CN105598791A - 一种蓝宝石3d弧面的成型方法 - Google Patents

一种蓝宝石3d弧面的成型方法 Download PDF

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饶桥兵
张细军
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/22—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground

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Abstract

本发明提供一种蓝宝石3D弧面的成型方法，包括先根据蓝宝石3D弧面的目标外形以及蓝宝石的硬度相应设计和制备得到含内凹弧面的烧结砂轮，再使用CNC结合所述烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面成型。具体地，CNC上三轴联动的高速主轴的转速为20000～30000r/min。使用本发明提供的方法成型蓝宝石3D弧面，使得蓝宝石产品表面不容易留下刀痕、砂轮线、台阶等外观不良，成型产品的表面品质高；且加工方便，加工效率高，砂轮寿命长。

Description

一种蓝宝石3D弧面的成型方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石外形加工领域，具体涉及一种蓝宝石3D弧面的成型方法。
背景技术
3D蓝宝石产品是指含有一个或多个弧面的蓝宝石产品。市场对小型3D蓝宝石产品的需求逐渐增加，因而生产厂商为了满足客户需求而设计了各种3D蓝宝石。然而目前业界用于蓝宝石3D成型加工方法为通过主轴驱动电镀砂轮以及配合Z轴上下运动实现3D成型，这种加工方法的砂轮转速低、加工周期长、磨削量大、需要严格控制砂轮形状和变形量、且砂轮使用寿命短。此外，该工艺使得蓝宝石产品表面容易留下刀痕、砂轮线、台阶等外观不良，导致下一步抛光工序难处理。也就是说，现有加工方法中，被加工的蓝宝石表面品质不高、加工效率较低以及加工不方便。
实用新型201420631454.4提供了一种窗口片蓝宝石晶块倒R角工具，所述电镀砂轮包括位于砂轮边缘端的弧形加工槽，所述弧形加工槽向砂轮内部凹陷，所述弧形加工槽底面的弧度与产品加工要求的R角弧度相适应。该实用新型采用电镀工艺对窗口片蓝宝石晶块进行倒角，利用金刚石砂轮装置磨削，装置不易变形，使用寿命长；另外，将砂轮边缘加工为适合倒R角的弧形，将弧形对准产品边缘进行磨削成型，使得倒R角工序简易，并且为标准化操作，产品品质稳定可控；而且可一次加工大块晶石，省时省力，效率高。
由此可见，本领域在加工蓝宝石尤其是对蓝宝石外形成型时基本上都采用电镀砂轮作业。而由于电镀砂轮的制造工艺决定了其表面形貌随机，各磨粒几何形状、分布及切削刃所处高度不一致，因此使用电镀砂轮磨削时只有少数较高切削刃切到工件，限制了磨削质量和磨削效率进一步提高。
因此，本领域需要一种新的蓝宝石3D弧面的成型方法，使得能够解决上述蓝宝石3D弧面外观不良和加工效率较低的问题。
发明内容
因此，本发明提供一种蓝宝石3D弧面的成型方法，包括先根据蓝宝石3D弧面的目标外形以及蓝宝石的硬度相应设计和制备得到含内凹弧面的烧结砂轮，再使用CNC结合所述烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面成型。本发明中，蓝宝石的硬度例如为莫氏9度。
在一种具体的实施方式中，CNC上三轴联动的高速主轴的转速为20000～30000r/min。
在一种具体的实施方式中，根据蓝宝石3D弧面的目标宽度、目标高度以及蓝宝石的硬度制备得到相应外形尺寸、一定砂粒大小以及砂层材质的烧结砂轮。
在一种具体的实施方式中，所述烧结砂轮的砂层厚度为0.5～8mm，砂层上内凹弧面的高度为0.4～7.5mm、宽度为0.5～7mm。
在一种具体的实施方式中，所述烧结砂轮的砂层厚度为2～6mm，砂层上内凹弧面的高度为2～5.5mm、宽度为1～5mm。
在一种具体的实施方式中，使用CNC结合烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面进行成型时，CNC主轴转速为20000～30000r/min，切削进给速度为100～3000mm/min，切削进给量为0.1～0.8mm/r。
在一种具体的实施方式中，所述主轴转速为24000～26000r/min，切削进给速度为300～1000mm/min，切削进给量为0.2～0.5mm/r。
本发明中的工艺流程具体包括：
A，根据被加工的3D蓝宝石硬度，3D蓝宝石宽度、3D深度以及蓝宝石强度要求选定切削速度；
B，根据选定的切削速度以及切削进给量的要求，设计砂轮外形、砂粒大小以及材料；
C，具体地，根据切削速度要求设计出粗修、精修的砂轮外形以及选用砂粒材料；
D，根据被加工的蓝宝石的形状要求及切削量的要求，编写产品加工程序；
E，在机床上试加工，测试加工的性能，包括被加工的3D产品表面质量和加工效率，优化程序和工艺参数；
F，根据优化后的工艺参数，进行批量生产。
本发明中，所述CNC即一种由程序控制的自动化机床，也即本领域内涉及和常用的数控机床。所述机床采用多轴联动为基础的CNC机床。
使用本发明提供的方法成型蓝宝石3D弧面，使得蓝宝石产品表面不容易留下刀痕、砂轮线、台阶等外观不良，成型产品的表面品质高；且加工方便，加工效率高，砂轮寿命长。具体地，蓝宝石成型后的表面粗糙度由电镀砂轮的800～1200nm降低到本发明中的150～250nm；在成型后，使用同样的抛光方法对这两种成型产品进行抛光，抛光加工时间由30～40min/片缩短到10～15min/片。
附图说明
图1为现有技术中使用的电镀砂轮的结构示意图；
图2为本发明中使用的烧结砂轮和蓝宝石3D弧面的目标尺寸示意图。
其中，1、烧结砂轮，11、烧结砂层，2、电镀砂轮，21、电镀砂层，3、蓝宝石，d、蓝宝石的3D弧面宽度，h、蓝宝石的3D弧面高度。
具体实施方式
图1中所示的电镀砂轮的电镀砂层的厚度一般为0.03～0.05mm，而烧结砂轮的整个烧结砂层均可以是成型作用部位，图2中烧结砂轮的砂层厚度为4mm，砂层上内凹弧面的高度为3.8mm、宽度为3.2mm。相应地，蓝宝石产品的目标宽度d为3.2mm，目标高度h为3.8mm。
同样的加工参数和蓝宝石加工量，如图1所示电镀砂轮的使用寿命约10片/支，此时电镀砂轮的寿命终结。而使用本发明中如图2所示的烧结砂轮，砂轮的每次外形修整均可以加工约40片蓝宝石，而整个烧结砂轮可以休整3～4次。因此，本发明中的烧结砂轮用于蓝宝石3D外形成型时的寿命长，成型精度高，效果好。
本发明提供一种蓝宝石3D弧面的成型方法，包括先根据蓝宝石3D弧面的目标外形以及蓝宝石的硬度相应设计和制备得到含内凹弧面的烧结砂轮，再使用CNC结合所述烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面成型。本发明中，CNC上三轴联动的高速主轴的转速为24000～26000r/min，切削进给速度为300～1000mm/min，切削进给量为0.2～0.5mm/r。所述烧结砂轮的砂层厚度为2～6mm，砂层上内凹弧面的高度为2～5.5mm、宽度为1～5mm。
本发明中的工艺流程具体包括：
A，根据被加工的3D蓝宝石硬度，3D蓝宝石宽度、3D深度以及蓝宝石强度要求选定切削速度；
B，根据选定的切削速度以及切削进给量的要求，设计砂轮外形、砂粒大小以及材料；
C，具体地，根据切削速度要求设计出粗修、精修的砂轮外形以及选用砂粒材料；
D，根据被加工的蓝宝石的形状要求及切削量的要求，编写产品加工程序；
E，在机床上试加工，测试加工的性能，包括被加工的3D产品表面质量和加工效率，优化程序和工艺参数；
F，根据优化后的工艺参数，进行批量生产。
本发明中，所述CNC即一种由程序控制的自动化机床，也即本领域内涉及和常用的数控机床。所述机床采用多轴联动为基础的CNC机床。
本发明中烧结砂轮的制备方法和整形方法均可以使用本领域已知的方法。例如：烧结砂轮的制备可以以青铜等金属作为结合剂结合金刚石颗粒，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷。而烧结砂轮的整形方法例如为电解修整法、电火花修整法、复合修整法等。其中，电解修整法速度快，但整形精度不高；电火花修整法整形精度高，既可整形又可修锐，但整形速度较慢；复合修整法有电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等，修整效果较好，但系统较复杂。本发明中，烧结砂轮的修整法更优选使用电火花修整法或复合修整法。
本发明中，切削速度正比于烧结砂轮的周长和砂轮转速。而切削进给量大小与切削速度相关，也与蓝宝石宽度、3D深度、蓝宝石强度以及蓝宝石硬度相关；如切削进给量∝切削速度/(蓝宝石宽度*3D深度*蓝宝石强度*硬度)。由于是蓝宝石大面积加工，切削力较大，需要控制加工的切削进给量。
本发明中，以CNC的多轴联动为基础。成型加工的烧结砂轮需要准确地按照产品3D形状要求设计，配合机床加工代码让CNC机床实现三轴联动，来实现蓝宝石3D加工。现有蓝宝石3D成型方法直接采用电镀砂轮加工，它随着蓝宝石3D形状的复杂而使加工效率太低，同时加工3D产品的镜面效果差；并且多样化和精度方面也不能满足客户要求。
因本发明中采用多轴联动的高速主轴驱动烧结砂轮加工蓝宝石，可以加工不同设定要求的产品，与现有的电镀砂轮加工方式相比较，本发明技术方案具有提高被加工蓝宝石3D品质，提高加工效率、砂轮使用寿命长、可重复对烧结砂轮整形并用于多次加工、以及方便加工的有益技术效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓝宝石3D弧面的成型方法，其特征在于，先根据蓝宝石3D弧面的目标外形以及蓝宝石的硬度相应设计和制备得到含内凹弧面的烧结砂轮，再使用CNC结合所述烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面成型。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，CNC上三轴联动的高速主轴的转速为20000～30000r/min。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据蓝宝石3D弧面的目标宽度、目标高度以及蓝宝石的硬度制备得到相应外形尺寸、一定砂粒大小以及砂层材质的烧结砂轮。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述烧结砂轮的砂层厚度为0.5～8mm，砂层上内凹弧面的高度为0.4～7.5mm、宽度为0.5～7mm。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述烧结砂轮的砂层厚度为2～6mm，砂层上内凹弧面的高度为2～5.5mm、宽度为1～5mm。
6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，使用CNC结合烧结砂轮对蓝宝石进行3D弧面进行成型时，CNC主轴转速为22000～28000r/min，切削进给速度为100～3000mm/min，切削进给量为0.1～0.8mm/r。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述主轴转速为24000～26000r/min，切削进给速度为300～1000mm/min，切削进给量为0.2～0.5mm/r。
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