CN106271942A - 蓝宝石基片的外形加工方法及含金刚石砂的砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓝宝石基片的外形加工方法，所述方法包括使用一种含金刚石砂的砂轮，所述砂轮呈圆饼状，且砂轮的直径≥60mm，砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层，金刚石砂与蓝宝石基片接触对其进行打磨，金刚石砂的平均粒径为300～900目。在一种具体的实施方式中，所述金刚石砂层包括粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层均呈圆箍状，所述粗金刚石层中金刚石砂的粒径为350～400目，所述中金刚石层中金刚石砂的粒径为550～600目，所述精金刚石层中金刚石砂的粒径为800～900目。本发明的工艺不仅可以满足蓝宝石修外形的加工要求，而且工艺简单、加工周期短、良率高，加工过程中尺寸稳定，能有效降低加工成本。

Description

蓝宝石基片的外形加工方法及含金刚石砂的砂轮
技术领域
本发明属于蓝宝石基片的加工技术领域，具体涉及一种蓝宝石基片的外形加工方法及含金刚石砂的砂轮。
背景技术
人工生长的蓝宝石具有很好的耐磨性，硬度仅次于金刚石，达到莫氏9级，因而其具有被用于电子元器件、屏幕、基板的良好性能。为了满足蓝宝石光学器件的发展要求，需要对蓝宝石基片进行尺寸加工。特别是高精密基材对蓝宝石基片的尺寸精度要求更高。
为了得到用于手机面板、手表面板等电子产品的3寸、4寸、5寸等尺寸的蓝宝石晶片，一般是将蓝宝石晶块进行切割、打磨和抛光等工序后得到目的尺寸的蓝宝石晶片。
如专利申请CN201410690676.8中公开了一种大屏蓝宝石手机面板加工工艺，包括如下步骤：1)蓝宝石从棒材下料成片料；2)采用CNC对蓝宝石面板外形进行修整，采用激光加工蓝宝石表面的孔位，并采用金刚石砂轮对弧边进行加工成型；3)采用双面铜盘机对蓝宝石面板双面研磨抛光实现减薄；4)对蓝宝石面板的双面进行抛光；5)对蓝宝石面板表面进行镀膜或丝网印刷。
现有的蓝宝石基片的外形加工(打磨)方法有两种，一种是采用砂轮棒对蓝宝石基片进行加工，另一种是采用饼状砂轮对蓝宝石基片进行仿形加工。所述饼状砂轮的金刚石镀砂层是设置在砂轮的一个平面上，具体是沿其周向设置；所述饼状砂轮的另一个平面为砂轮的金属基准面；且仿形加工的所述饼状砂轮上只设置一种颗粒大小的金刚石砂。
但使用这两种砂轮加工蓝宝石基片的加工精度不高，给后续抛光过程带来较大压力；或者砂轮的使用寿命短，使得加工的成本支出大。为了达到蓝宝石基片外形加工的产业化需求，需采用一种更加稳定、产品良率和生产效率更高，加工精度更容易控制的蓝宝石基片外形加工方法。
发明内容
本发明首先提供一种蓝宝石基片的外形加工方法，所述方法包括使用一种含金刚石砂的砂轮，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径≥60mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层，所述金刚石砂与蓝宝石基片接触对其进行打磨，所述金刚石砂的平均粒径为300～900目。
本领域技术人员知晓的，所述金刚石砂层是由包含金刚石颗粒的混合料构成。本发明中，所述金刚石砂采用商购的金刚石砂即可，本发明中对此并无限制。所述金刚石砂可以采用烧结、电镀、树脂粘合等方法设置在砂轮的金属(如钢)饼上。
在一种具体的实施方式中，所述方法包括使用一组砂轮，所述一组砂轮的个数为1～3个，且所述砂轮上的金刚石砂层包括粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层均呈圆箍状，所述粗金刚石层中金刚石砂的粒径为350～400目，所述中金刚石层中金刚石砂的粒径为550～600目，所述精金刚石层中金刚石砂的粒径为800～900目；所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层位于同一个砂轮上、分别位于两个不同砂轮上、或分别位于三个不同砂轮上。
本发明中，当所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层位于两个不同砂轮上时，可以是所述粗金刚石层和中金刚石层位于一个砂轮上，而精金刚石层位于另一个砂轮上；可以是所述粗金刚石层和精金刚石层位于一个砂轮上，而中金刚石层位于另一个砂轮上；还可以是所述中金刚石层和精金刚石层位于一个砂轮上，而粗金刚石层位于另一个砂轮上。
优选地，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层位于同一个砂轮上。
本发明中，当所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层位于同一个砂轮上时，可以是中金刚石层在中间，而粗金刚石层和精金刚石层位于其两侧；也可以是粗金刚石层在中间，而中金刚石层和精金刚石层位于其两侧；还可以是精金刚石层在中间，而粗金刚石层和中金刚石层位于其两侧；这些都不影响本发明的实施。
本发明中，使用所述金刚石层加工蓝宝石基片时的粗加工单边加工余量为0.15～0.2mm，中加工单边加工余量为0.07～0.1mm，精加工单边加工余量0.03～0.05mm。本发明中，各个步骤的单边加工余量的值的设计是为了下一道更为精细的工序易于实现，例如使用该精金刚石层对蓝宝石精加工单边余量0.03～0.05mm时，有利于下一步的抛光过程。
本发明中，所述砂轮打磨蓝宝石基片时CNC机器主轴转速为3000～6000r/min。
在一种具体的实施方式中，所述砂轮打磨蓝宝石基片时砂轮的进给速度为：使用粗金刚石层对蓝宝石基片进行粗修时为1～2m/min，使用中金刚石层对蓝宝石基片进行中修时为1.5～2.5m/min，使用精金刚石层对蓝宝石基片进行精修时为2～3m/min。本发明中，砂轮在滚动的同时会相对蓝宝石基片前进，所述进给速度即砂轮相对于蓝宝石基片的前进速度。
本发明还相应提供一种含金刚石砂的砂轮，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径≥60mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层，所述金刚石砂的平均粒径为300～900目。优选地，所述金刚石砂的平均粒径为350～400目、550～600目、800～900目中的一种或多种。
在一种具体的实施方式中，所述金刚石砂层包括粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层均呈圆箍状，所述粗金刚石层中金刚石砂的粒径为350～400目，所述中金刚石层中金刚石砂的粒径为550～600目，所述精金刚石层中金刚石砂的粒径为800～900目。
在一种具体的实施方式中，圆箍型的粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层的轴向宽度均为2～20mm，优选为5～12mm；且同一个砂轮上每个圆箍型金刚石层之间相隔的轴向宽度为0.5～5mm，优选为1～4mm。
本发明中，对蓝宝石基片进行数控精雕机配合砂轮加工，组合运用不同粒径的金刚石砂加工，对蓝宝石外形加工起到很好作用。本发明的工艺不仅可以满足蓝宝石修外形的加工要求，而且工艺简单、加工周期短、良率高，加工过程中尺寸稳定，能有效降低加工成本。
附图说明
图1为本发明中砂轮的侧边圆弧面的部分结构示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体的实施例来说明本发明，但本发明并不限于下述实施例。
本发明提供的方法中，具体地：
第一步：将大砂轮装在特定主轴自带刀把上，测试砂轮数据，导入刀把芯片，砂轮调动平衡。
第二步：将砂轮数据导入数控精雕机控制系统内，砂轮装好即可。
第三步：自检加工来料产品，将编写完成的加工程序导入数控精雕机控制系统内加工产品，加工过程中砂轮采用蓝宝石切削液冷却(pH值控制在8～9之间)。切削液流量控制在3～3.6m3/h。
实施例1
图1中提供一种含金刚石砂的砂轮的侧边圆弧面的部分结构示意图。本实施例中，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径为60mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层。所述金刚石砂层包括粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层均呈圆箍状，所述粗金刚石层中金刚石砂的粒径为350目，所述中金刚石层中金刚石砂的粒径为550目，所述精金刚石层中金刚石砂的粒径为800目。圆箍型的粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层的轴向宽度均为8mm，且每个圆箍型金刚石层之间相隔的轴向宽度为2mm。因此，所述圆饼状的砂轮的侧边轴向宽度共28mm。
工艺参数为：
砂轮直径Φ60mm，
主轴转速(r/min)5500±500，
一个砂轮平均寿命为50片蓝宝石，
第一片蓝宝石材料加工时间180秒，
切削液与自来水配比1：10(平均一周更换一次)，
进给速度为：
粗修外形：F＝1500±500mm/min，
中修外形：F＝2000±500mm/min，
精修外形：F＝2500±500mm/min。
采用本实施例中的大砂轮兼CNC修外形工艺，该工艺不仅可以满足蓝宝石修外形的加工要求，而且工艺简单、加工周期短、良率高、加工过程中尺寸稳定，能有效降低加工成本。
实施例2
本实施例中，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径为180mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层。所述金刚石砂层包括粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层，所述粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层均呈圆箍状，所述粗金刚石层中金刚石砂的粒径为400目，所述中金刚石层中金刚石砂的粒径为600目，所述精金刚石层中金刚石砂的粒径为900目。圆箍型的粗金刚石层、中金刚石层和精金刚石层的轴向宽度均为10mm，且每个圆箍型金刚石层之间相隔的轴向宽度为2.5mm。因此，所述圆饼状的砂轮的侧边轴向宽度共35mm。
工艺参数：
砂轮直径Φ180mm，
主轴转速(r/min)3500±500，
一个砂轮平均寿命100片蓝宝石材料，
第一片蓝宝石材料加工时间220秒，
切削液与自来水配比1：10(平均一周更换一次)，
进给速度为：
粗修外形：F＝1500±500mm/min，
中修外形：F＝2000±500mm/min，
精修外形：F＝2500±500mm/min。
本发明采用大砂轮加工蓝宝石修外形工艺加工出产品尺寸精度高、加工过程中尺寸变化小，而且工艺简单、加工周期短、良率高，加工过程中尺寸稳定，其尺寸精度可控制在0.01mm以内。与仿形设备(金刚石砂粒设置在饼状砂轮的一个平面上的砂轮)能达到的尺寸精度0.05mm相比，本发明的方法能达到的尺寸精度提升了0.04mm。本发明中的一个砂轮平均使用寿命能达到50～60片(蓝宝石基片/个砂轮)，与现有技术中直径8～10mm砂轮棒的寿命为10～20片(蓝宝石基片/个砂轮)相比，单个砂轮的寿命相对提升40片，能有效降低蓝宝石基片的加工成本。
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 (10)

1.一种蓝宝石基片的外形加工方法，所述方法包括使用一种含金刚石砂的砂轮，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径≥60mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层，所述金刚石砂与蓝宝石基片接触对其进行打磨，所述金刚石砂的平均粒径为300～900目。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法包括使用一组砂轮，所述一组砂轮的个数为1～3个，且所述砂轮上的金刚石砂层包括粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)，所述粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)均呈圆箍状，所述粗金刚石层(11)中金刚石砂的粒径为350～400目，所述中金刚石层(12)中金刚石砂的粒径为550～600目，所述精金刚石层(13)中金刚石砂的粒径为800～900目；所述粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)位于同一个砂轮上、分别位于两个不同砂轮上、或分别位于三个不同砂轮上。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)位于同一个砂轮上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述方法，其特征在于，使用所述金刚石层加工蓝宝石基片时的粗加工单边加工余量为0.15～0.2mm，中加工单边加工余量为0.07～0.1mm，精加工单边加工余量0.03～0.05mm。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述方法，其特征在于，所述砂轮打磨蓝宝石基片时CNC机器主轴转速为3000～6000r/min。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述方法，其特征在于，所述砂轮打磨蓝宝石基片时砂轮的进给速度为：使用粗金刚石层对蓝宝石基片进行粗修时为1～2m/min，使用中金刚石层对蓝宝石基片进行中修时为1.5～2.5m/min，使用精金刚石层对蓝宝石基片进行精修时为2～3m/min。
7.一种含金刚石砂的砂轮，所述砂轮呈圆饼状，且所述砂轮的直径≥60mm，所述砂轮的侧边圆弧面上设置有金刚石砂层，所述金刚石砂的平均粒径为300～900目。
8.根据权利要求7所述砂轮，其特征在于，所述金刚石砂的平均粒径为350～400目、550～600目、800～900目中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述砂轮，其特征在于，所述金刚石砂层包括粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)，所述粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)均呈圆箍状，所述粗金刚石层(11)中金刚石砂的粒径为350～400目，所述中金刚石层(12)中金刚石砂的粒径为550～600目，所述精金刚石层(13)中金刚石砂的粒径为800～900目。
10.根据权利要求9所述砂轮，其特征在于，圆箍型的粗金刚石层(11)、中金刚石层(12)和精金刚石层(13)的轴向宽度均为2～20mm，优选为5～12mm；且同一块砂轮上每个圆箍型金刚石层之间相隔的轴向宽度为0.5～5mm，优选为1～4mm。
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