CN106695582A - 一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，包括研磨基座和制备出的一系列弹性模量不同的细长的圆柱状的磨料棒，这些圆柱状的磨料棒的尺寸形状完全一致，将这些圆柱状的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一个磨料棒紧密排布的研抛盘。本发明结构简单、制备方便，加工质量高，加工效率高；本发明制备出的研抛盘不仅能够在研抛盘表面具备梯度式分布，在研抛盘的轴向也具有弹性模量的梯度式分布，便于各种不同的工件的加工。

Description

一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘
技术领域
本发明涉及超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘。
背景技术
传统的利用研磨盘或研抛盘的加工方法将研磨和抛光工艺分开，使得由研磨过度到抛光时需要更换研抛盘，加工效率难以提高。同时，当前对研磨盘或研抛盘的制备都是一次性制成圆盘，且盘面磨削性质单一，加工很难达到所需的材料表面质量。
过去的几十年里，对材料的研究和发展主要集中在均匀材料上，即其整体结构和性能并不随空间位置而变化。随着学科的不断交叉发展，一种梯度功能材料的概念飞速兴起。所谓的梯度功能材料，(Functionally Gradient Materials，简称FGM)是在材料的制备过程中，选择两种或两种以上性质不同的材料，通过连续地控制材料的微观要素(包括组成、结构和空隙在内的形态与结合方式等)使其成分和组织都呈连续变化的新型材料。
安徽工业大学的研究团队在2014年发表的SiO2/CeO2复合磨料的制备及在蓝宝石晶片抛光中的应用中提出了一种采用均相沉淀法制备了SiO2/CeO2复合磨料，并用于蓝宝石晶片的化学机械抛光，研究结果表明，采用复合磨料抛光虽然材料去除速率略低于单一SiO2磨料，但抛光后的蓝宝石晶片表面质量得到明显的改善，能满足蓝宝石作发光二极管衬底的工艺要求。中国兵器工业第五二研究所烟台分所研究团队在2014年发表的功能梯度材料的制备技术及其研发现状中提出了功能梯度材料的研究进展，重点总结了功能梯度材料的制备方法和性能评价，其中特别指出功能梯度材料的弹性模量、热导率、热膨胀系数及成分在厚度方向上呈连续变化，并具有可设计性，可针对性地改变各组分材料体积含量的空间分布规律，优化结构内部应力分布。西安理工大学的研究团队在2014年发表的增强铁基梯度复合材料的原位生成及其磨粒磨损特性中提出了采用原位反应法在HT300表面制备了碳化钽增强表面梯度复合材料，并对复合层的微观结构、物相组成、显微硬度以及磨粒磨损性能进行了表征，从表面致密层到基体，其组织、成分、硬度分布均呈梯度变化。同时，授权公告号CN103432948B的中国发明专利一种用于软固结磨粒群生产的封闭式搅拌装置提出了一种为更好的均匀搅拌高聚物、磨料、固化剂、引发剂等混合物，保证了制备具有梯度功能研磨盘的实现。
这些都表明了设计一种采用梯度式分布的研抛盘对工件进行加工是研磨抛光加工发展的必然趋势。但是现有的梯度式研抛盘往往都是固定的梯度，在梯度固定下来后任意位置磨损过多都会对接下来的加工产生影响，且这些梯度式研抛盘都无法变更的进行更换和组合，从而导致了梯度式研抛盘仅能够适应一种工件的加工，很难针对不同的工件适应性的更改研抛盘的梯度分布。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的梯度式研磨盘仅存在单一的弹性模量、研磨盘的功能单一、研磨盘修复繁琐、更换不方便以及无法适应多种不同工件进行研磨抛光加工的问题，提供了一种具有梯度功能的柱棒状料组合式研抛盘，能实现研抛盘表面以及上下的梯度式分布，方便不同工件的加工使用；实现研抛盘高效的加工效率、应用范围广泛，实现了精密加工领域的一大创新。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，包括研磨基座和制备出的一系列弹性模量不同的细长的圆柱状的磨料棒，这些圆柱状的磨料棒的尺寸形状完全一致，将这些圆柱状的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一个磨料棒紧密排布的研抛盘。
进一步的，不同的加工工件有着不同的磨料棒排列，通过确定加工工件的加工要求，确定在研抛盘上每个位置所需完成的加工效果，匹配排列出最适合弹性模量分布的磨料棒的排列。
进一步的，所述磨料棒堆积成多级环形区域，每级环形区域内所有磨料棒的弹性模量相同，多级环形区域的弹性模量呈梯度式分布。
进一步的，所述磨料棒堆积成多个扇形区域，每个扇形区域内所有磨料棒的弹性模量相同，多级扇区域的弹性模量呈梯度式分布。
进一步的，所述磨料棒之间的间隙作为研磨液的流道存在。
进一步的，每根磨料棒的弹性模料在轴向上呈现出弹性模量的梯度式变化。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单紧凑，生产成本低，研抛盘的制备简单，只要制备出的磨料棒直径足够小，磨料棒之间的间隙就会无限减小，微小的间隙还可以作为研磨液的流道存在；通过对加工工件的分析，可以有针对性的排列出不同组合的磨料棒，从而更加适应工件的加工，使工件的加工可以由粗磨到精抛连续进行，无需使用多个盘进行多次研抛；磨料棒安装及更换方便，只需更换磨料棒即可完成对研抛盘的维修或安装，从而方便随时对研抛盘进行维修以及方便快速排列出针对不同加工工件的研抛盘；由于可以采用研抛盘不转动，加工工件转动和运动的加工方式，因此可以给研抛盘不同位置设置不同的弹性模量分布，在同一个研抛盘上可以实现多个不同种类加工工件的同时加工；磨料棒在轴向上呈现出弹性模量的梯度式变化，在磨料棒的表层被磨去指定高度后，可以直接采用磨料棒的下一层进行研磨，且由于磨料棒的下一层的弹性模量与上一层的弹性模量不同，且其弹性模量从上至下的分布是根据工件的实际加工需求制备出的，因此即使在任意一个指定位置工件也可以实现从粗抛到精抛的过程，从而更加适应工件的加工。
附图说明
图1是本发明一种具有梯度功能的柱棒状料组合式研抛盘的俯视图。
图2是本发明单个磨料棒的制备底座的结构示意图。
图3是本发明研抛盘基座分隔示意图。
图中，1-研抛盘基座、2-磨料棒的制备底座、3-分层块、4-定位条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～3所示，本发明的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，包括研磨基座和制备出的一系列弹性模量不同的细长的圆柱状的磨料棒，将这些圆柱状的磨料棒的尺寸形状完全一致，将这些圆柱状的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一个磨料棒紧密排布的研抛盘。
磨料棒的弹性模量分布从低到高分布不等，且在最低到最高的弹性模量范围内任意一个弹性模量的磨料棒均制备多根，所有的磨料棒构成磨料棒库。
在确定加工工件的加工要求后，再根据加工工件的加工要求确定在研抛盘上每个位置所需完成的加工效果，匹配排列出最适合弹性模量分布的磨料棒的排列。根据匹配出的最适合的磨料棒的排列在磨料棒库内取出相应数量和弹性模量的磨料棒，并排列在研磨基座的对应位置处，形成适用于该加工工件的研抛盘。
在使用时，磨料棒之间的间隙足够小，可以作为研磨液的流道存在，研磨基座底部设有与这些间隙连通的回收通道，可以将研磨液回收再次使用。
每根磨料棒的弹性模料在轴向上呈现出弹性模量的梯度式变化，每个磨料棒的弹性磨料的梯度式变化表现既可以为从上至下弹性模量逐渐变大，也可以为从上至下弹性模量逐渐变小，也可以为从上至下弹性模量不规则变化。在磨料棒上层完全磨损后，可以直接利用磨料棒的下一层进行研抛操作。磨料棒的制备采用将不同磨粒体积比的混合料直接注入单个磨料棒的制备底座中，并在制备底座注入多次不同磨粒体积比的混合料来实现。
实施例一：
针对需要从粗磨到细磨到精磨再到抛光的加工工件，需要四个连续分布的弹性模量的区域，可以将磨料棒堆积成四级环形区域，每级环形区域内所有磨料棒的弹性模量相同，四级环形区域的弹性模量呈梯度式分布，并满足从粗磨到细磨到精磨再到抛光的加工要求，这种情况下研抛盘转动，加工工件自转的同时进行直线进给，能够依次经过四级环形区域，从而在该研抛盘上实现从粗磨到精磨到粗抛再到精抛的加工。
在研磨基座上设置三个分层块，将研磨基座划分多个环形区域，通过在每个环形区域内紧密排列多根弹性模量相同的磨料棒即可实现磨料棒的快速分层。
实施例二：
针对需要从粗磨到细磨到精磨再到抛光的加工工件，需要四个连续分布的弹性模量的区域，可以将磨料棒堆积成多级扇形区域，且每级扇形区域内的弹性模量分布在径向上呈现出与加工工件的加工需求相符合的梯度分布，加工工件自转的同时在每级扇形区域内进行直线进给，能够依次经过每级扇形区域的梯度分布的区域，从而在该研抛盘上任意一个扇形区域内实现从粗磨到细磨到精磨再到抛光的加工；由于磨料棒堆积成多级扇形区域，每个扇形区域内均可以对一种加工工件进行加工，从而使制备出的研抛盘同时适应多个不同加工要求的加工工件的加工。
在研磨基座上设置四根定位条，定位条直接将研磨基座分隔成五个扇形区域，通过在每个扇形区域内紧密排列多根弹性模量相同的磨料棒即可实现磨料棒的快速分层。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：包括研磨基座和制备出的一系列弹性模量不同的细长的圆柱状的磨料棒，这些圆柱状的磨料棒的尺寸形状完全一致，将这些圆柱状的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一个磨料棒紧密排布的研抛盘。
2.根据权利要求1所述的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：不同的加工工件有着不同的磨料棒排列，通过确定加工工件的加工要求，确定在研抛盘上每个位置所需完成的加工效果，匹配排列出最适合弹性模量分布的磨料棒的排列。
3.根据权利要求2所述的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：所述磨料棒堆积成多级环形区域，每级环形区域内所有磨料棒的弹性模量相同，多级环形区域的弹性模量呈梯度式分布。
4.根据权利要求2所述的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：所述磨料棒堆积成多个扇形区域，每个扇形区域内所有磨料棒的弹性模量相同，多级扇区域的弹性模量呈梯度式分布。
5.根据权利要求2所述的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：所述磨料棒之间的间隙作为研磨液的流道存在。
6.根据权利要求2所述的一种具有梯度功能的柱状棒料组合式研抛盘，其特征在于：每根磨料棒的弹性模料在轴向上呈现出弹性模量的梯度式变化。
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