CN107053026B - 一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置 - Google Patents

一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置，包括如下步骤：1)对研抛盘的表面进行梯度划分，2)分别配制出最大磨粒体积比和最小磨粒体积比的磨粒混合物；3)分别通过连接第一混合装置和第二混合装置出料口的导流管将物料导入第三混合装置中，4)确定第一个需要制备的梯度区域，通过控制两根导流管上流量阀的开口大小控制第三混合装置中混合料的比例；5)将第三混合装置中的混合料经第三流量控制阀控制后注塑到研抛盘的基体上；完成该梯度区域的制备；6)重复上述过程，直至完成整个研抛盘的制备。本发明制备高效，制备的研抛盘上的弹性模量呈梯度式变化，可以适应各种不同的工件的研磨抛光，提高了加工的效率和加工质量。

Description

一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置
技术领域
本发明涉及研抛盘制备领域，更具体的说，尤其涉及一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置。
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。
发明内容
本发明的目的在于解决梯度研抛盘的制备问题，提供了一种制备梯度功能研抛盘的方法及其制备装置，其制备效率高，制备效果好。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种制备梯度功能研抛盘的方法，包括如下步骤：
1)对研抛盘的表面进行梯度划分，将研抛盘表面划分成多个磨粒体积比相等的梯度区域，确定研抛盘表面梯度分布中的最大磨粒体积比和最小磨粒体积比；
2)分别配制出最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物；将最大磨粒体积比的磨粒混合物放置在第一混合装置中进行充分均匀搅拌，将最小磨粒体积比的磨粒混合物放置在第二混合装置中进行充分均匀搅拌；
3)分别通过连接第一混合装置出料口和第二混合装置出料口的导流管将混合料导入第三混合装置中，并且在分别两根导流管上设置用于控制第一混合装置出料口和第二混合装置出料口流量大小的第一流量阀和第二流量阀，通过控制两根导流管上第一流量阀和第二流量阀的开口大小控制第三混合装置中磨粒体积比；
4)首先确定第一个需要制备的梯度区域，并将该梯度区域内的磨粒体积比换算成最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物的比例，通过控制两根导流管上第一流量阀和第二流量阀的开口大小控制相应质量的两种磨粒混合物进入第三混合装置中；
5)将第三混合装置中的混合料进行充分均匀搅拌；并在第三混合装置的出料口下方设置制备台，将需要制备的研抛盘的基体放置于制备台内，并在制备台内设置分别控制研抛盘在X轴向移动、控制研抛盘在Y轴向移动和控制研抛盘的基体绕Z轴转动的三台电机；
6)第三混合装置的出料口处设置有用于控制该出料口流量和流速的第三流量控制阀；第三混合装置内的混合料经第三流量控制阀控制流量和流速后经过出料口注塑到研抛盘的基体上，并按照该梯度区域的形状分别控制三台电机移动，使得第三混合装置内的混合料均匀注塑到该梯度区域内，从而完成该梯度区域的制备；
7)通过控制三个电机运动将研抛盘的基体转动到下一个需要制备的梯度区域内，重复步骤4～6，完成下一个梯度区域的制备；
8)重复步骤7，直至完成整个研抛盘的制备。
进一步的，所述梯度区域为扇形或环形或圆形。
进一步的，所述磨粒混合物包括磨粒、高聚物、固化剂和引发剂。
进一步的，三台电机均为步进电机。
进一步的，所述研抛盘还沿径向进行梯度划分，研抛盘底部至顶部的磨粒体积比呈梯度变化，制备时，通过步骤2～8先进行最底层的制备，再逐层向上制备。
一种制备梯度功能研抛盘的制备装置，包括第一混合装置、第二混合装置、第三混合装置、导流管、第一流量阀、第二流量阀、第三流量阀、第一电机、第二电机、第三电机、研抛盘、制备台和控制器，所述第一混合装置和第二混合装置分别通过一根导流管连接第三混合装置，所述第一混合装置和第三混合装置之间的导流管上设置有第一流量阀，第二混合装置和第三混合装置之间的导流管上设置有第二流量阀，所述第三混合装置的出料口处设置有第三流量阀，所述研抛盘安装在制备台内，第三混合装置设置在研抛盘的正上方，所述第一电机、第二电机和第三电机均固定在制备台上，第一电机驱动研抛盘沿X轴方向移动，第二电机驱动研抛盘沿Y轴方向移动，第三电机驱动研抛盘转动，所述第一流量阀、第二流量阀、第三流量阀、第一电机、第二电机和第三电机均与控制器电连接。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单，制备高效，制备的研抛盘上的弹性模量呈梯度式变化，可以根据不同的弹性模量分布完成工件的研磨和抛光，也可以适应各种不同的工件的研磨抛光，提高了加工的效率和加工质量；研抛盘在盘的径向和轴向呈现弹性模量的梯度分布，可以实现加工工件的按需去除要求。
附图说明
图1是本发明一种制备梯度功能研抛盘的装备的结构示意图。
图中，1-第一混合装置、2-第二混合装置、3-第三混合装置、4-第一流量阀、5-第二流量阀、6-第三流量阀、7-导流管、8-制备台、9-第一电机、10-第二电机、11-第三电机、12-控制器。
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所示，一种制备梯度功能研抛盘的制备装置，包括第一混合装置1、第二混合装置2、第三混合装置3、导流管7、第一流量阀4、第二流量阀5、第三流量阀6、第一电机9、第二电机10、第三电机11、研抛盘、制备台8和控制器12，所述第一混合装置1和第二混合装置2分别通过一根导流管7连接第三混合装置3，所述第一混合装置1和第三混合装置3之间的导流管7上设置有第一流量阀4，第二混合装置2和第三混合装置3之间的导流管7上设置有第二流量阀5，所述第三混合装置3的出料口处设置有第三流量阀6，所述研抛盘安装在制备台8内，第三混合装置3设置在研抛盘的正上方，所述第一电机9、第二电机10和第三电机11均固定在制备台8上，第一电机9驱动研抛盘沿X轴方向移动，第二电机10驱动研抛盘沿Y轴方向移动，第三电机11驱动研抛盘转动，所述第一流量阀4、第二流量阀5、第三流量阀6、第一电机9、第二电机10和第三电机11均与控制器12电连接。
运用上述一种具有梯度功能的研抛盘的制备装置进行研抛盘制备的方法如下：
1)对研抛盘的表面进行梯度划分，将研抛盘表面划分成多个磨粒体积比相等的梯度区域，确定研抛盘表面梯度分布中的最大磨粒体积比和最小磨粒体积比；
2)分别配制出最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物；将最大磨粒体积比的磨粒混合物放置在第一混合装置1中进行充分均匀搅拌，将最小磨粒体积比的磨粒混合物放置在第二混合装置2中进行充分均匀搅拌；
3)分别通过连接第一混合装置1出料口和第二混合装置2出料口的导流管7将混合料导入第三混合装置3中，并且在分别两根导流管7上设置用于控制第一混合装置1出料口和第二混合装置2出料口流量大小的第一流量阀4和第二流量阀5，通过控制两根导流管7上第一流量阀4和第二流量阀5的开口大小控制第三混合装置3中磨粒体积比；
4)首先确定第一个需要制备的梯度区域，并将该梯度区域内的磨粒体积比换算成最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物的比例，通过控制两根导流管7上第一流量阀4和第二流量阀5的开口大小控制相应质量的两种磨粒混合物进入第三混合装置3中；
5)将第三混合装置3中的混合料进行充分均匀搅拌；并在第三混合装置3的出料口下方设置制备台8，将需要制备的研抛盘的基体放置于制备台8内，并在制备台8内设置分别控制研抛盘在X轴向移动、控制研抛盘在Y轴向移动和控制研抛盘的基体绕Z轴转动的三台电机；
6)第三混合装置3的出料口处设置有用于控制该出料口流量和流速的第三流量控制阀；第三混合装置3内的混合料经第三流量控制阀控制流量和流速后经过出料口注塑到研抛盘的基体上，并按照该梯度区域的形状分别控制三台电机移动，使得第三混合装置3内的混合料均匀注塑到该梯度区域内，从而完成该梯度区域的制备；
7)通过控制三个电机运动将研抛盘的基体转动到下一个需要制备的梯度区域内，重复步骤4～6，完成下一个梯度区域的制备；
8)重复步骤7，直至完成整个研抛盘的制备。
所述梯度区域为扇形、环形或圆形等不同形态，不管是那种形状，梯度区域内制备好的粘磨层都可以直接取下，与其他磨粒体积比不同的多个梯度区域内制备出的粘磨层组成整个研抛盘。制备时可以直接制备成一整个梯度分布的研抛盘，也可以制备成梯度区域内的粘磨层可以取下的研抛盘，在实际使用时根据工件的加工要求将制备出的粘磨层重新组合成新的研抛盘。
梯度区域为环形时，制成的研抛盘在工作时需要进行转动，从而利用环形加工待加工工件；梯度区域为扇形时，扇形的研抛盘工作时不会转动，待加工工件的装夹装置会带动待加工工件转动。
所述磨粒混合物包括磨粒、高聚物、固化剂和引发剂。
三台电机均为步进电机，能够对研抛盘进行精确的控制。
所述研抛盘还沿径向进行梯度划分，研抛盘底部至顶部的磨粒体积比呈梯度变化，制备时，通过步骤2～8先进行最底层的制备，再逐层向上制备。具体制备时，先完成整个研抛盘基体最底层的粘磨层制备，再一层一层的粘磨层堆积形成轴向梯度分布的梯度环，完成梯度径向分布的研抛盘。
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研抛盘的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）对研抛盘的表面进行梯度划分，将研抛盘表面划分成多个磨粒体积比相等的梯度区域，确定研抛盘表面梯度分布中的最大磨粒体积比和最小磨粒体积比；
2）分别配制出最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物；将最大磨粒体积比的磨粒混合物放置在第一混合装置（1）中进行充分均匀搅拌，将最小磨粒体积比的磨粒混合物放置在第二混合装置（2）中进行充分均匀搅拌；
3）分别通过连接第一混合装置（1）出料口和第二混合装置（2）出料口的导流管（7）将混合料导入第三混合装置（3）中，并且在分别两根导流管（7）上设置用于控制第一混合装置（1）出料口和第二混合装置（2）出料口流量大小的第一流量阀（4）和第二流量阀（5），通过控制两根导流管（7）上第一流量阀（4）和第二流量阀（5）的开口大小控制第三混合装置（3）中磨粒体积比；
4）首先确定第一个需要制备的梯度区域，并将该梯度区域内的磨粒体积比换算成最大磨粒体积比的磨粒混合物和最小磨粒体积比的磨粒混合物的比例，通过控制两根导流管（7）上第一流量阀（4）和第二流量阀（5）的开口大小控制相应质量的两种磨粒混合物进入第三混合装置（3）中；
5）将第三混合装置（3）中的混合料进行充分均匀搅拌；并在第三混合装置（3）的出料口下方设置制备台（8），将需要制备的研抛盘的基体放置于制备台（8）内，并在制备台（8）内设置分别控制研抛盘在X轴向移动、控制研抛盘在Y轴向移动和控制研抛盘的基体绕Z轴转动的三台电机；
6）第三混合装置（3）的出料口处设置有用于控制该出料口流量和流速的第三流量控制阀；第三混合装置（3）内的混合料经第三流量控制阀控制流量和流速后经过出料口注塑到研抛盘的基体上，并按照该梯度区域的形状分别控制三台电机移动，使得第三混合装置（3）内的混合料均匀注塑到该梯度区域内，从而完成该梯度区域的制备；
7）通过控制三个电机运动将研抛盘的基体转动到下一个需要制备的梯度区域内，重复步骤4~6，完成下一个梯度区域的制备；
8）重复步骤7，直至完成整个研抛盘的制备。
2.根据权利要求1所述的一种具有梯度功能的研抛盘的制备方法，其特征在于：所述梯度区域为扇形或环形或圆形。
3.根据权利要求1所述的一种具有梯度功能的研抛盘的制备方法，其特征在于：所述磨粒混合物包括磨粒、高聚物、固化剂和引发剂。
4.根据权利要求1所述的一种具有梯度功能的研抛盘的制备方法，其特征在于：三台电机均为步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种具有梯度功能的研抛盘的制备方法，其特征在于：所述研抛盘还沿径向进行梯度划分，研抛盘底部至顶部的磨粒体积比呈梯度变化，制备时，通过步骤2~8先进行最底层的制备，再逐层向上制备。
6.采用权利要求1所述方法的一种具有梯度功能的研抛盘的制备装置，其特征在于：包括第一混合装置（1）、第二混合装置（2）、第三混合装置（3）、导流管（7）、第一流量阀（4）、第二流量阀（5）、第三流量阀（6）、第一电机（9）、第二电机（10）、第三电机（11）、研抛盘、制备台（8）和控制器（12），所述第一混合装置（1）和第二混合装置（2）分别通过一根导流管（7）连接第三混合装置（3），所述第一混合装置（1）和第三混合装置（3）之间的导流管（7）上设置有第一流量阀（4），第二混合装置（2）和第三混合装置（3）之间的导流管（7）上设置有第二流量阀（5），所述第三混合装置（3）的出料口处设置有第三流量阀（6），所述研抛盘安装在制备台（8）内，第三混合装置（3）设置在研抛盘的正上方，所述第一电机（9）、第二电机（10）和第三电机（11）均固定在制备台（8）上，第一电机（9）驱动研抛盘沿X轴方向移动，第二电机（10）驱动研抛盘沿Y轴方向移动，第三电机（11）驱动研抛盘转动，所述第一流量阀（4）、第二流量阀（5）、第三流量阀（6）、第一电机（9）、第二电机（10）和第三电机（11）均与控制器（12）电连接。
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