CN109070315A - 一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法，包括砂轮工具本体(10)，砂轮工具本体(10)由多个薄片砂轮(11)沿着薄片砂轮(11)的厚度方向依次叠设而成，各个薄片砂轮(11)的初始直径相同，通过切槽(101)使得各个薄片砂轮(11)的外缘周长不同，外缘周长大的薄片砂轮磨损慢；外缘周长小的薄片砂轮磨损快；对于相同深度微沟槽的磨削加工，砂轮工具本体(10)的加工端面(12)最终会形成稳定的轮廓形状，且通过切槽(101)可以调整各个薄片砂轮外缘周长，从而形成不同的轮廓形状。本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具具有自修整能力，可以始终保持加工端面的轮廓形状，不需要进行频繁的修锐修整，有效提高磨削效率和微沟槽加工的形状精度；另外本发明的砂轮工具可以加工各种不同形状的微沟槽。

Description

一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法

技术领域

本发明属于磨削加工工具技术领域，更具体地说，是涉及一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法。

背景技术

在光伏、生物化学和电子产品等的表面加工制造出尺寸为纳米到微米级的沟槽结构可以产生很多新的功能特性。目前，微纳结构表面的微细加工主要依赖于激光、电子束、离子束、化学腐蚀等微细加工方法。但是，这些蚀刻加工方法的生产设备昂贵，生产周期很长，且伴随有难以处理的腐蚀液等，容易造成环境污染的问题，从而限制了它们的发展。

精密微细磨削加工是制备表面微沟槽结构的有效加工手段之一。但是，传统的微细磨削用的砂轮工具会发生损耗，砂轮工具的外形轮廓需要进行高精度的修锐修整才能保证微沟槽结构加工的形状精度，因此需要对砂轮工具进行频繁的离线或者在线修锐和修整，难以保证长时间的持续加工，生产加工效率较低。

因此，为解决砂轮工具磨损较快，微沟槽结构加工效率较低等问题，本发明提供一种能够始终保持外缘轮廓形状的砂轮工具，不需要对砂轮工具进行反复的修锐修整，可以始终保证微沟槽磨削的形状精度，极大提高微结构加工效率，实现铝合金、钛合金、模具钢、碳化钨等材料表面环保、高效的精密微细加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法，以解决现有技术中存在的砂轮工具磨损较快，难以保证长时间的持续加工，且加工效率较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种微沟槽加工用的砂轮工具，包括砂轮工具本体，所述砂轮工具本体由多个薄片砂轮沿着所述薄片砂轮的厚度方向依次叠设而成，所述薄片砂轮具有外侧端面，所有所述薄片砂轮的外侧端面形成所述砂轮工具本体的加工端面，每个所述薄片砂轮的外侧端面上均开设有切槽，不同薄片砂轮上的所述切槽的宽度不同，不同薄片砂轮的外缘周长亦不同；所述切槽的宽度越小，所述薄片砂轮的外缘周长越大，所述薄片砂轮的外侧端面磨损慢；所述切槽的宽度越大，所述薄片砂轮的外缘周长越小，所述薄片砂轮的外侧端面磨损快，从而形成轮廓形状为预设形状的所述加工端面。

进一步地，每个所述薄片砂轮上的切槽的数量均为多个，每个所述薄片砂轮上的多个所述切槽沿着所述薄片砂轮的圆周方向均匀排布。

进一步地，所述切槽包括槽底面以及与所述槽底面的相对两侧边缘一体连接的两个槽侧面，两个所述槽侧面之间形成的夹角为0°～60°。

进一步地，所述切槽的深度为0.5～10mm。

进一步地，所述薄片砂轮包括超硬磨料以及结合剂。

进一步地，所述超硬磨料的粒度为0.1～50μm。

进一步地，所述超硬磨料包括金刚石、立方氮化硼、碳化硅中的一种或者几种，所述结合剂包括金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂中的一种或者几种。

进一步地，所述薄片砂轮的形状为圆环形，所述薄片砂轮的外径为50～200mm，所述薄片砂轮的内径为15～45mm，所述薄片砂轮的厚度为10～200μm。

进一步地，所述薄片砂轮的数量至少为三个，所述切槽的宽度由位于中间位置的薄片砂轮朝着位于两侧位置的薄片砂轮的方向上逐渐增大。

进一步地，相邻两个薄片砂轮之间通过粘贴的方式连接固定。

进一步地，所述加工端面的轮廓形状为V形、U形、倒U形、倒V形或者斜线状。

本发明还提供了一种微沟槽的制造方法，采用如上所述的微沟槽加工用的砂轮工具加工而成，包括以下步骤：

A、在若干薄片砂轮的外侧端面上开设宽度不同的切槽；

B、将步骤A得到的薄片砂轮按照预设叠设顺序组装得到砂轮工具本体；

C、利用步骤B得到的所述砂轮工具本体对工件进行磨削，不同薄片砂轮上的所述切槽的宽度不同，不同薄片砂轮的外缘周长亦不同；所述切槽的宽度越小，所述薄片砂轮的外缘周长越大，所述薄片砂轮的外侧端面磨损慢；所述切槽的宽度越大，所述薄片砂轮的外缘周长越小，所述薄片砂轮的外侧端面磨损快，从而将所述砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状修整成预设形状，并在所述工件上加工出纵向截面形状与所述加工端面的轮廓形状一致的微沟槽。

本发明提供的一种微沟槽加工用的砂轮工具及其制造方法的有益效果在于：

(1)与现有普通砂轮工具相比，本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具，由于不同砂轮片上的切槽的宽度不同，造成不同砂轮片的外侧端面的磨损快慢不同，切槽宽度大的砂轮片的外侧端面小，磨损快，切槽宽度小的砂轮片的外侧端面大，磨损慢，因此使得砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状逐渐修整成稳定的形状，且该加工端面的轮廓形状可以保持不变，从而使得砂轮工具具有自修整能力，不需要进行频繁的修锐修整，从而有效提高了磨削效率，提高微沟槽加工的形状精度。

(2)本发明提供的砂轮工具的微沟槽加工技术，与激光加工、热压印技术等现有光化学刻蚀加工技术相比，能够保证微沟槽加工的形状精度，实现高效、环保的高精度微细加工。

(3)本发明的砂轮工具可以通过改变切槽的宽度以及各薄片砂轮的叠设顺序，可以使得砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状最终修整成V形、U形等不同的形状，从而可以加工出各种不同形状的微沟槽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种微沟槽加工用的砂轮工具的组装后的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明实施例提供的一种微沟槽加工用的砂轮工具的状态示意图，其中，砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状为V形；

图4为图3的侧视图；

图5为采用图3的砂轮工具本体加工后的工件的结构示意图；

图6为图3中的其中一个薄片砂轮的正视图；

图7为本发明实施例提供的另一个微沟槽加工用的砂轮工具的状态示意图，其中，砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状为U形；

图8为图7的侧视图；

图9为采用图7的砂轮工具本体对工件进行加工的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的微沟槽的制造方法的流程示意图。

其中，图中各附图标记：

10-砂轮工具本体；11-薄片砂轮；101-切槽；103-槽底面；104-槽侧面；12-加工端面；20-工件；201-微沟槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的一种微沟槽加工用的砂轮工具进行说明。所述微沟槽加工用的砂轮工具，包括砂轮工具本体10，所述砂轮工具本体10由多个薄片砂轮11沿着所述薄片砂轮的厚度方向依次叠设而成，所述薄片砂轮11具有外侧端面，所有所述薄片砂轮的外侧端面形成所述砂轮工具本体10的加工端面12，加工端面12用于加工微沟槽201。每个所述薄片砂轮11的外侧端面上均开设有切槽101，不同薄片砂轮上的所述切槽101的宽度W不同，不同薄片砂轮11的外缘周长亦不同；所述切槽101的宽度越小，所述薄片砂轮11的外缘周长越大，所述薄片砂轮11的外侧端面磨损慢；所述切槽101的宽度越大，所述薄片砂轮11的外缘周长越小，所述薄片砂轮11的外侧端面磨损快，从而形成轮廓形状为预设形状的所述加工端面12。

其中，每个所述薄片砂轮的初始直径均相同。初始状态下，所有薄片砂轮的外侧端面均平齐，即所述砂轮工具的加工端面12为平面。在利用砂轮工具本体在工件20上进行磨削加工微沟槽201的过程中，由于不同薄片砂轮上的切槽101的宽度不同，使得不同薄片砂轮11的外缘周长亦不同，从而使得不同薄片砂轮的外侧端面的磨损快慢不同，所述切槽101的宽度越小，所述薄片砂轮11的外缘周长越大，所述薄片砂轮11的外侧端面磨损慢；所述切槽101的宽度越大，所述薄片砂轮11的外缘周长越小，所述薄片砂轮11的外侧端面磨损快，对于相同深度微沟槽的磨削加工，砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状逐渐修整成稳定的预设形状，从而使得砂轮工具具有自修整能力，加工端面的轮廓形状可以始终保持不变，不需要进行频繁的修锐修整，从而有效提高了磨削效率，提高微沟槽加工的形状精度；有效解决了现有普通砂轮工具微沟槽加工技术中砂轮工具磨损较快、难以保证长时间的持续加工、且加工效率较低的问题。另外，本发明的砂轮工具可以通过改变切槽101的宽度，可以使得砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状最终修整成不同的形状，从而可以加工出各种不同形状的微沟槽。

进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，每个所述薄片砂轮上的切槽101的数量均为多个，每个所述薄片砂轮上的多个切槽101沿着所述薄片砂轮的圆周方向均匀排布，从而使得在微沟槽的加工过程中，同一个薄片砂轮的外侧端面的形状处处保持一致。

进一步地，请一并参阅图1至图6，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，所述切槽101沿着所述薄片砂轮的径向方向由所述薄片砂轮的外侧端面向所述薄片砂轮的转动中心延伸。所述切槽101包括槽底面103以及与所述槽底面103的相对两侧边缘一体连接的两个槽侧面104，两个所述槽侧面104之间的交点所在的延长线经过所述薄片砂轮的转动中心。优选的，两个槽侧面104之间形成的夹角β为0°～60°，所述两个槽侧面104之间形成的夹角β可以为0°、15°、30°、45°、60°等，当两个槽侧面104之间形成的夹角β为0°时，薄片砂轮上的切槽101宽度为0，即薄片砂轮上没有切槽。所述切槽101的深度H为0.5～10mm，例如H可以为0.5mm、3mm、5mm、8mm、10mm等。

进一步地，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，所述薄片砂轮11包括超硬磨料以及结合剂，选用超硬磨料以及结合剂组成的薄片砂轮，耐磨损程度高。优选的，所述超硬磨料的粒度为0.1～50μm，例如可以为0.1μm、10μm、20μm、30μm、50μm等。具体的，所述超硬磨料包括金刚石、立方氮化硼、碳化硅中的一种或者几种，所述结合剂包括金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂中的一种或者几种。

进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，所述薄片砂轮11的形状为圆环形，所述薄片砂轮11的中心具有通孔，所述薄片砂轮的外径R1为50～200mm，例如，所述薄片砂轮的外径R1可以为50mm、100mm、150mm、200mm等，所述薄片砂轮的内径R2为15～45mm，例如，所述薄片砂轮的内径R2可以为15mm、25mm、35mm、45mm等，所述薄片砂轮11的厚度为10～200μm，例如，所述薄片砂轮的厚度可以为10μm、50μm、100μm、200μm等。

进一步地，请一并参阅图1至图9，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，所述薄片砂轮11的数量至少为三个，所述切槽101的宽度W由位于中间位置的薄片砂轮朝着位于两侧位置的薄片砂轮的方向上逐渐增大，从而使得薄片砂轮的外侧端面的磨损程度由中间向两侧的方向上逐渐增大，从而使得加工端面的轮廓形状最终形成所需的形状。具体的，在本实施例中，所述薄片砂轮11的数量为七个，第二个薄片砂轮的内侧、第三个薄片砂轮的内侧与所述第一个薄片砂轮的两侧贴合，第四个薄片砂轮的内侧与所述第二个薄片砂轮的外侧贴合，第五个薄片砂轮的内侧与所述第三个薄片砂轮的外侧贴合，第六个薄片砂轮的内侧与所述第四个薄片砂轮的外侧贴合，第七个薄片砂轮的内侧与所述第五个薄片砂轮的外侧贴合。其中，所述第一个薄片砂轮上的切槽的宽度＜所述第二个薄片砂轮上的切槽的宽度＜所述第四个薄片砂轮上的切槽的宽度＜所述第六个薄片砂轮上的切槽的宽度，且所述第三个薄片砂轮上的切槽的宽度等于所述第二个薄片砂轮上的切槽的宽度，所述第五个薄片砂轮上的切槽的宽度等于所述第四个薄片砂轮上的切槽的宽度，所述第七个薄片砂轮上的切槽的宽度等于所述第六个薄片砂轮上的切槽的宽度，利用本实施例中的薄片砂轮组成的砂轮工具本体加工微沟槽，砂轮工具本体的加工端面的的轮廓形状最终可以呈V形或者U形。具体的，第一个薄片砂轮、第二个薄片砂轮、第三个薄片砂轮、第四个薄片砂轮、第五个薄片砂轮、第六个薄片砂轮以及第七个薄片砂轮的厚度均为100μm、外径R1均为55mm、内径R2均为40mm，第一个薄片砂轮、第二个薄片砂轮、第三个薄片砂轮、第四个薄片砂轮、第五个薄片砂轮、第六个薄片砂轮以及第七个薄片砂轮上的切槽101的深度H均为5mm。第一个薄片砂轮上的切槽101的两个槽侧面104之间形成的夹角β为0°，第二个薄片砂轮及第三个薄片砂轮上的切槽101的两个槽侧面104之间形成的夹角β均为5°，第四个薄片砂轮与第五个薄片砂轮上的切槽101的两个槽侧面104之间形成的夹角β均为10°，第六个薄片砂轮与第七个薄片砂轮上的切槽101的两个槽侧面104之间形成的夹角β均为15°。应当说明的是，在本发明的其他较佳实施例中，所述薄片砂轮11的数量还可以根据实际情况设置，例如可以为八个、十个等。所述切槽101的宽度W也可以由位于中间位置的薄片砂轮朝着位于两侧位置的薄片砂轮的方向上逐渐减小，从而使得薄片砂轮的外侧端面的磨损程度由中间向两侧的方向上逐渐减小，或者所述切槽101的宽度W也可以由位于一侧的薄片砂轮朝着位于另一侧位置的薄片砂轮的方向上逐渐减小或者逐渐增大，从而使得薄片砂轮的薄片砂轮的外侧端面的磨损程度由一侧到另一侧的方向上逐渐减小或者逐渐增大。

进一步地，请一并参阅图1至图6，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，相邻两个薄片砂轮11之间通过粘贴的方式连接固定，可以通过在相邻两个薄片砂轮11的粘贴面上设置粘胶使得其连接固定，应当说明的是，相邻两个薄片砂轮11之间连接固定的方式并不局限于此，例如，在本发明的其他较佳实施例中，相邻两个薄片砂轮之间还可以通过螺纹或者卡接的方式连接固定。

进一步地，请一并参阅图1至图9，作为本发明提供的微沟槽加工用的砂轮工具的一种具体实施方式，所述加工端面12的轮廓形状可以为V形、U形、倒U形、倒V形或者斜线状。

请参阅图10，本发明还提供了一种微沟槽的制造方法，采用如上所述的微沟槽加工用的砂轮工具加工而成，包括步骤S10、S20、S30：

S10、在若干薄片砂轮的外侧端面上开设宽度不同的切槽。

其中，切槽的宽度以及数量可以根据实际需要设置，在此不作任何限制。所有薄片砂轮的外侧端面形成砂轮工具本体的加工端面，加工端面用于加工微沟槽。

S20、将步骤S10得到的薄片砂轮按照预设叠设顺序组装得到砂轮工具本体。

其中，步骤S20中，“预设的叠设顺序”指的是根据实际需要选择各个薄片砂轮之间的叠设顺序，例如，当需要加工V形或者U形的微沟槽时，可以按照切槽的宽度由中间到两侧逐渐增大的方式叠设薄片砂轮，当需要加工倒V形或者倒U形的微沟槽时，可以按照切槽的宽度由中间到两侧逐渐减小的方式来叠设薄片砂轮，当需要加工不对称的微沟槽时，还可以将具有不同宽度的切槽的薄片砂轮按照不对称方式进行叠设。

S30、利用步骤S20得到的所述砂轮工具本体对工件进行磨削，不同薄片砂轮上的所述切槽的宽度不同，不同薄片砂轮的外缘周长亦不同；所述切槽的宽度越小，所述薄片砂轮的外缘周长越大，所述薄片砂轮的外侧端面磨损慢；所述切槽的宽度越大，所述薄片砂轮的外缘周长越小，所述薄片砂轮的外侧端面磨损快，从而将所述砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状修整成预设形状，并在所述工件上加工出纵向截面形状与所述加工端面的轮廓形状一致的微沟槽。

其中，加工端面的修整后的轮廓形状与薄片砂轮的切槽的宽度大小及薄片砂轮的排布方式均相关，通过改变薄片砂轮切槽的宽度以及薄片砂轮的排布方式可以得到具有不同轮廓形状的加工端面，最终得到具有不同纵向截面形状的微沟槽。可以根据工件所需的微沟槽的纵向截面形状选择加工端面的轮廓形状，例如当微沟槽的纵向截面形状需要呈V形、U形、倒U形、倒V形或者斜线状时，则对应的，加工端面的轮廓形状需要修整为V形、U形、倒U形、倒V形或者斜线状。工件可以为铝合金、模具钢、钛合金等硬脆性材料件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：包括砂轮工具本体，所述砂轮工具本体由多个薄片砂轮沿着所述薄片砂轮的厚度方向依次叠设而成，所述薄片砂轮具有外侧端面，所有所述薄片砂轮的外侧端面形成所述砂轮工具本体的加工端面，每个所述薄片砂轮的外侧端面上均开设有切槽，不同薄片砂轮上的所述切槽的宽度不同，不同薄片砂轮的外缘周长亦不同；所述切槽的宽度越小，所述薄片砂轮的外缘周长越大，所述薄片砂轮的外侧端面磨损慢；所述切槽的宽度越大，所述薄片砂轮的外缘周长越小，所述薄片砂轮的外侧端面磨损快，从而形成轮廓形状为预设形状的所述加工端面。

2.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：每个所述薄片砂轮上的切槽的数量均为多个，每个所述薄片砂轮上的多个所述切槽沿着所述薄片砂轮的圆周方向均匀排布。

3.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述切槽包括槽底面以及与所述槽底面的相对两侧边缘一体连接的两个槽侧面，两个所述槽侧面之间形成的夹角为0°～60°。

4.如权利要求3所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述切槽的深度为0.5～10mm。

5.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述薄片砂轮包括超硬磨料以及结合剂。

6.如权利要求5所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述超硬磨料的粒度为0.1～50μm。

7.如权利要求5所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述超硬磨料包括金刚石、立方氮化硼、碳化硅中的一种或者几种，所述结合剂包括金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂中的一种或者几种。

8.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述薄片砂轮的形状为圆环形，所述薄片砂轮的外径为50～200mm，所述薄片砂轮的内径为15～45mm，所述薄片砂轮的厚度为10～200μm。

9.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述薄片砂轮的数量至少为三个，所述切槽的宽度由位于中间位置的薄片砂轮朝着位于两侧位置的薄片砂轮的方向上逐渐增大。

10.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：相邻两个薄片砂轮之间通过粘贴的方式连接固定。

11.如权利要求1所述的一种微沟槽加工用的砂轮工具，其特征在于：所述加工端面的轮廓形状为V形、U形、倒U形、倒V形或者斜线状。

12.一种微沟槽的制造方法，其特征在于：采用权利要求1-11任一项所述的微沟槽加工用的砂轮工具加工而成，包括以下步骤：

A、在若干薄片砂轮的外侧端面上开设宽度不同的切槽；

B、将步骤A得到的薄片砂轮按照预设叠设顺序组装得到砂轮工具本体；

C、利用步骤B得到的所述砂轮工具本体对工件进行磨削，不同薄片砂轮上的所述切槽的宽度不同，不同薄片砂轮的外缘周长亦不同；所述切槽的宽度越小，所述薄片砂轮的外缘周长越大，所述薄片砂轮的外侧端面磨损慢；所述切槽的宽度越大，所述薄片砂轮的外缘周长越小，所述薄片砂轮的外侧端面磨损快，从而将所述砂轮工具本体的加工端面的轮廓形状修整成预设形状，并在所述工件上加工出纵向截面形状与所述加工端面的轮廓形状一致的微沟槽。