CN110434773B - 一种环抛机用大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的制作方法 - Google Patents

一种环抛机用大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于精密加工技术领域，涉及一种环抛机用大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的制作方法。本发明提供了一种由小尺寸的正六棱柱高精度油石，通过直线切割和拼接，粘于圆盘形大理石基体上制成高精度大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的方法，克服大面积磨盘直接加工平面精度偏低、后期对研修整效率低缺点，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种环抛机用大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的制作方法
技术领域
本发明属于精密加工技术领域，涉及一种环抛机用大面积超硬磨盘和修正盘的制作方法。
背景技术
环抛机是一种采用环抛工艺加工超精密平面的设备，主要用于光学玻璃、硅、KDP晶体、超精密金属模具等平面的研磨抛光，广泛应用于航空航天、国防及精密机械领域。采用环抛工艺可实现用作平面测量基准的标准圆平晶(直径为150mm)的超精密加工，1级平晶平面度可达50nm。环抛机的磨盘和修正盘主要有两种，一种是大理石磨盘，一种是铸铁磨盘。加工光学玻璃、硅、KDP晶体等非金属材料时，常用大理石磨盘作为刚性支撑盘，然后在大理石磨盘上加抛光垫或浇注沥青，形成抛光盘；加工金属零件时，常用铸铁磨盘作为研磨盘。修正盘的材料一般和磨盘的材料一致。
由于铸铁材料热膨胀系数较高、材料偏软、硬度不均匀等缺陷，研磨过程中自身的磨损也较为严重且磨损不均匀，从而致铸铁磨盘和修正盘的精度保持性差，研磨精度没有大理石磨盘的精度高。然而，大理石磨盘由于吸油吸水易变性、且硬度不高，也不适合直接加工金属零件。因此，开发出同时适用于金属和非金属研抛加工的超硬磨盘和修正盘，成为当务之急。
超硬磨料中的金刚石(摩氏硬度为10)，立方氮化硼(摩氏硬度为9.7)和碳化硼(摩氏硬度为9.3)是已知世界上最坚硬的三种材料之一。碳化硼具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点，主要用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。另外，碳化硼与金刚石和立方氮化硼相比，制造容易、成本低廉，因而使用更加广泛。在某些方面可以取代价格昂贵的金刚石，在磨削、车削、钻孔、研磨等方面的应用。
相对于其他超硬磨料而言，碳化硼高温烧结后粒间可形成类似砂轮的空隙，这对于高效加工、储存研磨液和容削非常有利，特别适合用于制作精密研磨用的油石。然而由于模具制作成本高、烧结空间有限、加工困难等因素的制约，市面上的碳化硼油石多为尺寸不大于300mm的矩形油石。常见的有200mm×200mm×20mm的方形油石，200mm×50mm×25mm及100mm×25mm×5mm长条矩形油石。市面上的碳化硼油石不能直接用来制造圆形的磨盘和修正盘。大面积的金刚石磨盘和立方氮化硼磨盘成型烧结也比较困难。
环抛机磨盘的直径从800mm～4000mm不等，修正盘为400mm～2000mm不等。用整体的超硬磨料烧结大面积的磨盘和整体精密加工非常困难，且造价极其昂贵。
发明内容
为解决研抛机用大面积超硬磨盘和修正盘的制作问题，本发明提供了一种由小尺寸的正六棱柱高精度油石，通过直线切割和拼接，粘于圆盘形大理石基体上制成大面积高精度蜂窝状超硬磨盘和修正盘的方法；步骤如下：
(1)根据磨盘和修正盘的直径，确定正六棱柱超硬油石的数量及规格尺寸；
正六棱柱油石底面正六边形的内接圆直径为磨盘直径的1/6；分别定义A型、B型、C型、D型和E型油石；完整的正六棱柱油石为A型油石，其它类型的油石均由A型油石通过直线切割工艺获得；沿A型油石底面一个顶点与其相邻侧边的中点连线切割，剩余部两部分中面积较大的为B型油石；面积较小的部分为截取一个底面顶角为120°的最大等腰三角形的三棱柱为C型油石；一件A型油石沿对角线对称切割得到两个D型油石；一件A型油石沿底面相间隔1个顶点的两顶点连线切割可得到3件E型油石；一个磨盘需要A型油石18件，正中间的一个A型油石的位置空缺；需要B型油石12件，C型油石和D型油石各6件；修正盘的直径约为磨盘直径的1/2，一个修正盘需要A型油石7件，需要E型油石6件；一台环抛机需要一个磨盘和一个修正盘，共需要下料烧结正六棱柱超硬油石总数为42件，其中A型油石25件，剩余的17件油石可切割成12件B型油石，6件C型油石，6件D型油石和6件E型油石；
(2)制作正六棱柱油石模具，选用超硬磨料微粉为原料进行热压成型与高温烧结；
(3)对所有油石表面进行精磨加工；
(4)通过直线切割制作规定数量B型、C型、D型和E型油石；
(5)确定油石的工作面，对所有油石的工作面进行研磨和对研加工；
(6)加工大理石磨盘和修正盘基体；
(7)借助另外一件00级精度以上，尺寸不小于磨盘直径的高精度大理石基准平台作为贴合基准面；所有油石的工作面与高精度大理石平台基准面贴合；制作大面积蜂窝状超硬磨盘时取18件A型油石、12件B型油石、6件C型油石和6件D型油石，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体，其中正中间的一个A型油石位置空缺；制作大面积蜂窝状超硬修正盘时取7件A型油石和6件E型油石，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体；
(8)近圆形油石盘体的外径缠绕具有弹性的塑料电工胶带；
(9)在大理石基体磨盘和修正盘粘贴面上涂一层均匀的云母石胶或环氧树脂胶；
(10)最后将大理石基体磨盘或修正盘涂胶的一面朝下对中压到相应的近圆形蜂窝状油石盘体的非工作面上，直到达到胶层的最大强度；
(11)将制作好的大面积超硬磨盘和修正盘安装到环抛机上进行对研修正，便可进行工件研抛加工。
本发明的有益效果在于，提供了一种由小尺寸的正六棱柱高精度油石，通过直线切割和拼接，粘于圆盘形大理石基体上制成高精度大面积蜂窝状超硬磨盘和修正盘的方法，克服大面积磨盘直接加工平面精度偏低、后期对研修整效率低缺点，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1超硬磨盘和修正盘制作流程图。
图2大面积超硬磨盘油石拼接示意图。
图3大面积超硬修正盘油石拼接示意图。
图4大面积磨盘粘接示意图。
图中：1 A型油石；2 B型油石；3 C型油石；4 D型油石；5 A型油石空缺位置；6 E型油石；7大理石基准平台；8大理石基体；9蜂窝状超硬油石盘体。
具体实施方式
以PL12型环抛机为例，阐述大面积蜂窝状碳化硼磨盘和修正盘的制作方法。
(1)根据磨盘和修正盘的直径，确定正六棱柱碳化硼油石的数量及规格尺寸；
PL12型环抛机磨盘直径为1200mm，根据正六棱柱油石底面正六边形的内接圆直径为磨盘直径的1/6的要求，正六棱柱底面正六边形的内接圆直径为200mm。修正盘的直径约为磨盘直径的1/2。考虑到碳化硼微粉的成本，所有油石的设计高度为20mm，以减少制作成本。分别定义A型油石1、B型油石2、C型油石3、D型油石4和E型油石5；完整的正六棱柱油石为A型油石1，其它类型的油石均由A型油石1通过直线切割工艺获得；沿A型油石1底面一个点与相邻侧边的中点连线切割，剩余部两部分中面积较大的为B型油石2；面积较小的部分为截取一个底面顶角为120°的最大等腰三角形的三棱柱为C型油石3；一件A型油石1沿对角线对称切割得到两个D型油石4；一件A型油石1沿底面相间隔1个顶点的三条连线切割可到3件E型油石6；一个磨盘需要A型油石1共18件，正中间的一个A型油石的位置5空缺；需要B型油石2共12件，C型油石3和D型油石4各6件；修正盘的直径约为磨盘直径的1/2，一个修正盘需要A型油石7件，需要E型油石6件；一台环抛机需要一个磨盘和一个修正盘，共需要下料烧结正六棱柱超硬油石总数为42件，其中A型油石25件，剩余的17件油石可切割成12件B型油石，6件C型油石，6件D型油石和6件E型油石；
(2)制作正六棱柱油石模具，选用粒度为2000目的碳化硼微粉为原料进行进行热压成型与高温烧结；
制作正六棱柱模具时，要考虑油石毛坯的收缩率及模型的制作精度，并适当放大模具的尺寸，为后续磨削加工和研磨加工留出合适的加工余量；
(3)对所有油石进行精磨加工
超硬砂轮对所有油石表面进行磨削加工，以获得尺寸统一正六棱柱油石；油石的高度差不大于0.05mm，上下表面的平行度误差不大于0.02mm；
(4)通过直线切割制作规定数量B型油石2、C型油石3、D型油石4和E型油石6；
取12件A型油石1制作成12件B型油石2和6件C型油石3；取3件A型油石制1成6件D型油石2；取2件A型油石1制作成6件E型油石6；其中B油石2中6件切割的方位与另外6件不同，导致工作面的方位不同；
(5)确定油石的工作面，对所有油石的工作面进行研磨和对研加工，减小所有油石工作面的平面度误差到0.002mm以下；
(6)加工大理石基体8磨盘和修正盘，粘贴蜂窝油石的一面平面度误差不大于0.05mm；
(7)借助另外一件00级精度以上，尺寸不小于磨盘直径的高精度大理石基准平台7作为贴贴基准面；所有油石的工作面与高精度大理石平台7基准面贴合；制作大面积蜂窝状超硬磨盘时取18件A型油石1、和12件B型油石6件C型油石3和6件D型油石4，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体，其中正中间的一个A型油石位置5空缺；制作大面积蜂窝状超硬修正盘时取7件A型油石1、和6件E型油石6，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体；
(8)蜂窝状超硬油石盘体9的外径缠绕几圈具有弹性的塑料电工胶带，以防止粘贴过程中油石之间产生相对位移，影响贴贴质量；
(9)在大理石基体8磨盘和修正盘粘贴面上涂一层均匀的云母石胶或环氧树脂胶，胶层厚度为0.08mm～0.12mm；
(10)最后将大理石基体8磨盘或修正盘涂胶的一面朝下对中压到相应的近圆形蜂窝状超硬油石盘体9的非工作面上，直到达到胶层的最大强度；
(11)将制作好的大面积超硬磨盘和修正盘安装到环抛机上进行对研修正，便可进行工件研抛加工。

Claims (1)

1.一种环抛机用大面积蜂窝状超硬碳化硼磨盘和修正盘的制作方法，其特征在于，由小尺寸的正六棱柱高精度碳化硼油石，通过直线切割和拼接，粘于圆盘形大理石基体上制成大面积高精度蜂窝状超硬碳化硼磨盘和修正盘；具体制作步骤如下：
(1)根据磨盘和修正盘的直径，确定正六棱柱超硬碳化硼油石的数量及规格尺寸；
正六棱柱油石底面正六边形的内接圆直径为磨盘直径的1/6；分别定义A型、B型、C型、D型和E型油石；完整的正六棱柱油石为A型油石，其它类型的油石均由A型油石通过直线切割工艺获得；沿A型油石底面一个顶点与其相邻侧边的中点连线切割，剩余部两部分中面积较大的为B型油石；面积较小的部分为截取一个底面顶角为120°的最大等腰三角形的三棱柱为C型油石；一件A型油石沿对角线对称切割得到两个D型油石；一件A型油石沿底面相间隔1个顶点的两顶点连线切割可得到3件E型油石；一个磨盘需要A型油石18件，正中间的一个A型油石的位置空缺；需要B型油石12件，C型油石和D型油石各6件；一个修正盘需要A型油石7件，需要E型油石6件；一台环抛机需要一个磨盘和一个修正盘，共需要下料烧结正六棱柱超硬油石总数为42件，其中A型油石25件，剩余的17件油石可切割成12件B型油石，6件C型油石，6件D型油石和6件E型油石；
(2)制作正六棱柱油石模具，选用超硬碳化硼微粉为原料进行热压成型与高温烧结；
(3)对所有油石表面进行精磨加工；
(4)通过直线切割制作规定数量B型、C型、D型和E型油石；
(5)确定油石的工作面，对所有油石的工作面进行研磨和对研加工；
(6)加工大理石磨盘和修正盘基体；
(7)借助另外一件00级精度以上，尺寸不小于磨盘直径的高精度大理石基准平台作为贴合基准面；所有油石的工作面与高精度大理石平台基准面贴合；制作大面积蜂窝状超硬磨盘时取18件A型油石、12件B型油石、6件C型油石和6件D型油石，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体，其中正中间的一个A型油石位置空缺；制作大面积蜂窝状超硬修正盘时取7件A型油石和6件E型油石，按照蜂窝状紧密排列成近圆形盘体；
(8)近圆形油石盘体的外径缠绕具有弹性的塑料电工胶带；
(9)在大理石基体磨盘和修正盘粘贴面上涂一层均匀的云母石胶或环氧树脂胶；
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