CN115179111B - 一种潮解工件的浴法抛光方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种潮解工件的浴法抛光方法及装置，包括控制面板、工件保持架、回流挡板、盆形抛光盘、驱动装置、抛光垫、压环、螺栓、工件、配重夹具。盆形抛光盘与驱动装置直连，抛光垫使用压环和螺栓固定在盆形抛光盘内部，工件镶嵌后固定于配重夹具，通过增减配重调节抛光压力。易潮解工件浸没在无水抛光液中进行加工，回流挡板使抛光液自发性搅拌均匀并回流至抛光垫中心。本发明整体结构紧凑，占地面积小，对环境要求不高，广泛适用于潮解材料的平面抛光。抛光液配置简单，不含有毒有害成分，抛光液使用量少且能够多次重复使用，降低了生产成本和对环境的危害。

Description

一种潮解工件的浴法抛光方法及装置
技术领域
本发明属于精密抛光技术领域，涉及一种新型的浴法抛光方法以及配套的相关设备。
背景技术
在激光、探测领域中，部分材料具有极大的应用价值，由于其水解特性，导致难以使用常规方法获得良好的表面质量，例如KDP(KH2PO4)晶体、CLYC(Cs2LiYCl6)晶体等。常常要求加工环境具有极低的湿度，导致了难以形成大规模生产。常规加工中常使用砂纸，但使用砂纸进行抛光极易导致工件表面出现划痕和崩碎，此外磨粒的脱落，也容易划伤工件表面，严重影响工件的表面质量，也难以保证材料的面形精度。另外在使用油相抛光液加工时，砂纸的寿命会大幅降低，还会溶解砂纸背胶，造成砂纸脱落或发生弯折翘曲。与砂纸加工相比，本发明能够节省加工成本，解决脱落的问题，有效提高工件的加工质量。
前人针对潮解材料的超精密抛光加工方法中开展了一些研究。如中国专利CN101481586B提出了一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液，是一种适用于软脆易潮解材料的抛光液。中国专利CN111763478B提出了一种用于KDP晶体的化学抛光液、制备方法及抛光方法，完全不含固体颗粒的有机溶液。以上例子中使用研制的抛光液进行易潮解晶体的加工，加工准备过程复杂，抛光液制备过程繁琐，配比复杂。加工时抛光液使用持续少量的滴加到抛光垫上，不能避免空气湿度对工件的影响，导致对加工环境的要求极高。中国专利CN106926139B提出了一种微纳水溶解的抛光系统和方法，使用了极为复杂的控制系统控制温度保证抛光液性能的稳定，抛光使用的含水抛光液极易受到环境的影响，同时该系统的调整能力有限，抛光液性能调整时间不能适应环境的快速变化，调整结果存在滞后现象导致加工效果不佳。中国专利CN105150078B提出了一种KDP晶体表面微纳纹理的无损数控水溶解抛光去除方法，潮解材料的抛光中使用了结构复杂、体积较大的加工设备，加工面形精度受到设备加工精度影响极大，加工设备存在较大震动易使加工面形精度恶化，此外单次加工周期长，在空气湿度的影响下导致单次走刀先后加工部位的表面质量不一致。
浴法抛光设备如中国专利CN103722465A提出的一种生物芯片用玻璃基片表面浴法抛光设备，使用了极为复杂的结构设计，抛光液需要在加工时进行额外的搅拌工序才能正常加工，抛光液使用量极大，对环境影响较大，部分容易产生团聚现象的磨粒难以通过搅拌的方式分散均匀，导致加工表面质量不高。
发明内容
针对现有的易水解材料的精密加工方法中，常规加工使用砂纸抛光、精密飞切，工件材料极易出现划痕、崩碎和波纹的情况提出了一种新型的浴法抛光方法及装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种潮解工件的浴法抛光装置，所述研抛装备包括控制面板1、工件保持架2、回流挡板3、盆形抛光盘4、驱动装置5、抛光垫6、压环7、压紧螺栓8、工件9、配重夹具10。
所述的控制面板1与驱动装置5通过线缆连接，通过控制面板1上的启停按钮、转速调节旋钮和加工时间设定模块对5驱动模块进行控制。
所述的盆形抛光盘4位于驱动装置上方，盆形抛光盘4与驱动装置5动力输出轴直连固定，驱动装置5保证动力输出轴竖直向上固定在箱体上并由控制面板1进行启停、转速调整、加工时间的控制。
所述的抛光垫6通过压环7和压紧螺栓8固定在盆形抛光盘4上。所述的工件保持架2为“y”形，顶端设有两导轮与配重夹具10边缘接触，用于保证配重夹具10旋转顺畅，回流挡板3为“F”形，其把持柄固定在工作平台上，挡板下部采用弹性材料制成，与盆形抛光盘4内壁和抛光垫6弹性接触。所述工件保持架2和回流挡板3的位于盆形抛光盘4上方，工件保持架2和回流挡板3远离盆形抛光盘4的一端通过回转轴固定在箱体顶面盆形抛光盘4的周围，工件保持架2和回流挡板3可以绕回转轴任意转动调整角度，并可以通过尾部的螺栓锁紧通过摩擦力固定调整后的工件保持架2和回流挡板3，避免其在加工时出现转动。
所述的配重夹具10使用薄壁圆桶形设计，上方无盖底部留有装夹工件的圆形通孔，中心设有螺纹通孔，圆形通孔和底面中心连线于侧壁相交处的底部中心处开有螺纹通孔并旋入螺钉，用于锁紧工件。所述工件9经过镶嵌、修磨后，装入配重夹具10，通过拧紧侧面螺钉将配重夹具10与工件9进行固定。所述的配重夹具10整体放在抛光垫6上，工件9待加工表面与抛光垫6接触，配重夹具10卡入工件保持架2两导轮之间，配重夹具10外侧壁与导轮紧贴，加工时配重夹具10会在两导轮之间旋转，保证加工均匀。所需压力不足需要增加配重块时，配重块放置于配重夹具10内，二者中心部位使用螺杆进行连接。
进一步的，所述的工件保持架2两导轮之间的距离略小于配重夹具10的外部直径，导轮与配重夹具10外壁紧贴滚动，保证加工时装夹整体在保持架和导轮的作用下自转。调整后需要满足工件保持架2的导轮和回流挡板3位于盆形抛光盘4上方，回流挡板3安置在工件保持架2旋转方向的前侧并与盆形抛光盘4内侧接触。
一种潮解工件的浴法抛光方法，包含以下步骤：
第一步：将盆形抛光盘4与固定在箱体内部的驱动装置5的动力输出轴牢固直连，二者一同转动，转动速度范围20-300rpm。
第二步：使用压环7和压紧螺栓8将抛光垫6固定在盆形抛光盘4内侧。
第三步：使用凝固后具有一定硬度、并且可以隔绝空气中的水分的材料镶嵌潮解工件9。镶嵌好的工件9修磨成圆柱形，保证镶嵌材料底部和工件9被加工表面位于同一平面，整体直径略小于配重夹具10装夹部位直径。工件9装入配重夹具10后，拧紧侧面螺钉固定。
第四步：装夹后的工件9和配重夹具10整体放置在盆形抛光盘4中，加工表面与抛光垫6接触，加入无水抛光液浸没加工表面5mm以上。保证加工过程中工件能够完全浸没在抛光液内，避免材料潮解。
第五步：调整工件保持架2和回流挡板3的位置，使工件保持架2的导轮位于抛光垫上方，回流挡板3与盆形抛光盘4内侧壁和抛光垫6接触，锁紧尾部螺栓固定工件保持架2和回流挡板3，保证加工时二者保持不动。将配重夹具10卡入工件保持架2的两个导轮中间，侧壁与两导轮同时接触。
第六步：控制面板1设定加工时间、转速后，启动设备。随着盆形抛光盘4的旋转，装有工件9的配重夹具10在抛光垫6的摩擦力作用下内外侧受力不一致形成力矩，在工件保持架2的作用下原地旋转，加工过程中工件表面与抛光垫6的加工区域随机接触，磨粒随机进入加工区域，保证材料各部分去除均匀。抛光液在离心作用下被甩在抛光垫外围部分，抛光垫6中心部位抛光液数量减少。在回流挡板3的作用下出现上涌和翻滚现象，底层和边缘抛光液和上层抛光液混合均匀，并被回流挡板3输送至抛光垫6的中心，保证加工区域抛光液各组分的均匀性，加工表面始终淹没在无水抛光液中，隔绝空气。同时由于镶嵌材料作为牺牲部分，避免了潮解工件出现塌边，保证了材料的平面度。通过对抛光液组分和抛光压力的选择，保证了抛光效率和抛光质量，实现易潮解工件的高效高质量加工。
第七步：设备停止转动后，对工件9进行检测，结果合格结束加工，不合格则重复第五步。
进一步的，第二步中抛光垫6根据加工需求进行选择，较硬的抛光垫材料可以使用聚氨酯材料、复合铜盘、复合铁盘等，对保证加工表面的平面度有较好效果；较软的抛光垫种类可以选取锡抛光盘、阻尼垫、绒布垫等，质地软具有一定弹性，能够避免局部应力集中产生的材料表面损伤。
进一步的，第三步中可以使用环氧树脂、石蜡、热熔胶等凝固后具有一定硬度的材料镶嵌易潮解工件。镶嵌后的工件9使用砂纸和油液修磨成圆柱形，圆柱直径略小于配重夹具10装夹工件部位的尺寸。配重夹具10的选择依据加工需求，装夹工件部位的数量可以适当增加，以提高加工效率，考虑加工稳定性装夹数量不应少于3个。加工压力的调整通过在配重夹具上增加配重块来完成。
进一步，根据实际配重夹具10和盆形抛光盘4的直径差距，可以设置多个工位同时以提高加工效率。
进一步的，第四步中使用的无水抛光液，主要由磨料、油相基液、分散剂、表面活性剂组成。磨料种类依据加工材料的特性进行选择，磨粒粒径20-100nm。可供选择的纳米级磨粒种类如：二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、碳化硅等，对工件加工效率有较大要求时优先选择较大粒径的碳化硅和氧化铝磨粒，能够降低成本提高材料去除速率，但不易获得较好的表面质量；对工件工件表面质量有较高要求时，优先选择较小粒径的二氧化硅、二氧化铈等，磨粒硬度相对较低不易产生大尺寸划伤。油相基液可以选用食用油、石蜡油、甘油、矿物油、硅油等，选择一种或多种油进行混合，降低整体粘度，能够有效减弱加工过程中的抛光液的离心现象。磨料与油相基液混合均匀后，应经过超声振动10min以上以保证磨粒分布均匀，避免磨粒团聚的现象造成加工表面损伤。以无水抛光液总质量100％计，其中，磨料质量浓度为2wt.％-20wt.％，分散剂质量浓度为1wt.％-5wt.％，表面活性剂质量浓度为1wt.％-5wt.％，其余为油相基液。
进一步，回流挡板3外形可以采用毛刷状，刷毛使用弹性材料制成，如聚乙烯、硅胶等，刷毛紧密排列并和盆形抛光盘4内壁和抛光垫6紧密接触压弯，能够自适应内壁形状。
与现有技术相比较，本发明的有益效果体现在：
(1)与现有的潮解材料抛光方法相比，本发明中所使用的抛光液配置流程简单，无毒无害，易于制备和保存，能够适应绝大部分易潮解工件的平面抛光，获得纳米级粗糙度。
(2)与现有浴法抛光设备相比，本发明所使用的设备结构简单紧凑，操作简单，抛光液使用量大幅度降低，有利于降低生产成本。
(3)不需严格控制空气湿度，对加工环境要求较低。
附图说明
图1为本发明抛光机整体结构示意图。
图2为本发明工件装夹示意图。图2(a)为装夹后配重夹具底部斜俯视图；图2(b)为装夹后配重夹具上部斜俯视图。
图3为本发明盆形抛光盘结构示意图。图3(a)为盆形抛光盘仰视图；图3(b)为盆形抛光盘主剖视图；图3(c)为盆形抛光盘左视图；图3(d)为盆形抛光盘俯视图；图3(e)为盆形抛光盘斜俯视图。
图4为本发明双工位抛光示意图。
图5为本发明抛光液运动示意图。
图6为本发明加工操作流程图。
图中：1控制面板；2工件保持架；3回流挡板；4盆形抛光盘；5驱动装置；6抛光垫；7压环；8压紧螺栓；9工件；10配重夹具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施案例：双工位易潮解工件浴法抛光方法及装置
如附图1-5所示，易潮解工件抛光加工设备包括：控制面板1、工件保持架2、回流挡板3、盆形抛光盘4、驱动装置5、抛光垫6、压环7、压紧螺栓8、工件9、配重夹具10。
所述盆形抛光盘4与驱动装置5动力输出轴直连固定，驱动装置5保证动力输出轴竖直向上固定在箱体上并由控制面板1进行启停、转速调整、加工时间的控制。控制面板1装有对驱动装置5转速、启停的控制按钮，另外配有转速的显示模块和加工时间的调整旋钮，满足对加工转速和加工时间的选择。
所述抛光垫6通过压环7和压紧螺栓8固定在盆形抛光盘4上，加工时一同旋转。工件保持架2和回流挡板3回转轴固定在箱体顶面盆形抛光盘4的周围，工件保持架2导轮和回流挡板3位于盆形抛光盘4上方，回流挡板3安置在工件保持架2前侧并与盆形抛光盘4内侧接触。
所述工件9经过镶嵌、修磨后，装入配重夹具10，拧紧侧面的螺钉固定好工件。整体倒放在抛光垫6上，工件9待加工表面与抛光垫6接触，配重夹具10卡入工件保持架2的两导轮之间。
所述工件保持架2采用“y”形，头部两端装有导轮，保证加工过程中工件9和配重夹具10不随抛光垫6运动，并能顺畅自转。抛光垫逆时针旋转时回流挡板3安装在工件保持架2前侧，以保证加工时，抛光液能够在接触工件9前能够到达抛光垫中心，并在离心作用下在加工区域分布均匀。所述回流挡板3采用“F”形，把持柄固定在工作平台上，挡板下部采用弹性材料制成，与盆形抛光盘4内壁和抛光垫6弹性接触。
所述盆形抛光盘4为圆柱形构造，上方无盖，内部均布6个M4螺纹孔，螺纹孔距离回转中心255mm，下方有与5-驱动装置连接的法兰盘。
所述驱动装置5内部有调速电机，动力输出轴前端有法兰盘与盆形抛光盘4连接，对盆形抛光盘4起到支撑和驱动旋转作用。驱动装置5放置于盆形抛光盘4正下方，位于外壳内部，与外壳底部固定。
所述抛光垫6根据被加工工件的要求，选用聚氨酯抛光垫IC1000型。抛光垫直径250mm，厚5mm，表面加工有同心圆沟槽。
所述压环7为1mm厚左右的金属薄片，上面开有与盆形抛光盘4上螺纹孔位置相同的通孔，通孔尺寸5mm，内径246mm，外径256mm。
所述压紧螺栓8采用M4内六角螺栓，长度略短于螺纹孔螺纹长度、抛光垫厚度和压环7的厚度之和，以保证抛光垫能够牢固压制在盆形抛光盘4上。
所述工件9至少选择3个以上固定在配重夹具10上，配重夹具10的重量依据加工需求来进行选择。使用石蜡镶嵌潮解工件，镶嵌后整体直径25mm，高10-25mm。
所述配重夹具10采用圆桶状设计，底面后15mm，圆桶外径104mm内径100mm，高60mm。底面加工有3个通孔，通孔直径26mm，在通孔中心线与配重夹具10的连线与边缘相交部位，开有螺纹孔，将螺钉旋入后，工件9被锁紧。配重夹具10中心有M6螺纹通孔.通过调整配重块重量调整抛光压力，配重块放入圆桶内部，使用螺杆将配重块和配重夹具10紧密连接。
所述潮解工件的浴法抛光方法，包含以下步骤：
第一步：将盆形抛光盘4与固定在箱体内部的驱动装置5的动力输出轴牢固直连，二者一同转动，转动速度范围20-200rpm。
第二步：使用压环7和压紧螺栓8将抛光垫6固定在盆形抛光盘4内侧，抛光垫6随盆形抛光盘4一起转动。
第三步：使用石蜡镶嵌工件9。镶嵌好的工件进行外部材料的形状修磨，保证材料底部和被加工材料表面位于同一平面，整体直径略小于配重夹具10装夹部位直径。工件9装入配重夹具10后，拧紧夹具螺钉固定。
第四步：装夹后的工件9和配重夹具10整体放置在盆形抛光盘4中，加工表面与抛光垫6接触，加入无水抛光液浸没加工表面6mm。所述的无水抛光液具体组分是：5wt.％氧化铈磨粒(粒径100nm)、20wt.％丙二醇甲醚、2wt.％AEO-3、73wt.％液体石蜡油。
第五步：调整工件保持架2和回流挡板3的位置，将配重夹具10卡入工件保持架2的两个导轮中间。
第六步：控制面板1设定加工时间10min、转速50rpm后，启动设备。
第七步：设备停止转动后，对工件9进行检测，结果合格结束加工，不合格则重复第六步。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种潮解工件的浴法抛光装置，其特征在于，所述的浴法抛光装置包括控制面板(1)、工件保持架(2)、回流挡板(3)、盆形抛光盘(4)、驱动装置(5)、抛光垫(6)、压环(7)、压紧螺栓(8)、配重夹具(10)；
所述的盆形抛光盘(4)位于驱动装置上方，盆形抛光盘(4)与驱动装置(5)动力输出轴连接固定，驱动装置(5)保证动力输出轴竖直向上固定在箱体上并由控制面板(1)进行启停、转速调整、加工时间的控制；
所述的抛光垫(6)通过压环(7)和压紧螺栓(8)固定在盆形抛光盘(4)上；所述的工件保持架(2)为“y”形，顶端设有两导轮与配重夹具(10)边缘接触，用于保证配重夹具(10)旋转顺畅；所述回流挡板(3)为“F”形，其把持柄固定在工作平台上，挡板下部采用弹性材料制成，与盆形抛光盘(4)内壁和抛光垫(6)弹性接触；所述工件保持架(2)和回流挡板(3)的位于盆形抛光盘(4)上方，二者远离盆形抛光盘(4)的一端通过回转轴固定在盆形抛光盘(4)周围，二者均可以绕回转轴任意转动调整角度，通过尾部螺栓锁紧固定调整后的工件保持架(2)和回流挡板(3)；
工件(9)经过镶嵌、修磨后，通过配重夹具(10)夹紧；所述的配重夹具(10)整体放在抛光垫(6)上，工件(9)待加工表面与抛光垫(6)接触，配重夹具(10)卡入工件保持架(2)两导轮之间，配重夹具(10)外侧壁与导轮紧贴，加工时配重夹具(10)会在两导轮之间旋转，保证加工均匀。
2.根据权利要求1所述的一种潮解工件的浴法抛光装置，其特征在于，所述配重夹具(10)内增设配重块，调整加工压力。
3.根据权利要求1所述的一种潮解工件的浴法抛光装置，其特征在于，所述的工件保持架(2)两导轮之间的距离小于配重夹具(10)的外部直径，导轮与配重夹具(10)外壁紧贴滚动，保证加工时装夹整体在保持架和导轮的作用下自转；回流挡板(3)安置在工件保持架(2)旋转方向的前侧并与盆形抛光盘(4)内侧接触。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的浴法抛光装置实现的浴法抛光方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步：将盆形抛光盘(4)与固定在箱体内部的驱动装置(5)的动力输出轴牢固直连，二者一同转动，转动速度范围20-300 rpm；
第二步：使用压环(7)和压紧螺栓(8)将抛光垫(6)固定在盆形抛光盘(4)内侧；
第三步：使用凝固后具有硬度、并且可以隔绝空气中的水分的材料镶嵌潮解工件(9)；镶嵌好的工件(9)修磨成圆柱形，保证镶嵌材料底部和工件(9)被加工表面位于同一平面，整体直径略小于配重夹具(10)装夹部位直径；工件(9)装入配重夹具(10)后，进行锁紧固定；
第四步：装夹后的工件(9)和配重夹具(10)整体放置在盆形抛光盘(4)中，加工表面与抛光垫(6)接触，加入无水抛光液浸没加工表面5 mm 以上；所述的无水抛光液主要由磨料、油相基液、分散剂、表面活性剂组成；
第五步：调整工件保持架(2)和回流挡板(3)的位置，使工件保持架(2)的导轮位于抛光垫上方，回流挡板(3)与盆形抛光盘(4)内侧壁和抛光垫(6)接触，锁紧尾部螺栓固定工件保持架(2)和回流挡板(3)，保证加工时二者保持不动；将配重夹具(10)卡入工件保持架(2)的两个导轮中间，侧壁与两导轮同时接触；
第六步：控制面板(1)设定加工时间、转速后，启动设备；随着盆形抛光盘(4)的旋转，装有工件(9)的配重夹具(10)在工件保持架(2)的作用下原地旋转，加工过程中工件表面与抛光垫(6)的加工区域随机接触，磨粒随机进入加工区域，保证材料各部分去除均匀；在回流挡板(3)的作用下抛光液出现上涌和翻滚现象，底层和边缘抛光液和上层抛光液混合均匀，并被回流挡板(3)输送至抛光垫(6)的中心，保证加工区域抛光液各组分的均匀性，加工表面始终淹没在无水抛光液中隔绝空气；同时由于镶嵌材料作为牺牲部分，保证材料平面度；通过对抛光液组分和抛光压力的选择，实现易潮解工件的高效高质量加工；
第七步：设备停止转动后，对工件(9)进行检测，结果合格结束加工，不合格则重复上述步骤。
5.根据权利要求4所述的浴法抛光方法，其特征在于，第三步中使采用环氧树脂、石蜡、热熔胶镶嵌易潮解工件。
6.根据权利要求4所述的浴法抛光方法，其特征在于，根据实际配重夹具(10)和盆形抛光盘(4)的直径差距，设置多个工位同时以提高加工效率。
7.根据权利要求4所述的浴法抛光方法，其特征在于，以无水抛光液总质量100%计，其中，磨料质量浓度为2 w% - 20 w%，分散剂质量浓度为1 w% - 5 w%，表面活性剂质量浓度为1 w% - 5 w%，其余为油相基液。
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