CN210132390U - 一种新型超薄涂层游星轮夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种新型超薄涂层游星轮夹具，所述游星轮夹具的上表面及下表面均设置有涂层，所述游星轮夹具沿周向设置有多个锯齿；所述游星轮夹具上开设有若干个装载孔，用于放置超薄工件；所述工件的厚度大于所述游星轮夹具的厚度。应用本技术方案可实现提供游星轮夹具的刚度和强度，减小游星轮夹具的变形风险，提高游星轮夹具的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密加工领域，具体是指一种新型超薄涂层游星轮夹具。
背景技术
随着科学技术的发展，超薄工件在众多领域扮演着重要角色，如计算机磁盘、光学镜片和半导体衬底等。这类工件通常要求具有很高的表面平整度和表面质量。研磨和抛光都属于精密加工，是超薄工件常用的加工手段。超薄工件经过平面研磨能够获得微米级的表面平整度，经过抛光则能获得极低的表面粗糙度。双面行星研磨/抛光则是指在双面行星研磨/抛光设备上进行研磨/抛光加工，由于双面行星研磨/抛光时工件的上下两个表面同时进行材料去除，因此加工效率比传统的单面研磨/抛光更高，同时，因为双面行星研磨/抛光时磨粒运动轨迹更加复杂和均匀，所以工件表面质量也更好。以上优点使得双面行星研磨/抛光成为超薄工件的首选加工方法。
传统的双面行星研磨/抛光要求游星轮夹具的厚度必须小于工件厚度。以半导体衬底为例，出于对缩减材料成本的需求，衬底的厚度规格呈现越来越薄的趋势，相应的，游星轮夹具的厚度也要求越来越薄。这使得游星轮夹具的强度和刚度难以满足要求。传统的金属超薄游星轮夹具由于刚度不够，在使用过程中容易出现较大的翘曲、变形等现象，导致工件滑出破碎等问题，同时，由于金属材料表面的耐磨损性较差，使用过程中游星轮夹具的磨损进一步降低的游星轮的刚度和强度，这将严重影响游星轮夹具的使用寿命，增加了生产成本。
实用新型内容
本实用新型的目的提供一种新型超薄涂层游星轮夹具，不仅提供了游星轮夹具的刚度和强度，还减小游星轮夹具的变形风险，提高游星轮夹具的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型超薄涂层游星轮夹具，所述游星轮夹具的上表面及下表面均设置有涂层，所述游星轮夹具沿周向设置有多个锯齿；所述游星轮夹具上开设有若干个装载孔，用于放置超薄工件；所述工件的厚度大于所述游星轮夹具的厚度。
在一较佳的实施例中，所述装载孔的形状与所述工件形状相同。
在一较佳的实施例中，所述游星轮夹具厚度范围为50μm至500μm。
在一较佳的实施例中，所述涂层的厚度范围为1μm至20μm。
在一较佳的实施例中，所述涂层具体由高硬度耐磨材料制成。
在一较佳的实施例中，所述游星轮夹具具体为金属游星轮夹具。
在一较佳的实施例中，所述涂层具体为金刚石涂层。
相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：
本实用新型提供了一种新型超薄涂层游星轮夹具，通过采用高硬度耐磨材料，使得在加工超薄工件时，游星轮夹具的表面强度和耐磨性以及使用寿命提高。对于双面加工超薄工件，可在保持原有的生产效率的基础上，规避因夹具过薄带来的加工风险，且对于双面加工设备的发展和应用具有重要意义。
本实用新型采用的高硬度耐磨材料为金刚石涂层，其具有高硬度，高耐磨性和化学稳定性，因此，在传统金属游星轮夹具表面沉积一层金刚石涂层，不仅可以提供游星轮夹具的刚度和强度，减小夹具的变形，同时也可提供其表面的耐磨性，提高游星轮夹具的使用寿命。可广泛用于超薄零件的双面研磨和抛光加工中。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例中游星轮夹具的整体结构示意图；
图2为本实用新型优选实施例中游星轮夹具的截面图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
一种新型超薄涂层游星轮夹具，参考图1至2，所述游星轮夹具1的上表面及下表面均设置有涂层，所述游星轮夹具1沿周向设置有多个锯齿13；所述游星轮夹具1上开设有若干个装载孔12，用于放置超薄工件；所述工件的厚度大于所述游星轮夹具1的厚度。所述装载孔12的形状与所述工件形状相同。所述游星轮夹具1上所开设的装载孔12的形状和尺寸，根据所工件的形状和尺寸定，如圆形、方形或其他形状。所述游星轮夹具1的锯齿13的齿形与齿数一句所使用的加工设备情况而定。
具体来说，所述游星轮夹具1厚度范围为50μm至500μm。所述涂层的厚度范围为1μm至20μm。
所述涂层具体由高硬度耐磨材料制成。在本实施例中，所述涂层具体为金刚石涂层11，除金刚石外，也可为其他材料如陶瓷、硬质合金等高硬度耐磨材料。所述游星轮夹具1具体为金属游星轮夹具1。
本实用新型根据化学气相沉淀法来制作上述新型超薄涂层游星轮夹具；还可以使用高温高压法或者其他镀层方法。
具体包括以下步骤：
(1)制备符合工件尺寸规格的游星轮；
(2)对游星轮表面进行研磨、抛光、清洗和吹干处理；
(3)将处理好的游星轮放入反应器中，并通入CH4和H2的混合气体，使其产生CH4-H2等离子体，进而反应生产固体碳元素，并使其沉积于游星轮表面，即在游星轮表面获得金刚石涂层11。制得的金刚石涂层11其表面形貌均匀、致密，能与金属游星轮结合紧密。
本实用新型提供了一种新型超薄涂层游星轮夹具，通过采用高硬度耐磨材料，使得在加工超薄工件时，游星轮夹具1的表面强度和耐磨性以及使用寿命提高。对于双面加工超薄工件，可在保持原有的生产效率的基础上，规避因夹具过薄带来的加工风险，且对于双面加工设备的发展和应用具有重要意义。
本实用新型采用的高硬度耐磨材料为金刚石涂层11，其具有高硬度，高耐磨性和化学稳定性，因此，在传统金属游星轮夹具1表面沉积一层金刚石涂层11，不仅可以提供游星轮夹具1的刚度和强度，减小夹具的变形，同时也可提供其表面的耐磨性，提高游星轮夹具1的使用寿命。可广泛用于超薄零件的双面研磨和抛光加工中。
以下举两个实例来具体说明
实例1
应用本实施例的新型超薄金刚石涂层11游星轮夹具1与传统游星轮夹具1的刚度进行有限元仿真。
1)无金刚石涂层11的游星轮夹具1刚度分析
在Workbench里对无金刚石涂层11的游星轮夹具1进行建模，设置游星轮夹具1厚度为0.5mm；对该游星轮夹具1模型添加材料属性，设定游星轮夹具1为不锈钢材质，不锈钢材料参数为：弹性模量为2×105MPa，泊松比为0.3；对无金刚石涂层11的游星轮夹具1进行六面体网格划分，划分后的网格数量为6425个；对该游星轮夹具1的侧面施加位移约束，限制其X,Y,Z方向位移，对游星轮夹具1的上表面施加50N压力；再对以上仿真过程进行求解，查看夹具的整体变形量大小。
2)有金刚石涂层11的游星轮夹具1刚度分析
在Workbench里对有金刚石涂层11的游星轮夹具1进行建模，共建三个模型，其中设置中间金属游星轮厚度为0.5mm，中间金属游星轮上下表面金刚石涂层11厚度均为0.01mm，将上下表面金刚石涂层11与中间金属游星轮组合成一个整体；对该游星轮夹具1模型添加材料属性，设定游星轮夹具1为不锈钢材质，不锈钢材料参数：弹性模量为2×105MPa，泊松比为0.3；设定金刚石材料参数：弹性模量为1.1×106MPa，泊松比为0.07；对有金刚石涂层11的游星轮夹具1进行六面体网格划分，划分后的网格数量为20313个；对该游星轮夹具1的侧面施加位移约束，限制其X,Y,Z方向位移，对游星轮夹具1的上表面施加50N压力；再对以上仿真过程进行求解，查看夹具的整体变形量大小。
有限元仿真结果：对有无金刚石涂层11的游星轮夹具1仿真结果进行对比，在相同参数条件下，有金刚石涂层11的游星轮夹具1的刚度是无金刚石涂层11的游星轮夹具11.66倍，说明有金刚石涂层11的游星轮夹具1比传统游星轮夹具1刚度高。
实例2
应用本实施例的新型超薄金刚石涂层11游星轮夹具1与传统游星轮夹具1的表面硬度进行有限元仿真。
1)无金刚石涂层11的游星轮夹具1表面硬度分析
在Workbench里对无金刚石涂层11的游星轮夹具1及压头进行建模，设置游星轮夹具1厚度为0.5mm，压头形状为圆柱形，其直径为φ5mm，高度为10mm；对该游星轮夹具1模型添加材料属性，设定游星轮夹具1为不锈钢材质，不锈钢材料参数为：弹性模量为2×105MPa，泊松比为0.3；设定压头为金刚石材质，金刚石材料参数为：弹性模量为1.1×106MPa，泊松比为0.07；再将压头设置为刚体；对无金刚石涂层11的游星轮夹具1进行六面体网格划分，划分后的网格数量为2261个；对该游星轮夹具1的上表面和压头下表面设置摩擦接触，摩擦系数为0.15，法向接触刚度为0.1；对该游星轮夹具1的下表面施加固定约束，对压头的上表面施加5N载荷；对以上仿真过程进行求解，查看夹具的应变大小。
2)有金刚石涂层11的游星轮夹具1表面硬度分析
在Workbench里对金刚石涂层11的游星轮夹具1及压头进行建模，共建三个模型，其中设置中间金属游星轮厚度为0.5mm，中间金属游星轮上下表面金刚石涂层11厚度均为0.01mm，将上下表面金刚石涂层11与中间金属游星轮组合成一个整体；压头形状为圆柱形，其直径为φ5mm，高度为10mm；对该游星轮夹具1模型添加材料属性，设定游星轮夹具1为不锈钢材质，不锈钢材料参数为：弹性模量为2×105MPa，泊松比为0.3；设定涂层与压头均为金刚石材质，金刚石材料参数为：弹性模量为1.1×106MPa，泊松比为0.07；再将压头设置为刚体；对有金刚石涂层11的游星轮夹具1进行六面体网格划分，划分后的网格数量为18882个，对该游星轮夹具1涂层上表面和压头下表面设置摩擦接触，摩擦系数为0.15，法向接触刚度为0.1；对该游星轮夹具1的下表面施加固定约束，对压头的上表面施加5N载荷；以上仿真过程进行求解，查看夹具的应变大小。
有限元仿真结果：对有无金刚石涂层11的游星轮夹具1仿真结果进行对比，在相同参数条件下，有金刚石涂层11的游星轮夹具1整体变形量约为无金刚石涂层11的游星轮夹具10.35倍，说明有金刚石涂层11的游星轮夹具1比传统游星轮夹具1表面硬度更好，即耐磨性能好。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述游星轮夹具的上表面及下表面均设置有涂层，所述游星轮夹具沿周向设置有多个锯齿；所述游星轮夹具上开设有若干个装载孔，用于放置超薄工件；所述工件的厚度大于所述游星轮夹具的厚度。
2.根据权利要求1所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述装载孔的形状与所述工件形状相同。
3.根据权利要求1所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述游星轮夹具厚度范围为50μm至500μm。
4.根据权利要求1所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述涂层的厚度范围为1μm至20μm。
5.根据权利要求1所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述涂层具体由高硬度耐磨材料制成。
6.根据权利要求1所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述游星轮夹具具体为金属游星轮夹具。
7.根据权利要求5所述的新型超薄涂层游星轮夹具，其特征在于，所述涂层具体为金刚石涂层。
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| CN201920943007.5U CN210132390U (zh) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | 一种新型超薄涂层游星轮夹具 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110125795A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-08-16 | 华侨大学 | 一种新型超薄涂层游星轮夹具及其制作方法 |
| CN113146465A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-23 | 安徽禾臣新材料有限公司 | 一种薄型晶片双面研磨用吸附垫及生产方法 |
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2019
- 2019-06-21 CN CN201920943007.5U patent/CN210132390U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN110125795A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-08-16 | 华侨大学 | 一种新型超薄涂层游星轮夹具及其制作方法 |
| CN113146465A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-23 | 安徽禾臣新材料有限公司 | 一种薄型晶片双面研磨用吸附垫及生产方法 |
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