球面工件研磨拋光用固結磨料墊的制作方法
【專利摘要】一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊，其特征是它由球面基體層（2）和固結在基體層（2）上的磨料層（1）組成，所述的磨料層（1）由多塊凸起結構組成，各凸起結構之間形成用于收集拋光液、磨屑和磨粒的容屑槽；越靠近拋光墊頂點處的凸起結構表面的磨粒密度越小。本實用新型的固結磨料球面研磨墊制備過程簡單，加工效率高、過程穩定、面型精度高、表面質量好。
【專利說明】球面工件研磨拋光用固結磨料墊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種機械加工技術，尤其是一種球面零件的研磨拋光技術，具體地說是一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊。
【背景技術】
[0002]目前，隨著現代科學技術的迅速發展，尤其是光學制導技術的發展，半球形光學元件廣泛應用于飛行器的窗口、先進武器光學制導系統的窗口和導彈頭罩等。整流罩的主要功能是在高速飛行中，對空氣進行整流，并同時起到光學窗口的作用。上述功能對其表面質量提出了很高的要求。藍寶石、氟化鎂和尖晶石等材料以其高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高耐高溫性以及良好的紅外、紫外透光性能得到廣泛應用。對于這些表面要求比較高的硬脆材料，研磨拋光是其終加工的唯一手段。而研磨拋光墊是研磨拋光加工最重要的工具之一，決定了器件最終的加工質量、加工效率和加工成本。
[0003]目前，球面整流罩工件的研磨工藝主要采用丸片粗研與精研，而拋光則采用氧化鈰游離磨料加工。白天明提出了一種球面磨具保形磨損的高速研磨方法(白天明，球面磨具保形磨損高速研磨[碩士學位論文]，2004)。利用丸片粘結成盤，在球面高速研磨機上采用成形法加工球面工件。探討了實現球面磨具保形磨損的理論，按照這一理論設計了保形磨損的球面磨具。上述加工方法主要存在以下幾方面問題:1)丸片粗研與精研工藝中，工具均采用丸片按一定的圖形成盤，工序繁復，粘接圖形因人而異，一致性差；2)粘貼后的丸片工具與最終形狀要求相差較大，修盤困難；3)拋光時，拋光液難以進入工件的頂部，造成頂部材料去除速率與其它位置不一致，加工效率與面形難以保證。南京英星光學儀器有限公司提出了一種球面光學元件加工用固結磨料研磨拋光墊(CN102658522A)，其特征是磨料和熱固性樹脂均勻混合，固化后形成球面固結磨料研磨拋光墊，磨料:樹脂的質量百分比為5%?50%: 50%?95%。但該專利中固結磨料研磨拋光墊為一層結構，且無優化的突起圖案。為此，開發一種制備方法簡單高效、粘接方便、一致性好且加工效率高、工件質量好以及符合綠色制造理念的固結磨料球面墊是很有必要的。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是針對現有的研磨拋光墊不能適應球面零件研磨拋光需要，并存在結構簡單，效率低的問題，設計一種加工效率高、制備過程可操作性強的球面工件研磨拋光用固結磨料墊，同時提供一種其制備方法。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊，其特征是它由球面基體層2和固結在基體層2上的磨料層I組成，所述的磨料層I由多塊凸起結構組成，各凸起結構之間形成用于收集拋光液、磨屑和磨粒的容屑槽；越靠近墊頂點處的凸起結構表面的磨粒密度越小。
[0007]所述的基體層的厚度為0.2-2毫米，所述的凸起結構呈矩形、三角形、環形、圓形或梯形，它的高度在0.5-5毫米之間。[0008]本實用新型的有益效果:
[0009]本實用新型的研磨拋光墊可廣泛應用于飛行器的窗口、先進武器光學制導系統的窗口和導彈頭罩等半球形光學元器件的研磨拋光加工，加工性能比較穩定、加工效率高、力口工表面質量好、面型精度高。
[0010]本實用新型的固結磨料球面墊采用優化的凸起圖案，磨損均勻性比較好，面型不易改變，提高了加工的穩定性與加工精度，可長時間連續工作，提高了加工效率。
[0011]本實用新型的固結磨料球面墊制作過程簡單，只需改變二次固化時的球面模具尺寸，能夠快速制作出適合不同半徑凹凸球面元器件加工的研磨拋光墊。
[0012]本實用新型的固結磨料球面墊對加工設備的要求比較低，且加工效率高。
[0013]本實用新型的固結磨料球面墊可以用水作為研磨拋光液，不僅成本低，而且不會對環境造成污染，符合當今綠色制造的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的固結磨料球面墊的結構示意圖。
[0015]圖2是本實用新型的平面模具及蓋板的結構示意圖。
[0016]圖3是本實用新型的平面模具的俯視圖。
[0017]圖4是本實用新型的球面定型模具的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0019]實施例一。
[0020]如圖1所示。
[0021]一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊，它由球面基體層2和固結在基體層2上的磨料層I組成，所述的磨料層I由多塊凸起結構9組成，各凸起結構9之間形成用于收集拋光液、磨屑和磨粒的容屑槽10 ;越靠近拋光墊頂點處的凸起結構9表面的磨粒密度越小。如圖1所示，基體層2的厚度可為0.2-2毫米，所述的凸起結構9可呈矩形、三角形、環形、圓形或梯形，它的高度可在0.5-5毫米之間。為了實現均勻拋光，具體實施時還可通過控制拋光墊磨料層的磨料密度及圖案來實現，即磨料層原料由若干份磨料密度呈梯級分布的小份組成，磨料密度通過圖3中的凸起的大小與間隔距離實現，固結磨料墊的內側與外緣的密度較其它地方低。從圖3 (半球的俯視圖)中看，固結磨料墊的內側(即圖3的中心，相當于半球的頂點位置處)與外緣(即圖3的外圓，相當于半球靠近平面截面位置處)的密度較其它地方低，同時從圖3還可看出，球內面分成了多個(四個)相同的扇形區域(投影)。
[0022]實施例二。
[0023]如圖1-4所示
[0024]一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊的制造方法，它包括以下步驟:
[0025]首先，根據球面展開圖和所設計的組成磨料層I的凸起結構9的形狀設計出帶有凹槽5的平面模具3，在所述的平面模具3周圍應設計出高度與基本層2厚度相當的圍圈
4;如圖2、3所示
[0026]其次，配制磨料層和基體層原料；磨料層原料由磨料、粘結劑、各種性能調節添加劑以及固化劑、加速劑等充分混合均勻而成，與現有的磨料相同，基體層原料由粘結劑、滑石粉、各類性能調節劑及固化劑、加速劑等均勻混合而成，也與現有技術相同；
[0027]第三，將磨料層原料均勻地涂抹在平面模具的凹槽5中，使磨料層原料充滿所有凹槽并壓實使之與凹槽的頂面齊平；
[0028]第三，將基體層原料加入所述的圍圈4組成的空間中，并壓實加入的基體層原料與圍圈4的上表面齊平；
[0029]第四，利用與平面模具外形相配的蓋板6蓋住平面模具3，進行初步固化，固化溫度可參照相關手冊或現有的拋光墊的固化溫度執行，控制初步固化時間在12-30分鐘之間，得到平面墊；應保證初始固化后的平面拋光墊具有足夠韌性，能夠通過球面磨具加壓使之變成球形，并且能夠適應各種不同半徑的球面；
[0030]第五，將經初步固化后的平面墊放入由凸模7和凹模8組成的球面定型磨具中，如圖4所示，加熱加壓，進行二次固化，加熱的溫度可參考相關手冊或現有的拋光墊制造方法，以使平面拋光墊發生軟化即可，加壓壓力可通過有限閃的試驗調試決定，控制二次固化時間不小于2小時，即可得到圖1所示的具有足夠的剛性，不易變形，能夠和所要加工的工件面型及金屬基座基本吻合的球面工件研磨用固結磨料拋光墊。
[0031]其中的凹槽5的形狀可呈矩形、三角形、環形、圓形或梯形，深度在0.5-5毫米之間。
[0032]為了實現均勻拋光，具體實施時還可通過控制拋光墊磨料層的磨料密度及圖案來實現，即磨料層原料由 若干份磨料密度呈梯級分布的小份組成，磨料密度通過圖3中的凸起的大小與間隔距離實現，固結磨料墊的內側與外緣的密度較其它地方低。從圖3(半球的俯視圖)中看，固結磨料墊的內偵彳(即圖3的中心，相當于半球的頂點位置處)與外緣(即圖3的外圓，相當于半球靠近平面截面位置處)的密度較其它地方低，同時從圖3還可看出，球內面分成了多個(四個)相同的扇形區域(投影)。
[0033]實例1:
[0034]一種適合于尖晶石球面工件研磨的固結磨料研磨墊，它由金剛石、碳化硅、銅粉、樹脂以及其它性能添加劑均勻混合固化后形成，其制備方法為:(磨料層)稱取粒徑為200^230目表面鍍鎳的金剛石150g，稱取粒徑為W40的碳化硅30g，稱取粒徑為500目的銅粉50g，稱取樹脂200g，稱取其它性能添加劑12.5g，將上述物質均勻混合后，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻在涂抹到事先準備好的平面模具中；(基體層)稱取樹脂50g，稱取性能添加劑2g,稱取滑石粉50g，將上述物質均勻混合，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻在涂抹到磨料層表面，蓋模；加熱12分鐘初步固化，放入球面模具中二次固化2小時，即可得到適合球面研磨拋光的固結磨料球面墊。
[0035]將上述制備好的固結磨料球面粘到研磨盤上，在拋光機上進行粗研球面尖晶石工件試驗，研磨壓力為0.1MPa，研磨盤的轉速為900rpm，拋光液為去離子水不含有任何磨料，拋光液流量為1000ml/min，研磨5分鐘后經檢測，材料去除率為60um/min，工件的表面粗糙度 Ra 為 859nm。
[0036]將上述的研磨壓力換成0.0SMPa,其他條件與參數不變的情況下研磨5分鐘后，經檢測材料去除率為50um/min，表面粗糙度Ra為795nm。
[0037]實例2:[0038]一種適合于球面工件研磨的固結磨料研磨墊，它由金剛石、碳化硅、銅粉、石墨、樹脂以及其它性能添加劑均勻混合固化后形成，其制備方法為:(磨料層)稱取粒徑為W28表面鍍鎳銅的金剛石120g，稱取粒徑為WlO的碳化硅20g，稱取粒徑為500目的銅粉30g，稱取樹脂150g,稱取石墨4g,稱取其它性能添加劑10.5g,將上述物質均勻混合后,加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到平面模具中；(基體層)稱取樹脂50g，稱取性能添加劑2g，稱取滑石粉50g，將上述物質均勻混合，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到磨料層表面，蓋模；加熱14分鐘初步固化，放入球面模具中二次固化2小時，即可得到適合球面研磨的固結磨料研磨球面墊。
[0039]將上述制備好的固結磨料研磨墊粘到研磨盤上，在拋光機上進行精研球面K9玻璃試驗，精研前的工件由200-230的研磨墊粗研過，研磨壓力為0.1MPa，研磨盤的轉速為900rpm，拋光液為去離子水不含有任何磨料，用乙二胺調節PH到11，拋光液流量為1000ml/min，研磨5分鐘后經檢測，材料去除率為35um/min，工件的表面粗糙度Ra為52nm。
[0040]將上述的研磨壓力換成0.06MPa,其他條件與參數不變的情況下研磨5分鐘后，經檢測材料去除率為25um/min，表面粗糙度Ra為45nm。
[0041]實例3:
[0042]一種適合于球面精研的固結磨料研磨墊，它由金剛石、碳化硅、銅粉、石墨、樹脂以及其它性能添加劑均勻混合固化后形成，其制備方法為:(磨料層)稱取粒徑為W14表面鍍鎳的金剛石120g，稱取粒徑為WlO的碳化硅20g，稱取粒徑為500目的銅粉30g，稱取樹脂150g,稱取石墨4g,稱取其它性能添加劑10.5g,將上述物質均勻混合后,加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到平面模具中；(基體層)稱取樹脂50g，稱取性能添加劑2g，稱取滑石粉50g，將上述物質均勻混合，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到磨料層表面，蓋模；加熱15分鐘初步固化，放入球面模具二次固化2小時或以上，即可得到適合球面精磨的固結磨料研磨墊。
[0043]將上述制備好的固結磨料球面墊粘到研磨盤上，在拋光機上進行精研球面K9玻璃試驗，精研前的工件由200~230的研磨墊粗研過，研磨壓力為0.08MPa，研磨盤的轉速為900rpm，拋光液為去離子水不含有任何磨料，用乙二胺調節PH到11，拋光液流量為1000ml/min,研磨10分鐘后經檢測,材料去除率為8um/min,工件的表面粗糙度Ra為13nm。
[0044]將上述的研磨壓力換成0.04MPa，其他條件與參數不變的情況下研磨10分鐘后，經檢測材料去除率為4.5um/min，表面粗糙度Ra為9nm。
[0045]實例4:
[0046]—種適合于球面工件拋光的固結磨料拋光墊，它由氧化鈰、樹脂以及其它性能添加劑均勻混合固化后形成，其制備方法為:(磨料層)稱取粒徑為1.5um表面改性的氧化鈰200g，稱取樹脂150g，稱取其它性能添加劑10.5g，將上述物質均勻混合后，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到平面模具中；(基體層)稱取樹脂50g，稱取性能添加劑2g，稱取滑石粉50g，將上述物質均勻混合，加入熱固化劑和加速劑再次攪拌均勻，然后均勻地涂抹到磨料層表面，蓋模；加熱30分鐘初步固化，放入球面模具二次固2小時或以上，即可得到適合球面研磨拋光的固結磨料研磨拋光墊。
[0047]將上述制備好的固結磨料拋光墊粘到拋光盤上，在拋光機上進行拋光球面K9玻璃試驗，拋光前的工件由W14的研磨墊精研過，拋光壓力為0.05MPa，研磨盤的轉速為900rpm，拋光液為去離子水不含有任何磨料，用乙二胺調節PH到11，拋光液流量為100ml/min,拋光10分鐘后經檢測，材料去除率為lum/min，工件的表面粗糙度Ra為0.41-0.52nm。
[0048]本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種球面工件研磨拋光用固結磨料墊，其特征是它由球面基體層(2)和固結在基體層(2)上的磨料層(I)組成，所述的磨料層(I)由多塊凸起結構組成，各凸起結構之間形成用于收集拋光液、磨屑和磨粒的容屑槽；越靠近拋光墊頂點處的凸起結構表面的磨粒密度越小。
2.根據權利要求1所述的固結磨料墊，其特征是所述的基體層的厚度為0.2-2毫米，所述的凸起結構呈矩形、三角形、環形、圓形或梯形，它的高度在0.5-5毫米之間。
【文檔編號】B24B37/11GK203611119SQ201320790596
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】朱永偉, 謝春祥, 王占奎, 袁航, 鄭建勇, 王加順, 墨洪磊, 蘭潔, 陸波 申請人:南京航空航天大學, 上海新躍儀表廠