一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤的制作方法

本實用新型涉及超精密加工技術領域，更具體的說，尤其涉及一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤。

背景技術：

傳統的利用研磨盤或研拋盤的加工方法將研磨和拋光工藝分開，使得由研磨過度到拋光時需要更換研拋盤，加工效率難以提高。同時，當前對研磨盤或研拋盤的制備都是一次性制成圓盤，且盤面磨削性質單一，加工很難達到所需的材料表面質量。

過去的幾十年里，對材料的研究和發展主要集中在均勻材料上，即其整體結構和性能并不隨空間位置而變化。隨著學科的不斷交叉發展，一種梯度功能材料的概念飛速興起。所謂的梯度功能材料，(Functionally Gradient Materials，簡稱FGM)是在材料的制備過程中，選擇兩種或兩種以上性質不同的材料，通過連續地控制材料的微觀要素(包括組成、結構和空隙在內的形態與結合方式等)使其成分和組織都呈連續變化的新型材料。

安徽工業大學的研究團隊在2014年發表的SiO₂/CeO₂復合磨料的制備及在藍寶石晶片拋光中的應用中提出了一種采用均相沉淀法制備了SiO₂/CeO₂復合磨料，并用于藍寶石晶片的化學機械拋光，研究結果表明，采用復合磨料拋光雖然材料去除速率略低于單一SiO₂磨料，但拋光后的藍寶石晶片表面質量得到明顯的改善，能滿足藍寶石作發光二極管襯底的工藝要求。中國兵器工業第五二研究所煙臺分所研究團隊在2014年發表的功能梯度材料的制備技術及其研發現狀中提出了功能梯度材料的研究進展，重點總結了功能梯度材料的制備方法和性能評價，其中特別指出功能梯度材料的彈性模量、熱導率、熱膨脹系數及成分在厚度方向上呈連續變化，并具有可設計性，可針對性地改變各組分材料體積含量的空間分布規律，優化結構內部應力分布。西安理工大學的研究團隊在2014年發表的增強鐵基梯度復合材料的原位生成及其磨粒磨損特性中提出了采用原位反應法在HT300表面制備了碳化鉭增強表面梯度復合材料，并對復合層的微觀結構、物相組成、顯微硬度以及磨粒磨損性能進行了表征，從表面致密層到基體，其組織、成分、硬度分布均呈梯度變化。同時，授權公告號CN103432948B的中國實用新型專利一種用于軟固結磨粒群生產的封閉式攪拌裝置提出了一種為更好的均勻攪拌高聚物、磨料、固化劑、引發劑等混合物，保證了制備具有梯度功能研磨盤的實現。

這些都表明了設計一種采用梯度式分布的研拋盤對工件進行加工是研磨拋光加工發展的必然趨勢。但是現有的梯度式研拋盤往往都是固定的梯度，在梯度固定下來后任意位置磨損過多都會對接下來的加工產生影響，且這些梯度式研拋盤都無法變更的進行更換和組合，從而導致了梯度式研拋盤僅能夠適應一種工件的加工，很難針對不同的工件適應性的更改研拋盤的梯度分布。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于解決現有的梯度式研磨盤僅存在單一的彈性模量、研磨盤的功能單一、研磨盤修復繁瑣、更換不方便以及無法適應多種不同工件進行研磨拋光加工的問題，提供了一種具有梯度功能的柱棒狀料組合式研拋盤，能實現研拋盤表面以及上下的梯度式分布，方便不同工件的加工使用；實現研拋盤高效的加工效率、應用范圍廣泛，實現了精密加工領域的一大創新。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤，包括研磨基座和制備出的一系列彈性模量不同的細長的圓柱狀的磨料棒，將這些圓柱狀的磨料棒的尺寸形狀完全一致，將這些圓柱狀的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一個磨料棒緊密排布的研拋盤。

進一步的，不同的加工工件有著不同的磨料棒排列，通過確定加工工件的加工要求，確定在研拋盤上每個位置所需完成的加工效果，匹配排列出最適合彈性模量分布的磨料棒的排列。

進一步的，所述磨料棒堆積成多級環形區域，每級環形區域內所有磨料棒的彈性模量相同，多級環形區域的彈性模量呈梯度式分布。

進一步的，所述磨料棒堆積成多個扇形區域，每個扇形區域內所有磨料棒的彈性模量相同，多級扇區域的彈性模量呈梯度式分布。

進一步的，所述磨料棒之間的間隙作為研磨液的流道存在。

進一步的，每根磨料棒的彈性模料在軸向上呈現出彈性模量的梯度式變化。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型結構簡單緊湊，生產成本低，研拋盤的制備簡單，只要制備出的磨料棒直徑足夠小，磨料棒之間的間隙就會無限減小，微小的間隙還可以作為研磨液的流道存在；通過對加工工件的分析，可以有針對性的排列出不同組合的磨料棒，從而更加適應工件的加工，使工件的加工可以由粗磨到精拋連續進行，無需使用多個盤進行多次研拋；磨料棒安裝及更換方便，只需更換磨料棒即可完成對研拋盤的維修或安裝，從而方便隨時對研拋盤進行維修以及方便快速排列出針對不同加工工件的研拋盤；由于采用研拋盤不轉動，加工工件轉動和運動的加工方式，因此可以給研拋盤不同位置設置不同的彈性模量分布，在同一個研拋盤上可以實現多個不同種類加工工件的同時加工；磨料棒在軸向上呈現出彈性模量的梯度式變化，在磨料棒的表層被磨去指定高度后，可以直接采用磨料棒的下一層進行研磨，且由于磨料棒的下一層的彈性模量與上一層的彈性模量不同，且其彈性模量從上至下的分布是根據工件的實際加工需求制備出的，因此即使在任意一個指定位置工件也可以實現從粗拋到精拋的過程，從而更加適應工件的加工。

附圖說明

圖1是本實用新型一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤的俯視圖。

圖2是本實用新型單個磨料棒的制備底座的結構示意圖。

圖3是本實用新型研拋盤基座分隔示意圖。

圖中，1-研拋盤基座、2-磨料棒的制備底座、3-分層塊、4-定位條。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1～3所示，本實用新型的一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤，包括研磨基座和制備出的一系列彈性模量不同的細長的圓柱狀的磨料棒，將這些圓柱狀的磨料棒的尺寸形狀完全一致，將這些圓柱狀的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一個磨料棒緊密排布的研拋盤。

磨料棒的彈性模量分布從低到高分布不等，且在最低到最高的彈性模量范圍內任意一個彈性模量的磨料棒均制備多根，所有的磨料棒構成磨料棒庫。

在確定加工工件的加工要求后，再根據加工工件的加工要求確定在研拋盤上每個位置所需完成的加工效果，匹配排列出最適合彈性模量分布的磨料棒的排列。根據匹配出的最適合的磨料棒的排列在磨料棒庫內取出相應數量和彈性模量的磨料棒，并排列在研磨基座的對應位置處，形成適用于該加工工件的研拋盤。

在使用時，磨料棒之間的間隙足夠小，可以作為研磨液的流道存在，研磨基座底部設有與這些間隙連通的回收通道，可以將研磨液回收再次使用。

每根磨料棒的彈性模料在軸向上呈現出彈性模量的梯度式變化，每個磨料棒的彈性磨料的梯度式變化表現既可以為從上至下彈性模量逐漸變大，也可以為從上至下彈性模量逐漸變小，也可以為從上至下彈性模量不規則變化。在磨料棒上層完全磨損后，可以直接利用磨料棒的下一層進行研拋操作。磨料棒的制備采用將不同磨粒體積比的混合料直接注入單個磨料棒的制備底座中，并在制備底座注入多次不同磨粒體積比的混合料來實現。

實施例一：

針對需要從粗磨到細磨到精磨再到精拋的加工工件，需要四個連續分布的彈性模量的區域，可以將磨料棒堆積成四級環形區域，每級環形區域內所有磨料棒的彈性模量相同，四級環形區域的彈性模量呈梯度式分布，并滿足由粗磨到精磨到粗拋再到精拋的加工要求，這種情況下研拋盤轉動，加工工件自轉的同時進行直線進給，能夠依次經過四級環形區域，從而在該研拋盤上實現從粗磨到細磨到精磨再到精拋的加工。

在研磨基座上設置三個分層塊，將研磨基座劃分多個環形區域，通過在每個環形區域內緊密排列多根彈性模量相同的磨料棒即可實現磨料棒的快速分層。

實施例二：

針對需要從粗磨到細磨到精磨再到精拋的加工工件，需要四個連續分布的彈性模量的區域，可以將磨料棒堆積成多級扇形區域，且每級扇形區域內的彈性模量分布在徑向上呈現出與加工工件的加工需求相符合的梯度分布，加工工件自轉的同時在每級扇形區域內進行直線進給，能夠依次經過每級扇形區域的梯度分布的區域，從而在該研拋盤上任意一個扇形區域內實現從粗磨到細磨到精磨再到精拋的加工；由于磨料棒堆積成多級扇形區域，每個扇形區域內均可以對一種加工工件進行加工，從而使制備出的研拋盤同時適應多個不同加工要求的加工工件的加工。

在研磨基座上設置四根定位條，定位條直接將研磨基座分隔成五個扇形區域，通過在每個扇形區域內緊密排列多根彈性模量相同的磨料棒即可實現磨料棒的快速分層。

上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，并不是對本實用新型技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本實用新型專利的權利保護范圍內。