一種分級結構化複合彈性研拋盤的製作方法

2024-03-04 23:43:15 3

專利名稱：一種分級結構化複合彈性研拋盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分級結構化複合彈性研拋盤，集研磨與拋光功能於一體，尤其涉及一種應用於光學元件、非晶薄膜襯底等的研磨與拋光，能有效改善冷卻液(或拋光液)的流動性，加強磨粒的參與率和切削效果，提高工件加工效率與質量的研拋盤。
背景技術：
光學元件、非晶薄膜襯底等工件加工完成後要求表面低損傷、平坦性好、無明顯劃痕。工件在前期加工過程中，傳統的車削、銑削在工件表面留下刀痕，難以獲得超光滑表面，因此常用研磨盤和拋光碟對工件表面進行研磨與拋光，以期獲得高質量、低殘餘應力的表面。採用傳統研磨盤和拋光碟對光學元件和非晶薄膜襯底等進行精密加工有以下不足(1)硬質研磨盤和拋光碟隨不同加工工藝需求更換頻繁，影響加工效率，且排放冷卻液(或拋光液)和磨屑(磨損或脫落的磨粒及去除的工件材料)的效果較差；(2)由於材料去除特性的不一致，導致研磨盤和拋光碟不同區域的磨粒磨損不一致，出現局部凹坑等情況，影響工件表面的平面度，同時也降低了研磨盤和拋光碟的使用壽命；(3)缺少研磨和拋光工序之間的銜接，實踐證明僅在拋光工序上下功夫遠達不到理想目標，因為拋光質量的好壞直接與研磨工序的質量有關；(4)游離磨料拋光需大量循環利用拋光液，相比固著磨料拋光方式，磨料的使用量大，磨屑的處理要求高，且汙染量大。

發明內容
為了克服傳統光學元件、非晶薄膜襯底等表面加工方法在冷卻液(或拋光液)和磨屑排放能力，研磨和拋光效率，設備利用率和使用壽命，磨粒有效參與率及工件平坦化效果方面的不足和缺陷，本發明提出一種磨屑排放量小、研磨和拋光效率，設備利用率和使用壽命，磨粒有效參與率及工件平坦化效果方面均表現良好的分級結構化複合彈性研拋盤。本發明的技術方案一種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵包含磨料層、粘結層和基體層，所述磨料層通過粘結層粘結於基體層表面，所述基體層與驅動裝置相連。進一步，所述磨料層由高硬度的金剛石或氧化鋁等磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化「印刷」和光固化處理，粘結於不同基體層表面。進一步，所述磨料層運用分級理念，設置有研磨外圈和拋光內圈，所述研磨外圈沿研拋盤直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈。所述粗磨圈、細磨圈、精磨圈及拋光內圈中所包含的磨粒粒度、磨料配比有所不同。粗磨圈選用高質量濃度的磨料配比，本發明採用50% 75%的質量濃度；細磨圈和精磨圈選用細粒度磨粒和中質量濃度配比，本發明採用50 % 40 %和40 % 30 %的質量濃度；拋光內圈選用微細粒度和低質量濃度配比，本發明採用25%左右的質量濃度。進一步，所述研拋盤設置結構化表面，所述結構化表面由不同組發散狀、圓環狀等不同幾何結構的流道組成。
進一步，所述粘結層由不同種類的高聚物粘結劑構成。進一步，所述基體層由包括橡膠在內的不同複合材料製成。本發明的技術構思為根據基體層的尺寸將高硬度的磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化「印刷」和光固化處理，粘結於不同的基體層表面形成磨料層。用磨料固結於複合彈性層(複合材料彈性粘結層和基體層)上的研拋盤進行加工，相比游離磨料加工，磨粒有更好的切削狀態和參與率，確保了高效率和高質量加工。相比磨料固結硬質研拋方式，彈性粘結層和基體層保證了磨粒在微觀上具有良好的彈性支撐條件和力學行為約束狀態，確保了工件表面一定的切削力度和磨粒有效參與率，使切削痕跡無序、精細，不易於產生明顯劃痕，且工件表面損傷低。研拋盤採用高分子吸水聚合物製備，冷卻液(或拋光液)能使其產生溶脹現象，粘結磨粒的粘結劑逐漸軟化並在磨料層和工件表面的摩擦力作用下將鈍化的磨料層去除，形成新的磨料層，實現研拋盤的自修整功能。研拋盤分研磨外圈和拋光內圈，研磨外圈沿直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈，分別採用不同的複合彈性材料和不同的磨料配比與粒度粘結成型。加工時，工件沿研拋盤直徑方向由外向依次進行粗磨、細磨、精磨和拋光，有效利用了研拋盤研磨外圈的高線速度來進 行研磨，並利用拋光內圈空間進行最後光整加工，這樣將研磨和拋光工序集成於一體，提升了從研磨到拋光的銜接性，增加了研磨盤的空間利用率，提高了加工效率並有效節約資源。研拋盤通過結構化「印刷」形成結構化表面，加工過程中的冷卻液(或拋光液)和磨屑能及時通過表面流道進行排放，減少磨屑對工件表面的損傷，增加了工件表面與冷卻液(或拋光液)的接觸，提高了工件表面加工效率與加工質量。本發明的有益效果在於將磨料固結和複合彈性材料結合，提高了被加工工件表面質量，減少了磨料的使用量；研拋盤本身的自修正能力延長了研拋盤的使用壽命；充分利用內圈的空間用作拋光，發揮了外圈的線速度優勢用作研磨，將研磨和拋光工序集成於一體，提高了加工效率並節約了資源；結構化流道有效改善了冷卻液(或拋光液)和磨屑的排放，顯著提高了工件表面的加工效率與加工質量。


圖I是本發明結構示意圖。圖2是另一種分級結構化複合彈性研拋盤的結構化表面形式示意圖。
具體實施例方式一種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵包含磨料層3、粘結層2和基體層1，所述磨料層3通過粘結層2粘結於基體層I表面，所述基體層I與驅動裝置相連。所述磨料層3由高硬度的金剛石或氧化鋁等磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化「印刷」和光固化處理，粘結於不同基體層I表面。所述磨料層3運用分級理念，設置有研磨外圈32和拋光內圈31，所述研磨外圈32沿研拋盤直徑方向由外向內分為粗磨圈323、細磨圈322和精磨圈321。所述粗磨圈323、細磨圈322、精磨圈321及拋光內圈31中所包含的磨粒粒度、磨料配比有所不同。粗磨圈323選用高質量濃度的磨料配比，本發明採用50% 75%的質量濃度；細磨圈322和精磨圈321選用細粒度磨粒和中質量濃度配比，本發明採用50 % 40 %和40 % 30 %的質量濃度；拋光內圈31選用微細粒度和低質量濃度配比，本發明採用25%左右的質量濃度。所述研拋盤設置結構化表面，所述結構化表面由不同組發散狀、圓環狀等不同幾何結構的流道4組成。所述粘結層2由不同種類的高聚物粘結劑構成。所述基體層I由包括橡膠在內的不同複合材料製成。
本發明的技術構思為根據基體層I的尺寸將高硬度的磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化「印刷」和光固化處理，粘結於不同的基體層I表面形成磨料層3。用磨料固結於複合彈性層(複合材料彈性粘結層2和基體層I)上的研拋盤進行加工，相比游離磨料加工方式，磨粒有更好的切削狀態和參與率，確保了高效率和高質量加工。相比磨料固結硬質研拋方式，彈性粘結層2和基體層I保證了磨粒在微觀上具有良好的彈性支撐條件和力學行為約束狀態，確保了工件表面一定的切削力度和磨粒有效參與率，使切削痕跡無序、精細，不易於產生明顯劃痕，且工件表面損傷低。研拋盤採用高分子吸水聚合物製備，冷卻液(或拋光液)能使其產生溶脹現象，粘結磨粒的粘結劑逐漸軟化並在磨料層3和工件表面的摩擦力作用下將鈍化的磨料層3去除，形成新的磨料層3，實現研拋盤的自修整功能。研拋盤分研磨外圈32和拋光內圈31,研磨外圈32沿直徑方向由外向內分為粗磨圈323、細磨圈322和精磨圈321，分別採用不同的複合彈性材料和不同的磨料配比與粒度粘結成型。加工時，工件沿研拋盤直徑方向由外向依次進行粗磨、細磨、精磨和拋光，有效利用了研拋盤研磨外圈32的高線速度來進行研磨，並利用拋光內圈31空間進行最後光整加工，這樣將研磨和拋光工序集成於一體，提升了從研磨到拋光的銜接性，增加了研磨盤的空間利用率，提高了加工效率並有效節約資源。研拋盤通過結構化「印刷」形成結構化表面，加工過程中的冷卻液(或拋光液)和磨屑能及時通過表面流道4進行排放，減少磨屑對工件表面的損傷，增加了工件表面與冷卻液(或拋光液)的接觸，提高了工件表面加工效率與加工質量。研拋盤的結構化表面可有多種形式，圖2為結構化表面的另一種典型形式。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍的不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.一種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於包含磨料層、粘結層和基體層，所述磨料層通過粘結層粘結於基體層表面，所述基體層與驅動裝置相連。
2.如權利要求I所述的ー種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於所述磨料層由高硬度的金剛石或氧化鋁等磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化「印刷」和光固化處理，粘結於不同基體層表面。
3.如權利要求I或2所述的ー種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於所述磨料層包含研磨外圈和拋光內圈，所述研磨外圈沿直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈，所述粗磨圏、細磨圈、精磨圈和拋光內圈中所包含的磨粒粒度依次減小，磨料配比也有所不同。
4.如權利要求3所述的ー種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於所述研拋盤設置結構化表面，所述結構化表面由不同組發散狀、圓環狀等不同幾何結構的流道組成。
5.如權利要求4所述的ー種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於所述粘結層由不同種類的高聚物粘結劑構成。
6.如權利要求5所述的ー種分級結構化複合彈性研拋盤，其特徵在於所述基體層由包括橡膠在內的不同複合材料製成。
全文摘要
一種分級結構化複合彈性研拋盤，包含磨料層、粘結層和基體層，所述磨料層通過粘結層粘結於基體層表面，所述基體層與驅動裝置相連。本發明的有益效果將磨料固結和複合彈性材料結合，提高了被加工工件表面質量，減少了磨料的使用量；研拋盤本身的自修正能力延長了研拋盤的使用壽命；充分利用內圈的空間用作拋光，發揮了外圈的線速度優勢用作研磨，將研磨和拋光工序集成於一體，提高了加工效率並節約了資源；結構化流道有效改善了冷卻液(或拋光液)和磨屑的排放，顯著提高了工件表面的加工效率與加工質量。
文檔編號B24D7/14GK102658528SQ201210042639
公開日2012年9月12日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者張利, 敖海平, 文東輝, 計時鳴, 金明生 申請人:浙江工業大學