一种脆性材料表面在抛光前的评价方法技术

一种脆性材料表面在抛光前的评价方法，在研磨完成后抛光之前，计算研磨后脆性材料表面的残余去除体积，所述残留去除体积指当前表面形貌加工至要求表面形貌所应去除的材料体积，如果残余去除体积少于设定的体积阈值，则表明该脆性材料表面属于可能易抛型；否则属于可能不易抛型。本发明专利技术提供一种有效体现易抛性、准确性良好的脆性材料表面在抛光前的评价方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超精密加工
，尤其是一种脆性材料研磨和抛光加工过程中的评价方法。
技术介绍
脆性材料，不管是硬脆材料还是软脆材料。对于已达到一定尺寸精度、形状精度和表面质量的脆性材料工件，其超精密加工过程一般都是先进行研磨加工，以去除表面与亚表面损伤层，进一步提高尺寸精度和形状精度，降低表面粗糙度。随后通过软质的抛光垫进行抛光加工，去除研磨加工带来的损伤层，并使得工件表面粗糙度达到加工要求。通常研磨加工的时间是抛光加工时间的数十倍。而研磨加工后的表面形貌对后序的抛光加工时间有较大影响。为了提高脆性材料的整体加工效率，工件须通过研磨加工出易抛表面，使得后序的抛光加工能更高效、高成品率、高质量地实现。超精密加工是一个表面粗糙度逐步降低的过程，从粗研到精研再到粗抛最后到精抛。以往对精研加工是否达标主要是检测其表面粗糙度。因此也要求研磨加工后表面粗糙度尽可能小，有利于后续抛光。其实作为中间工序的研磨加工，表面粗糙度并不是研磨工序追求的目标，有时较小表面粗糙度的脆性材料表面反而需更多的抛光时间。这是因为表面粗糙度参数&是一个均化值，并不能完全反映工件表面形貌特征。相同表面粗糙度Ra的表面会完全不一样，由图1两种研磨后工件表面形貌，虽然两者表面粗糙度Ra值相同，要使其抛光至理想表面(如图中虚线位置所示)，显然图1(b)工件更易加工。因此易抛表面并不能完全由表面粗糙度来作为指标。
技术实现思路
为了克服已有脆性材料表面在抛光前的评价方式的无法有效体现易抛性、准确性较差的不足，本专利技术提供一种有效体现易抛性、准确性良好的脆性材料表面在抛光前的评价方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:—种脆性材料表面在抛光前的评价方法，在研磨完成后抛光之前，计算研磨后脆性材料表面的残余去除体积，所述残留去除体积指当前表面形貌加工至要求表面形貌所应去除的材料体积，如果残余去除体积少于设定的体积阈值，则表明该脆性材料表面属于可能易抛型；否则属于可能不易抛型。进一步，当判别属于可能易抛型后，计算研磨后脆性材料表面的粗糙度，如果粗糙度小于设定粗糙阈值，则判定该脆性材料表面属于易抛型。再进一步，所述残余去除体积的计算基于白光干涉仪9800检测分析软件Vis1n进行二次开发，过程如下:1)打开工件检测表面文件，将表面各点相对高度读入二维数组；2)关闭工件检测表面文件； 3)对各点相对高度数组按升序排序成一维数组；4)去除相对高度数组中的无效值与设定个数的最大、最小噪音值；5)计算各点的残留体积并求和，得检测区域的残留去除体积。更进一步，当待评价的脆性材料有至少两组时，如果一种脆性材料表面的残余去除体积比另一种脆性材料表面的残余去除体积小，则判定一种脆性材料表面比另一种脆性材料表面更易抛。本专利技术的技术构思为:要减少抛光的加工时间有两种途径可实现，一种是提高抛光的材料去除率，另一种是减少工件需抛光的残留去除体积。由于抛光的材料去除率提高相对较为困难，这儿给提高加工效率提供了另一个思路，可在基本不改变抛光加工的材料去除率前提下减少抛光加工时间。残留去除体积，指当前表面形貌加工至要求表面形貌所应去除的材料体积，如图2阴影部分所示。在图2(a)中表面以凹坑为主，图2(b)表面较光滑，仅残留若干深划痕，显然图2(b)表面粗糙度Ra值比图2(a)表面更小，为加工得到无凹坑划痕的光滑表面，两者的加工余量相同，但图2(a)表面的残留去除体积更小，在相同的材料去除率下，其后序工序的加工时间更少。为了使材料去除率较低的抛光工序减少加工时间，提高整体加工效率。对中间工序的精研加工，其加工工件表面易抛性的判别准则应以局部波纹度、残留去除体积为主，表面粗糙度、表面形貌综合为辅的评价方法。即应选择精研后工件面形精度高、残留去除体积小的研磨工艺。如果研磨后工件表面均布等深浅凹坑就性属于易抛表面，如图1(b)所示。这种表面残留去除体积小，表面粗糙度也小。本专利技术的有益效果主要表现在:有效体现易抛性、准确性良好。【附图说明】图1是两种工件表面形貌图，其中，(a)的表面呈上凸形，(b)的表面呈下凹形。图2是两种工件表面形貌与残留去除体积图，其中，(a)的表面以凹坑为主，(b)的表面较光滑，仅残留若干深划痕。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1和图2，，在研磨完成后抛光之前，计算研磨后脆性材料表面的残余去除体积，所述残留去除体积指当前表面形貌加工至要求表面形貌所应去除的材料体积，如果残余去除体积少于设定的体积阈值，则表明该脆性材料表面属于可能易抛型；否则属于可能不易抛型。进一步，当判别属于可能易抛型后，计算研磨后脆性材料表面的粗糙度，如果粗糙度小于设定粗糙阈值，则判定该脆性材料表面属于易抛型。再进一步，所述残余去除体积的计算基于白光干涉仪9800检测分析软件Vis1n进行二次开发，过程如下:1)打开工件检测表面文件，将表面各点相对高度读入二维数组；2)关闭工件检测表面文件；3)对各点相对高度数组按升序排序成一维数组；4)去除相对高度数组中的无效值与设定个数的最大、最小噪音值；5)计算各点的残留体积并求和，得检测区域的残留去除体积。更进一步，当待评价的脆性材料有至少两组时，如果一种脆性材料表面的残余去除体积比另一种脆性材料表面的残余去除体积小，则判定一种脆性材料表面比另一种脆性材料表面更易抛。以口径为20mm的软脆光学镜片F⑶1为工件，其中凸面半径为23.5mm，凹面半径为240mm。工件初始表面Ra294nm?Ra314nm，Rt12.21 μ m?Rt17.80 μ m。采用精密球面研磨机KJ-4对镜片分两组进行精研，精研的研磨盘转速为1500rpm，研磨加工时间都设为14秒。两组镜片的球面研磨机针端载荷分别为6.6kgf和7.4kgf。对两组不同载荷加工后的镜片用白光干涉仪检测表面粗糙度和残留去除体积。针端载荷为6.6kgf研磨的镜片表面粗糙度为3.61nm(检测面积125 μ m*94 μ m)，残留去除体积为231.25 μ m3 (检测面积125 μ m*94 μ m)，局部波纹度551nm(检测面积1.3mm*0.94mm)。而针端载荷为7.4kgf研磨的镜片表面粗糙度为2.75nm (检测面积125 μ m*94 μ m)，残留去除体积为1150.8 μ m3 (检测面积125 μ m*94 μ m)，局部波纹度624nm (检测面积1.3mm*0.94mm)。尽管针端载荷为7.4kgf研磨的镜片表面粗糙度小于针端载荷为6.6kgf加工的镜片，但是其表面残留去除体积大于针端载荷为6.6kgf研磨的镜片。在后序的抛光加工中，针端载荷为7.4kgf研磨的镜片需抛光57秒才能达到加工要求表面(抛光盘转速为1500rpm，球面抛光机的针尖载荷设为7kgf，采用5%浓度的氧化铈抛光液，抛光液pH值调至6)。而针端载荷为6.6kgf研磨的镜片在同样的抛光条件下需抛光53秒达到加工要求表面，节省了抛光时间。本说明书实施例所述的内容仅仅是对专利技术构思的实现形式的列举，本专利技术的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本专利技术的保护范围也及于本领域技术人员根据本专利技术构思所能够想到的等同技术手段。【主权项】1.，其特征在于:在研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脆性材料表面在抛光前的评价方法，其特征在于：在研磨完成后抛光之前，计算研磨后脆性材料表面的残余去除体积，所述残留去除体积指当前表面形貌加工至要求表面形貌所应去除的材料体积，如果残余去除体积少于设定的体积阈值，则表明该脆性材料表面属于可能易抛型；否则属于可能不易抛型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕迅，梅德庆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33