一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具及研磨方法技术

本发明专利技术公开了一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，包括相互连接的连接杆和研磨底盘，所述连接杆与驱动其旋转的装置连接，所述研磨底盘上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随研磨底盘转动研磨工件表面；所述连接杆、所述研磨底盘以及所述研磨垫三者中心均设有用于流通研磨液的管道；研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出。本发明专利技术还公开了一种固结磨料自锐性磨抛的研磨方法。本发明专利技术通过在研磨液中添加纳米颗粒改善润滑效果减少研磨垫表面磨粒的脱落速度，稳定去除效率，提高磨抛工艺的可控性，为实际磨抛加工提供高效稳定的新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具及研磨方法
本专利技术属于光学加工领域，涉及研磨工具及研磨方法，特别涉及一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具及研磨方法。
技术介绍
目前，传统研磨是使用游离磨料的接触式加工方法，使用软质研磨底盘作为抛光工具，工具的转动带动磨粒划擦工件表面实现材料去除。为了获得较高的表面质量以及较低的亚表面损伤，通常采用较软的磨粒，例如氧化铈、二氧化硅等磨粒，对材料表面进行加工，由于磨料的硬度较小，磨粒游离在研磨液中，无法提供较大的剪切力，使材料去除的效率较低。同时，游离磨料研磨技术是一种接触式的加工方式，去除效率的稳定性受到多种因素的影响，例如，研磨垫磨损、研磨液供给不足等等。传统供液方式是采用喷嘴将研磨液喷射在工件四周，但是当研磨工具转速不断增加，由于离心力的作用，研磨液很难进入研磨垫或者工件的中心区域，导致中心区域供液不充足，润滑条件恶化，研磨垫磨损速度快，磨粒聚集成团，加工热量以及去除碎屑无法及时排出，导致表面质量恶化。综合来讲，这种游离磨料研磨加工方法去除效率及加工质量受到限制，无法满足半导体、光学产业快速发展的对硬脆材料快速加工提出的要求。近些年来，化学机械研抛技术应运而生，不断得到发展，该技术是在游离磨料研磨加工方法的基础上，通过改变研磨液成分，来提高研磨加工的材料去除的效率。通过在研磨液中添加氧化剂、络合剂等化学试剂，提高研磨液的氧化性，促进研磨液中磨粒与工件表面的发生络合反应，增加磨粒对工件的化学侵蚀，形成化学反应变质层，变质层多为疏松多孔的结构，力学性能远远小于工件基体材料，因此，磨粒更加容易实现材料的去除，提高了研磨去除的效率。然而，化学机械研磨主要依赖化学试剂的作用，增加了对环境的压力，同时，工艺稳定性差、成本高、环境污染严重，与清洁、高效的加工理念背道而驰，在加工后会在工件表面形成一层化学反应变质层，影响工件的使用性能。固结磨料研磨技术是将磨粒固结在研磨垫的基体材料之中，采用去离子水作为研磨液，一方面，固结磨料研磨技术是一种清洁的加工方法，另一方面，由于磨粒被镶嵌在研磨垫基体上，磨粒提供的剪切力较大，去除效率高，而且磨粒不会出现团聚的现象，获得的亚表面损伤较小。然而，固结磨料技术仍然是一种接触式加工的方式，去除稳定性受到研磨垫表面磨粒的数量和分布的影响较大，研磨垫的自锐性十分重要，如果表层磨粒脱落后，基体材料无法去除，下一层磨粒无法及时露出，则无法继续去除工件表面材料，固结研磨垫无法继续使用。因此，研磨垫需要不断的修整才能继续使用，增加了工件的加工周期以及操作人员的劳动强度。综上所述，针对固结磨料研磨技术研磨垫自锐性差、使用寿命低，加工过程中需要不断进行修整，以及高速加工过程采用中四周供液方式使研磨液无法进入加工中心区域等问题，急需寻求一种新的工艺措施克服现存的不足。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种提高自锐性和研磨工具使用寿命的固结磨料自锐性磨抛的研磨工具及研磨方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，包括相互连接的连接杆和研磨底盘，所述连接杆与驱动其旋转的装置连接，所述研磨底盘上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随研磨底盘转动研磨工件表面；所述连接杆、所述研磨底盘以及所述研磨垫三者中心均设有用于流通研磨液的管道；研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出。进一步地，所述连接杆和所述研磨底盘通过柔性联轴器连接。进一步地，在所述研磨底盘和所述研磨垫之间设有软材料夹层。进一步地，所述软材料夹层为海绵夹层。本专利技术还提供一种固结磨料自锐性磨抛的研磨方法，该方法采用研磨工具上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随所述研磨工具转动来研磨工件表面，在研磨工件时使用研磨液喷射加工区域，所述研磨工具中心设有用于流通研磨液的管道；所述研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出。进一步地，所述研磨液中添加纳米颗粒，所述研磨液中纳米颗粒浓度为0.01～15％。进一步地，所述研磨液的纳米颗粒为氧化铈纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒以及二氧化硅纳米颗粒中的其中一种或几种组合。进一步地，所述研磨液在所述管道内的压力为0.1～1.0MPa。进一步地，所述研磨工具与设有中心出水机构的电主轴搭配使用。进一步地，所述研磨工具与所述电主轴采用ER夹头连接。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、研磨工具中心设有用于流通研磨液的管道；研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出，这种中心供液方式下，研磨液从研磨工具中心向四周进行供给，相对于传统方式的研磨液供液，整个加工区域内磨粒供给更加充分、均匀，增加磨抛工具的润滑效果，减少研磨垫的表面磨粒的剥落速度，同时提高固结磨料的研磨垫的自锐性，使磨粒能及时更新。因此，本专利技术的材料去除效率更高、去除更加稳定。2、中心供液固结磨料自锐性磨抛方法在研磨液中添加纳米颗粒，在研磨过程中纳米颗粒有助于研磨垫基体材料进行去除，使下一层磨粒及时露出，提高固结磨料的研磨垫的自锐性，维持去除率的稳定，减少加工过程中研磨垫的修整次数，减少工件的加工周期等。3、同时纳米颗粒的存在能够增加研磨工具与加工表面之间的润滑特性，由于纳米颗粒的小尺寸效应和表面比效应能够有效避免固结磨料的团聚现象，分散研磨颗粒在加工表面的分布，使得被加工表面的材料去除率更均匀，破坏性划痕更少。所以在固结磨料研磨液中添加纳米颗粒，提高研磨垫的自锐性和磨抛工具与工件表面的润滑性，可减少研磨垫的修整次数。研磨工具通过中心管道供液改进研磨液的供给方式，克服中心区域供液不足的问题，通过改善润滑效果减少研磨垫表面磨粒的脱落速度，稳定去除效率，提高磨抛工艺的可控性，为实际磨抛加工提供高效稳定的新方法。附图说明图1是本专利技术的研磨工具结构示意图。图2是现有技术的研磨工具工作原理示意图。图3是第一组实验在研磨实验后单点去除斑的轮廓图。图4是第二组实验在研磨实验后单点去除斑的轮廓图。图5是第三组实验在研磨实验后单点去除斑的轮廓图。图6是第一、二、三组各组实验结果最大去除深度的对比图。图7是实验前固结磨料的研磨垫形貌照片；图8是第一组试验后研磨垫表面形貌照片；图9是第三组试验后研磨垫表面形貌照片。图中：1、连接杆；2、供液入口；3、电主轴；4、柔性联轴器；5、软管；6、研磨底盘；7、软材料夹层；8、研磨垫；9、工件；10、研磨液；11、工作台；12、喷嘴。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参见图1，一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，包括相互连接的连接杆1和研磨底盘6，所述连接杆1与驱动其旋转的装置连接，所述研磨底盘6上安装研磨垫8，所述研磨垫8由固结磨料制成，所述研磨垫8随研磨底盘6转动研磨工件9表面；所述连接杆1、所述研磨底盘6以及所述研磨垫8三者中心均设有用于流通研磨液10的管道；研磨液10经由所述管道从所述研磨垫8端面上的管道口向工件9表面旋转喷出。图1所示，研磨液10经由供液入口2，沿所述管道，最终从所述研磨垫8端面上的管道口向工件9表面旋转喷出。进一步地，所述连接杆1和所述研磨底盘6可通过柔性联轴器4连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，包括相互连接的连接杆和研磨底盘，所述连接杆与驱动其旋转的装置连接，所述研磨底盘上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随研磨底盘转动研磨工件表面；其特征在于，所述连接杆、所述研磨底盘以及所述研磨垫三者中心均设有用于流通研磨液的管道；研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出。

【技术特征摘要】
1.一种固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，包括相互连接的连接杆和研磨底盘，所述连接杆与驱动其旋转的装置连接，所述研磨底盘上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随研磨底盘转动研磨工件表面；其特征在于，所述连接杆、所述研磨底盘以及所述研磨垫三者中心均设有用于流通研磨液的管道；研磨液经由所述管道从所述研磨垫端面上的管道口向工件表面旋转喷出。2.根据权利要求1所述的固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，其特征在于，所述连接杆和所述研磨底盘通过柔性联轴器连接。3.根据权利要求1所述的固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，其特征在于，在所述研磨底盘和所述研磨垫之间设有软材料夹层。4.根据权利要求3所述的固结磨料自锐性磨抛的研磨工具，其特征在于，所述软材料夹层为海绵夹层。5.一种固结磨料自锐性磨抛的研磨方法，该方法采用研磨工具上安装研磨垫，所述研磨垫由固结磨料制成，所述研磨垫随所述研磨工具转动来研磨工件表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹中臣，林彬，姜向敏，李凯隆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12