一种刀具、单晶碳化硅材料的加工方法及加工设备技术

本发明专利技术涉及机械加工技术领域，提供了一种刀具、单晶碳化硅材料的加工方法及加工设备，本发明专利技术的刀具，至少刀头由单晶碳化硅材料制成，具有优良的机械强度、热稳定性和化学稳定性，适用于超精密加工。本发明专利技术采用电解液射流辅助磨削的方法对单晶碳化硅材料进行加工，使在工件表面被高速氧化后产生的氧化膜立刻被磨削去除，可增加磨削精度和磨削效率，磨削后不会对单晶碳化硅表面形成损伤层；用于加工单晶碳化硅材料的加工设备，包括磨削装置和射流装置，射流装置用于对单晶碳化硅工件喷射电解液，磨削装置用于对喷射电解液后的单晶碳化硅材料进行磨削加工，避免了二次损伤并且能提高磨削效率。

A Processing Method and Equipment for Cutting Tool and Single Crystal Silicon Carbide Material

The invention relates to the field of mechanical processing technology, and provides a processing method and equipment for cutting tools and monocrystalline silicon carbide materials. At least the tool head of the invention is made of monocrystalline silicon carbide materials, which has excellent mechanical strength, thermal stability and chemical stability and is suitable for ultra-precision processing. The invention adopts electrolyte jet assisted grinding method to process single crystal silicon carbide material, so that the oxide film produced after high-speed oxidation on the surface of the workpiece is immediately removed by grinding, which can increase grinding accuracy and grinding efficiency, and no damage layer is formed on the surface of single crystal silicon carbide after grinding; the processing equipment for processing single crystal silicon carbide material includes grinding device and jet device. The jet device is used for spraying electrolyte on single crystal silicon carbide workpiece, and the grinding device is used for grinding single crystal silicon carbide material after spraying electrolyte, which avoids secondary damage and improves grinding efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种刀具、单晶碳化硅材料的加工方法及加工设备
本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及一种刀具、单晶碳化硅材料的加工方法及加工设备。
技术介绍
刀具是机械制造中用于加工的工具，包括车刀、铣刀、刨刀、钻头等，普通的刀具在加工时易产生磨损，或易使工件产生剪切破坏，例如使加工工件产生加工形变和变质层，进而影响工件的精密加工，导致加工精度降低，无法进行超精密加工，并且影响工件的性能，使加工效率大大降低，加工成本大幅度提升，而用于超精密加工的刀具价格昂贵，且可选择的刀具材料非常有限，目前常用的超精密加工用的刀具为金刚石刀具，但金刚石材料本身的化学特性使其适用范围受到了较大的限制，例如，金刚石刀具无法用于加工钢铁材料，否则将发生变质，造成刀具损坏，适应性较低，因此，需要提供一种适用于超精密加工的刀具。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种刀具，以适用于超精密加工，并提供了一种单晶碳化硅材料的加工方法及加工设备。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供了一种刀具，包括刀头，所述刀头具有用于加工的刀尖和刀刃，所述刀具中，至少刀头由单晶碳化硅材料制成。作为上述技术方案的改进，所述刀头上至少构成所述刀刃和所述刀尖的表面通过抛光处理。还提供了一种单晶碳化硅材料的加工方法，将单晶碳化硅材料加工形成半成品，对半成品待加工的表面进行电解液射流加工，随后对半成品已喷射电解液的表面进行磨削加工。作为上述技术方案的改进，磨削加工后的工件上，对应所需抛光的表面进行抛光处理。作为上述技术方案的进一步改进，进行所述磨削加工的磨削装置上，用于磨削的部位由硬度低于单晶碳化硅的材料构成。作为上述技术方案的进一步改进，用于磨削的部位由氧化铝或者二氧化铈材料构成。作为上述技术方案的进一步改进，对所述磨削装置的磨削部位进行电解液射流加工。作为上述技术方案的进一步改进，进行电解液射流加工时，向用于喷射电解液的喷嘴和所需喷射电解液的工件施加脉冲电源。还提供了一种单晶碳化硅材料的加工设备，包括机架，以及设置在机架上的磨削装置、射流装置和承载装置，其中，所述磨削装置包括驱动部和磨削部，所述驱动部驱动所述磨削部旋转，所述磨削部由硬度低于单晶碳化硅的材料构成；所述射流装置包括喷嘴和电解液储存装置，所述喷嘴连通于所述电解液储存装置；所述承载装置包括用于固定工件的固定装置。作为上述技术方案的改进，还包括转台，所述承载装置设置在所述转台上，所述转台带动所述承载装置旋转。作为上述技术方案的进一步改进，所述承载装置包括固定块及用于夹紧所述固定块的夹具，所述固定块上设置有用于固定工件的安装部。作为上述技术方案的进一步改进，还包括喷嘴调节装置，所述喷嘴调节装置包括第一活动载台和第二活动载台，所述喷嘴设置在所述第一活动载台上，所述第一活动载台可滑动地连接于所述第二活动载台上，所述第二活动载台可滑动地连接于所述机架上。作为上述技术方案的进一步改进，还包括电解液循环装置，所述电解液循环装置包括循环管路，所述喷嘴通过所述循环管路与所述电解液储存装置连通，所述循环管路上设置有送液装置。作为上述技术方案的进一步改进，还包括脉冲电源装置，所述脉冲电源装置连接所述喷嘴和待加工的工件。作为上述技术方案的进一步改进，所述磨削部为砂轮或者磨头。本专利技术的有益效果是：本专利技术的刀具由单晶碳化硅材料制成，具有优良的机械强度、热稳定性和化学稳定性，适用于超精密加工。本专利技术采用电解液射流辅助磨削的方法对单晶碳化硅材料进行加工，使在工件表面被高速氧化后产生的氧化膜立刻被磨削去除，可增加磨削精度和磨削效率，磨削后不会对单晶碳化硅表面形成损伤层；用于加工单晶碳化硅材料的加工设备，包括磨削装置和射流装置，射流装置用于对单晶碳化硅材料喷射电解液，磨削装置用于对喷射电解液后的单晶碳化硅材料进行磨削加工，避免了二次损伤并且能提高磨削效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明：图1为本专利技术刀具一个实施例的结构示意图；图2为本专利技术加工设备第一个实施例的示意图；图3为本专利技术加工设备第一个实施例部分结构的立体结构示意图；图4为图3中喷嘴调节装置一个实施例的结构示意图；图5为图4的另一个角度的示意图；图6为本专利技术加工设备第二个实施例的示意图；图7为本专利技术加工设备第二个实施例部分结构的立体结构示意图；图8为本专利技术加工设备第三个实施例的示意图。具体实施方式刀具是机械制造中用于加工的工具，包括车刀、铣刀、刨刀、钻头等，现有技术主要以硬质合金(WC)，立方碳化硼(CBN)或多晶金刚石(PCD)作为刀具材料，这些刀具材料都是由细小颗粒烧结而成的多晶材料，因而刀刃存在多个晶界，且晶体排布方式和形态不规则。由于有晶界的存在，使得刀具在加工时易使工件产生剪切破坏，进而使加工工件产生加工形变和变质层，导致加工精度降低，影响工件的性能，如硬质合金刀具在高速加工的情况下容易发生磨损，严重时会发生刀具崩刃、断裂，使加工效率大大降低，加工成本大幅度提升。刀具对工件的加工形变也会限制工件的使用性能，如立方氮化硼刀具在加工塑性大的钢铁金属、镍基合金、铝合金和铜时，容易产生严重的积屑瘤，使已加工表面质量恶化。另一方面，在进行超精密微细加工时，刀具的化学稳定性成为重要的参考指标。常用的单晶金刚石刀具在超精密切削铁系材料会导致金刚石刀具与材料发生化学反应生成石墨，使得刀具的硬度急剧降低，刀具变质，切削能力下降，所以金刚石刀具无法加工钢铁材料，具有局限性。另一方面，目前单晶碳化硅的研磨抛光大部分集中在二维平面，使得加工三维结构的单晶碳化硅刀具的技术无法实现突破。本专利技术提供了一种单晶碳化硅刀具，其由单晶碳化硅材料制成。单晶碳化硅(SiC)是单晶材料，相比于现存的多晶刀具，热稳定性和化学稳定性非常好，没有因晶界而造成工件的剪切破坏等问题。且硬度仅次于金刚石，具有优良的耐热性和机械强度，耐磨性能高，使用寿命长。解决了现有的刀具加工时易产生磨损，或易使工件发生剪切破坏的技术问题。单晶碳化硅刀具的密度相当高，其表面无毛细孔。除了上面的描述以外，单晶碳化硅刀具还具有抗磁化、抗氧化、不生锈等优点。单晶碳化硅目前主要应用于半导体工业，采用现有的加工方法对单晶碳化硅进行加工，通过金刚石线锯加工后的单晶碳化硅表面粗糙且平整度差，需要进一步的研磨工艺。磨削过程一般使用金刚石砂轮在其表面进行磨削，但是因单晶碳化硅有超高的硬度，在进行机械磨削的过程中磨削效率低且金刚石砂轮磨损严重，而且磨削过程会对单晶碳化硅表面造成二次损伤，使得磨削加工后，其表面粗糙度仍然难以达到要求，仍需要对其进行化学机械抛光，而化学机械抛光时间长且容易产生抛光液残留。因此，目前对单晶碳化硅的磨削并没有成熟的工艺，磨削后的损伤层不可避免。本专利技术采用电解液射流辅助磨削的方法，避免了二次损伤并且能提高磨削效率。以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刀具，其特征在于：包括刀头，所述刀头具有用于加工的刀尖和刀刃，所述刀具中，至少刀头由单晶碳化硅材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种刀具，其特征在于：包括刀头，所述刀头具有用于加工的刀尖和刀刃，所述刀具中，至少刀头由单晶碳化硅材料制成。2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于：所述刀头上至少构成所述刀刃和所述刀尖的表面通过抛光处理。3.一种单晶碳化硅材料的加工方法，其特征在于：将单晶碳化硅材料加工形成半成品，对半成品待加工的表面进行电解液射流加工，随后对半成品已喷射电解液的表面进行磨削加工。4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：磨削加工后的工件上，对应所需抛光的表面进行抛光处理。5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：进行所述磨削加工的磨削装置上，用于磨削的磨料由硬度低于单晶碳化硅的材料构成。6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：用于磨削的磨料由氧化铝或者二氧化铈材料构成。7.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：对所述磨削装置的磨削部位进行电解液射流加工。8.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：进行电解液射流加工时，向用于喷射电解液的喷嘴和所需喷射电解液的工件施加脉冲电源。9.一种加工单晶碳化硅材料的加工设备，其特征在于：包括机架，以及设置在机架上的磨削装置、射流装置和承载装置，其中，所述磨削装置包括驱动部和磨削部，所述驱动部驱动所述磨削...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永华，陈钊杰，王宏强，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44