一种蓝宝石表面微铣削加工方法技术

一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是在立式加工中心上，在保证刀具轴线和蓝宝石试样加工表面之间具有一定加工倾角的条件下，采用PCD多齿球头刀具在一定的主轴转速，进给速度和切削深度的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工，去除蓝宝石表面材料。PCD多齿球头刀具由PCD多齿球刀头与硬质合金刀杆经焊接而成。PCD球刀头表面沿周向分布有若干等距直沟槽，沿轴向分布有1个螺旋沟槽；上述沟槽将PCD刀具表面分成若干切削加工齿。本发明专利技术可在较大切削深度下对蓝宝石进行凹槽及曲面加工，可显著提高加工效率及加工过程稳定，蓝宝石加工表面未发现明显脆性断裂和材料脱落等现象，加工表面质量良好。

A micro milling method for sapphire surface

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石表面微铣削加工方法
本专利技术涉及一种硬脆类难加工材料表面微切削加工方法，尤其是一种蓝宝石表面加工方法，具体地说是一种蓝宝石表面微铣削加工方法。
技术介绍
蓝宝石因具有良好的化学稳定性和光学性能，超高硬度、极强的耐磨性及较高的熔点等性能，被广泛应用于航空航天、光电子、国防等领域，但作为典型硬脆难加工材料，其表面加工效率低、成本高，且加工表面极易产生断裂等损伤问题，严重限制了其在航空航天等领域内的应用。蓝宝石表面加工方法主要有研磨/抛光，微槽磨削等。其中，研磨/抛光针对蓝宝石薄片表面加工，而对于表面形状相对复杂的蓝宝石零件的加工（如具有一定曲面及凹槽的蓝宝石工件），研磨/抛光难以发挥作用。而随着蓝宝石在航空航天等领域内应用的不断增加和扩展，具有相对复杂型面结构的蓝宝石零件的应用将越来越广泛，其表面加工也将越来越受到人们的关注。如目前采用小直径的金刚石磨头（Φ0.5~1mm）对蓝宝石表面进行凹槽磨削加工。此方法较研磨/抛光可对蓝宝石表面进行微槽加工，并在一定条件下可对具有一定曲面的蓝宝石零件进行加工。但因其所用金刚石磨头直径较小，磨头强度和抗冲击等性能相对较低，在对蓝宝石表面进行微槽磨削加工时需严格控制磨削深度（一般在10~20μm）。因此，磨削加工深度较低，蓝宝石表面材料去除率相对较小，加工效率不高。而采用传统球头铣刀对蓝宝石表面进行微铣削加工，因刀具磨损较大，较难获得良好的表面质量。为此，亟需研究并开发一种蓝宝石表面高效精密加工方法，在保证加工表面质量的同时，可显著提高蓝宝石表面加工效率。<br>
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有蓝宝石表面加工以磨削为主，难以实现铣削加工，效率低、稳定性差、易导致基体表面产生损伤等突出问题，专利技术一种使用PCD多齿球头刀具对蓝宝石表面进行高效微铣削加工的方法。本专利技术的技术方案是：一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是它包括蓝宝石试样的装夹和表面微铣削加工两部分。所述的蓝宝石工件的装夹是指：在立式加工中心上，将蓝宝石工件装夹在夹具中，保证刀具轴线和蓝宝石试样加工表面之间的加工倾角为15-35º。所述的蓝宝石表面微铣削加工是指：采用PCD多齿球头刀具在主轴转速为10000-250000rpm，进给速度为3.0-12.0mm/min，切削深度为10-200μm的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工。所述的蓝宝石表面微铣削加工所用PCD多齿球头刀具由PCD球刀头与硬质合金刀杆经焊接所得，刀具刃长为10-20mm，刀具总长为50-60mm；PCD刀头直径为Ф1.5-2.5mm，有效刃长为2-5mm。所述的PCD球刀头沿周向分布有6-12个等距直沟槽；沿轴向分布有1个螺旋沟槽，螺旋沟槽的螺旋升角为5~10º，所述沟槽将PCD刀头表面分成若干切削加工齿。所述的PCD球刀头表面直沟槽和螺旋沟槽均以球头底面中心为起点，沟槽平均深度为90-120μm。所述的蓝宝石试样长度为10~50mm，宽度为10~50mm，厚度为5~10mm，加工前表面粗糙度Ra为0.3~0.4μm。所述的蓝宝石经PCD多齿球头刀具微铣削加工后的表面粗糙度Ra为0.1~0.3μm。本专利技术的基理是：在立式加工中心上，在保证刀具轴线和蓝宝石试样加工表面之间具有一定加工倾角的条件下，采用PCD多齿球头刀具在一定的主轴转速，进给速度和切削深度的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工，去除蓝宝石表面材料。研究发现，采用新型PCD多齿球头刀具能在一定的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工。PCD多齿球头刀具由PCD多齿球刀头与硬质合金刀杆经焊接而成。其中，PCD多齿球刀头是由金刚石粉末与结合剂（含钴、镍等金属）在一定温度和压力下按一定比例烧结而成，其具有高硬度、高强度、高耐磨性和低摩擦性等优点。且相对于金刚石小磨头而言，其可在相对较大切削深度的条件下（>50μm）对蓝宝石表面进行切削加工。但因蓝宝石硬度较高，在较大的切削深度条件下，PCD刀具所受冲击较大。为保证刀具的抗弯性能，将PCD刀具焊接到硬质合金刀杆上，利用硬质合金刀杆的高抗弯强度特性支撑PCD刀具，增大其抗弯强度。且半球形底部可有效避免刀具加工时因较尖刃角的存在而易导致刃角崩刃的现象，并可提高蓝宝石加工表面尺寸稳定性和表面质量。同时，表面多齿结构（通过在其轴向和径向开沟槽来实现）可为PCD刀具加工效率的提高提供有效途径。因在每齿进给量相等的情况下，增加刀具表面加工齿数，可有效提高刀具进给速度，故刀具加工效率提高，且加工平稳性增强。同时，表面沟槽还可有效增大刀具表面容屑空间和加工面宽及切削余量，有利于表面材料去除率的提高。因此，采用上述PCD多齿球头刀具对蓝宝石表面进行微铣削加工是一种高效、可控性强的蓝宝石表面微切削加工方法，并可有效提高蓝宝石表面加工效率及表面质量。因此，对提高蓝宝石在航空航天等领域内的应用具有非常重要的意义。但目前采用PCD多齿球头刀具对蓝宝石表面进行微铣削加工的方法国内外还少有提及。本专利技术的有益效果：1、本专利技术与现有蓝宝石表面加工方法相比，可实现在较大切削深度的条件下（切削深度≤200μm）对蓝宝石表面进行去除材料加工，可显著提高蓝宝石表面切削加工效率，并可保证蓝宝石表面加工质量。2、本专利技术可对蓝宝石表面进行凹槽和曲面加工，可显著提高加工效率及加工稳定性。3、本专利技术所述的蓝宝石表面微铣削加工方法不仅适用于蓝宝石表面微铣削加工，也可适用于其它硬脆难加工材料的表面微铣削加工。4、本专利技术解决了研磨/抛光加工蓝宝石表面材料去除率低，以及金刚石磨头微槽磨削加工蓝宝石因金刚石磨头直径较小，磨头强度和抗冲击等性能相对较低等造成的切削深度较小，表面材料去除率相对较低，加工效率不高和传统球头铣刀加工蓝宝石刀具磨损大，蓝宝石加工表面质量较难保证等问题，可为实现蓝宝石表面高效精密加工提供有效方法。同时，它还可适用于对蓝宝石表面进行凹槽及曲面加工，可显著提高加工效率和加工表面质量。附图说明图1为本专利技术实例1使用的PCD多齿球头刀具。图1(a)是实物照片，图1（b）是图1局部放大示意图；图1（c）是图1中刀头部分三维线条图。图2为本专利技术实例1未加工蓝宝石试样表面三维形貌及表面粗糙度曲线。图3为本专利技术实例1使用的PCD多齿球头刀具微铣削加工的蓝宝石试样表面三维形貌及表面粗糙度曲线。图4为本专利技术实例1使用的PCD多齿球头刀具微铣削加工的蓝宝石试样表面X射线能谱（EDS）分析结果。图5为本专利技术实例1使用的PCD多齿球头刀具使用后表面X射线能谱（EDS）分析结果。图6为本专利技术实例3使用的PCD多齿球头刀具微铣削加工的蓝宝石试样截面图。图7为本专利技术实例3使用的PCD多齿球头刀具微铣削加工的蓝宝石试样表面三维形貌及表面粗糙度曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示。一种蓝宝石表面微铣削加工方法，所使用的部分设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是在立式加工中心上，采用PCD多齿球头刀具在主轴转速为10000-250000rpm，进给速度为3.0-12.0 mm/min，切削深度为10-200μm的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工，以实现蓝宝石表面的高效率快速加工；所述的PCD多齿球头刀具由PCD球刀头与硬质合金刀杆经焊接所得；PCD球刀头球径为Ф1.5-2.5mm，有效刃长为2-5mm；PCD球刀头沿周向分布有6-12个等距直沟槽；沿轴向分布有1个螺旋沟槽，螺旋沟槽螺旋升角为5~10º，通过所述的等距直沟槽和螺旋沟槽将PCD刀具表面分成若干切削加工齿。/n

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是在立式加工中心上，采用PCD多齿球头刀具在主轴转速为10000-250000rpm，进给速度为3.0-12.0mm/min，切削深度为10-200μm的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工，以实现蓝宝石表面的高效率快速加工；所述的PCD多齿球头刀具由PCD球刀头与硬质合金刀杆经焊接所得；PCD球刀头球径为Ф1.5-2.5mm，有效刃长为2-5mm；PCD球刀头沿周向分布有6-12个等距直沟槽；沿轴向分布有1个螺旋沟槽，螺旋沟槽螺旋升角为5~10º，通过所述的等距直沟槽和螺旋沟槽将PCD刀具表面分成若干切削加工齿。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的PCD多齿球头刀具轴线和蓝宝石试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱延松，高泰祖，尹仁準，张新忠，
申请(专利权)人：安徽理工大学，韩国岭南大学，韩国艾基科技公司，无锡斯达新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34