一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法，该方法根据研磨单晶金刚石圆锥压头的不同锥角及尖端钝圆特征选择合适的激光路径，激光器发出的激光束从单晶金刚石圆锥压头刀杆端射入，在转动研磨单晶金刚石圆锥面时，激光束在单晶金刚石内部发生全内反射，使单晶金刚石圆锥体吸收大部分激光能量，在研磨单晶金刚石尖端钝圆时，激光束聚焦于单晶金刚石圆锥压头尖端，最终使单晶金刚石硬度降低，减弱各向异性的影响，并通过研磨盘对其进行均匀研磨，解决了单晶金刚石圆锥压头研磨后圆锥面上存在棱角，尖端钝圆缺口、不规则等缺陷，最终得到高精度单晶金刚石圆锥压头，提高了研磨质量和效率。提高了研磨质量和效率。提高了研磨质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法


[0001]本专利技术属于单晶金刚石磨抛领域，具体涉及一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法。

技术介绍

[0002]单晶金刚石具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、抗腐蚀性等优点，被广泛应用于制作机械加工刀具、光学窗口等领域。单晶金刚石是一种典型的硬脆材料，硬度高，断裂方式为脆性断裂，并且具有明显的各向异性。在研磨时，不同晶面的磨削率不同，(110)晶面磨削率最高，(111)晶面磨削率最低，在同一晶面上不同方向上磨削率也有着很大的差别。因此现有技术需要选取易磨方向进行研磨，或通过激光、超声等特殊能场的手段提高磨削率进而提高单晶金刚石刀具的研磨效率与质量。但是对于用单晶金刚石制作具有回转对称性的刀具，如单晶金刚石圆锥压头，研磨时单晶金刚石需要自转，不同晶面，不同方向交替研磨，使得研磨过程复杂，最终会在圆锥面上形成凸起的棱线，越靠近圆锥尖端越明显，并且尖端钝圆会产生缺口，形状不规则等缺陷，使得加工后单晶金刚石圆锥压头形状误差等级低，表面质量较差。因此，现有技术中急需一种新的加工方法来解决单晶金刚石圆锥压头的研磨问题。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法，将激光束射入单晶金刚石圆锥压头内部，使单晶金刚石体吸收部分能量升温，降低硬度，减弱各向异性的影响，能够有效解决现有技术加工回转对称形状的单晶金刚石，如单晶金刚石圆锥压头，加工后圆锥面存在棱角、尖端崩碎、不规则等缺陷，形状误差等级低，表面质量较差的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法，包括顺序实施的以下步骤：
[0006]S1、粗磨出的带有中空刀杆的单晶金刚石圆锥压头并通过夹具固定，根据所需单晶金刚石圆锥压头的锥角选择合适的研磨圆锥面及研磨尖端钝圆的激光路径；
[0007]S2、调整激光器镜头使激光器发出的激光与所选择的研磨圆锥面时的激光路径相匹配，启动研磨过程，研磨盘旋转，激光器镜头固定不动并持续输出激光，夹具带动单晶金刚石圆锥压头以自身轴线为中心旋转运动，研磨单晶金刚石圆锥压头的圆锥面；
[0008]S3、调整激光器镜头使激光器发出的激光与所选择的研磨尖端钝圆时的激光路径相匹配，启动研磨过程，研磨盘旋转，夹具带动单晶金刚石圆锥压头以自身轴线为中心旋转运动，激光器镜头与夹具以单晶金刚石圆锥压头尖端为中心共同摆动，研磨单晶金刚石圆锥压头尖端钝圆。
[0009]作为优选的，所述研磨圆锥面时的激光路径根据单晶金刚石圆锥压头的锥角度数来选择，具体为：
[0010]所研磨单晶金刚石圆锥压头锥角
ɑ
≥81.072
°
时，激光器发出的激光束从单晶金刚石圆锥压头刀杆端射入的入射角θ1需满足sinθ1≤2.17cos(
ɑ
/2)
‑
0.907sin(
ɑ
/2)；
[0011]所研磨单晶金刚石圆锥压头锥角60
°
≤
ɑ
≤81.072
°
时，激光器发出的激光束从单晶金刚石圆锥压头刀杆端射入的入射角θ1需满足sinθ1≤2.17cos(3
ɑ
/2)
‑
0.907sin(3
ɑ
/2)；
[0012]所研磨单晶金刚石圆锥压头锥角
ɑ
≤60
°
时，激光器发出的激光束从单晶金刚石圆锥压头刀杆端射入的入射角θ1需满足sinθ1≥2.17cos(3
ɑ
/2)
‑
0.907sin(3
ɑ
/2)。
[0013]作为优选的，所述研磨尖端钝圆时的激光路径为激光束垂直于单晶金刚石圆锥压头入射，焦点位于单晶金刚石圆锥压头尖端，焦距d由d＝f0+h0(1
‑
tan(arcsin(sin(arctan(R0/f0))/n0))/tan(R0/f0))求得；
[0014]其中f0表示激光器镜头初始焦距，h0表示单晶金刚石圆锥压头轴向高度，R0表示激光束初始光斑直径，n0表示单晶金刚石折射率。
[0015]作为优选的，所述激光器镜头与夹具以单晶金刚石圆锥压头尖端为中心共同摆动，摆动角度β与单晶金刚石圆锥压头锥角有关，摆动角度β满足：π/2
‑
ɑ
/2≤β≤π/2。
[0016]使用本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术通过激光入射单晶金刚石圆锥压头，根据研磨单晶金刚石圆锥压头的不同锥角及尖端钝圆选择合适的激光路径。在研磨圆锥面时通过调整激光束的入射角度使激光在金刚石内部沿轴向指向单晶金刚石压头尖端得全内反射，单晶金刚石体吸收激光能量受热升温，减弱各向异性的影响，最终实现单晶金刚石圆锥压头圆锥面的高质量研磨。
[0018]在研磨过程中，夹具带动单晶金刚石圆锥压头沿自身轴线旋转，而激光器镜头固定不动。因此激光束在单晶金刚石圆锥压头内部动态均匀，使得单晶金刚石体吸收激光能量受热升温均匀，避免了由于局部温度过高所引起的热应力，甚至碳化等问题。在研磨尖端钝圆时，激光束直接聚焦于单晶金刚石圆锥压头尖端，热影响区小，单晶金刚石吸收激光能量受热升温，硬度降低，减弱各向异性的影响，提高了研磨尖端钝圆的效率与质量。采用本专利技术提供的技术方案解决了单晶金刚石难以加工回转对称形状的问题，并改善了加工后回转对称面存在棱角、局部凸起或缺陷等问题，以及改善了回转尖端由于单晶金刚石脆性断裂所引起的缺角、形状不规则等问题。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的研磨单晶金刚石圆锥压头圆锥面示意图。
[0020]图2为本专利技术的研磨单晶金刚石圆锥压头尖端钝圆示意图。
[0021]图3为研磨单晶金刚石圆锥压头圆锥面时的激光路径图。
[0022]图4位研磨单晶金刚石圆锥压头尖端钝圆时的激光路径图。
[0023]图中：1
‑
激光器镜头；2
‑
夹具；3
‑
单晶金刚石圆锥压头；4
‑
研磨盘；β
‑
摆动角度。θ1‑
激光束入射角；θ2‑
激光束折射角；θ3‑
激光束反射角；θ4‑
激光束二次反射角；α
‑
单晶金刚石圆锥压头锥角。f0‑
激光器镜头初始焦距；h0‑
单晶金刚石圆锥压头轴向高度；R0‑
激光束初始光斑直径；d
‑
激光器镜头实际焦距。
具体实施方式
[0024]为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，
对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
[0025]如图1、图2所示，本实施例提出一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法，其特征在于：包括顺序实施的以下步骤：S1、粗磨出的带有中空刀杆的单晶金刚石圆锥压头并通过夹具固定，根据所需单晶金刚石圆锥压头的锥角选择合适的研磨圆锥面及研磨尖端钝圆的激光路径；S2、调整激光器镜头使激光器发出的激光与所选择的研磨圆锥面时的激光路径相匹配，启动研磨过程，研磨盘旋转，激光器镜头固定不动并持续输出激光，夹具带动单晶金刚石圆锥压头以自身轴线为中心旋转运动，研磨单晶金刚石圆锥压头的圆锥面；S3、调整激光器镜头使激光器发出的激光与所选择的研磨尖端钝圆时的激光路径相匹配，启动研磨过程，研磨盘旋转，夹具带动单晶金刚石圆锥压头以自身轴线为中心旋转运动，激光器镜头与夹具以单晶金刚石圆锥压头尖端为中心共同摆动，研磨单晶金刚石圆锥压头尖端钝圆。2.如权利要求1所述的激光原位辅助研磨单晶金刚石圆锥压头的方法，其特征在于：所述研磨圆锥面时的激光路径根据单晶金刚石圆锥压头的锥角度数来选择，具体为：所研磨单晶金刚石圆锥压头锥角
ɑ
≥81.072
°
时，激光器发出的激光束从单晶金刚石圆锥压头刀杆端射入的入射角θ1需满足sinθ1≤2.17cos(
ɑ
/2)
‑
0.907sin(
ɑ
/2)；所研磨单晶金刚石圆锥压头锥角60
°
≤
ɑ
≤81.072
...

【专利技术属性】
技术研发人员：石广丰，孟巳崴，张景然，姚栋，宋林森，史国权，李俊烨，王丽娜，梁怀丹，王永华，李鹤，
申请(专利权)人：长春理工大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：