专利名称：一种分级结构化复合弹性研抛盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分级结构化复合弹性研抛盘，集研磨与抛光功能于一体，尤其涉及一种应用于光学元件、非晶薄膜衬底等的研磨与抛光，能有效改善冷却液(或抛光液)的流动性，加强磨粒的参与率和切削效果，提高工件加工效率与质量的研抛盘。
背景技术：
光学元件、非晶薄膜衬底等工件加工完成后要求表面低损伤、平坦性好、无明显划痕。工件在前期加工过程中，传统的车削、铣削在工件表面留下刀痕，难以获得超光滑表面，因此常用研磨盘和抛光盘对工件表面进行研磨与抛光，以期获得高质量、低残余应力的表面。采用传统研磨盘和抛光盘对光学元件和非晶薄膜衬底等进行精密加工有以下不足(1)硬质研磨盘和抛光盘随不同加工工艺需求更换频繁，影响加工效率，且排放冷却液(或抛光液)和磨屑(磨损或脱落的磨粒及去除的工件材料)的效果较差；(2)由于材料去除特性的不一致，导致研磨盘和抛光盘不同区域的磨粒磨损不一致，出现局部凹坑等情况，影响工件表面的平面度，同时也降低了研磨盘和抛光盘的使用寿命；(3)缺少研磨和抛光工序之间的衔接，实践证明仅在抛光工序上下功夫远达不到理想目标，因为抛光质量的好坏直接与研磨工序的质量有关；(4)游离磨料抛光需大量循环利用抛光液，相比固着磨料抛光方式，磨料的使用量大，磨屑的处理要求高，且污染量大。
发明内容
为了克服传统光学元件、非晶薄膜衬底等表面加工方法在冷却液(或抛光液)和磨屑排放能力，研磨和抛光效率，设备利用率和使用寿命，磨粒有效参与率及工件平坦化效果方面的不足和缺陷，本发明提出一种磨屑排放量小、研磨和抛光效率，设备利用率和使用寿命，磨粒有效参与率及工件平坦化效果方面均表现良好的分级结构化复合弹性研抛盘。本发明的技术方案一种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征包含磨料层、粘结层和基体层，所述磨料层通过粘结层粘结于基体层表面，所述基体层与驱动装置相连。进一步，所述磨料层由高硬度的金刚石或氧化铝等磨料与高聚物胶黏剂、光引发剂等充分搅拌混合，通过结构化“印刷”和光固化处理，粘结于不同基体层表面。进一步，所述磨料层运用分级理念，设置有研磨外圈和抛光内圈，所述研磨外圈沿研抛盘直径方向由外向内分为粗磨圈、细磨圈和精磨圈。所述粗磨圈、细磨圈、精磨圈及抛光内圈中所包含的磨粒粒度、磨料配比有所不同。粗磨圈选用高质量浓度的磨料配比，本发明采用50% 75%的质量浓度；细磨圈和精磨圈选用细粒度磨粒和中质量浓度配比，本发明采用50 % 40 %和40 % 30 %的质量浓度；抛光内圈选用微细粒度和低质量浓度配比，本发明采用25%左右的质量浓度。进一步，所述研抛盘设置结构化表面，所述结构化表面由不同组发散状、圆环状等不同几何结构的流道组成。
进一步，所述粘结层由不同种类的高聚物粘结剂构成。进一步，所述基体层由包括橡胶在内的不同复合材料制成。本发明的技术构思为根据基体层的尺寸将高硬度的磨料与高聚物胶黏剂、光引发剂等充分搅拌混合，通过结构化“印刷”和光固化处理，粘结于不同的基体层表面形成磨料层。用磨料固结于复合弹性层(复合材料弹性粘结层和基体层)上的研抛盘进行加工，相比游离磨料加工，磨粒有更好的切削状态和参与率，确保了高效率和高质量加工。相比磨料固结硬质研抛方式，弹性粘结层和基体层保证了磨粒在微观上具有良好的弹性支撑条件和力学行为约束状态，确保了工件表面一定的切削力度和磨粒有效参与率，使切削痕迹无序、精细，不易于产生明显划痕，且工件表面损伤低。研抛盘采用高分子吸水聚合物制备，冷却液(或抛光液)能使其产生溶胀现象，粘结磨粒的粘结剂逐渐软化并在磨料层和工件表面的摩擦力作用下将钝化的磨料层去除，形成新的磨料层，实现研抛盘的自修整功能。研抛盘分研磨外圈和抛光内圈，研磨外圈沿直径方向由外向内分为粗磨圈、细磨圈和精磨圈，分别采用不同的复合弹性材料和不同的磨料配比与粒度粘结成型。加工时，工件沿研抛盘直径方向由外向依次进行粗磨、细磨、精磨和抛光，有效利用了研抛盘研磨外圈的高线速度来进 行研磨，并利用抛光内圈空间进行最后光整加工，这样将研磨和抛光工序集成于一体，提升了从研磨到抛光的衔接性，增加了研磨盘的空间利用率，提高了加工效率并有效节约资源。研抛盘通过结构化“印刷”形成结构化表面，加工过程中的冷却液(或抛光液)和磨屑能及时通过表面流道进行排放，减少磨屑对工件表面的损伤，增加了工件表面与冷却液(或抛光液)的接触，提高了工件表面加工效率与加工质量。本发明的有益效果在于将磨料固结和复合弹性材料结合，提高了被加工工件表面质量，减少了磨料的使用量；研抛盘本身的自修正能力延长了研抛盘的使用寿命；充分利用内圈的空间用作抛光，发挥了外圈的线速度优势用作研磨，将研磨和抛光工序集成于一体，提高了加工效率并节约了资源；结构化流道有效改善了冷却液(或抛光液)和磨屑的排放，显著提高了工件表面的加工效率与加工质量。
图I是本发明结构示意图。图2是另一种分级结构化复合弹性研抛盘的结构化表面形式示意图。
具体实施例方式一种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征包含磨料层3、粘结层2和基体层1，所述磨料层3通过粘结层2粘结于基体层I表面，所述基体层I与驱动装置相连。所述磨料层3由高硬度的金刚石或氧化铝等磨料与高聚物胶黏剂、光引发剂等充分搅拌混合，通过结构化“印刷”和光固化处理，粘结于不同基体层I表面。所述磨料层3运用分级理念，设置有研磨外圈32和抛光内圈31，所述研磨外圈32沿研抛盘直径方向由外向内分为粗磨圈323、细磨圈322和精磨圈321。所述粗磨圈323、细磨圈322、精磨圈321及抛光内圈31中所包含的磨粒粒度、磨料配比有所不同。粗磨圈323选用高质量浓度的磨料配比，本发明采用50% 75%的质量浓度；细磨圈322和精磨圈321选用细粒度磨粒和中质量浓度配比，本发明采用50 % 40 %和40 % 30 %的质量浓度；抛光内圈31选用微细粒度和低质量浓度配比，本发明采用25%左右的质量浓度。所述研抛盘设置结构化表面，所述结构化表面由不同组发散状、圆环状等不同几何结构的流道4组成。所述粘结层2由不同种类的高聚物粘结剂构成。所述基体层I由包括橡胶在内的不同复合材料制成。
本发明的技术构思为根据基体层I的尺寸将高硬度的磨料与高聚物胶黏剂、光引发剂等充分搅拌混合，通过结构化“印刷”和光固化处理，粘结于不同的基体层I表面形成磨料层3。用磨料固结于复合弹性层(复合材料弹性粘结层2和基体层I)上的研抛盘进行加工，相比游离磨料加工方式，磨粒有更好的切削状态和参与率，确保了高效率和高质量加工。相比磨料固结硬质研抛方式，弹性粘结层2和基体层I保证了磨粒在微观上具有良好的弹性支撑条件和力学行为约束状态，确保了工件表面一定的切削力度和磨粒有效参与率，使切削痕迹无序、精细，不易于产生明显划痕，且工件表面损伤低。研抛盘采用高分子吸水聚合物制备，冷却液(或抛光液)能使其产生溶胀现象，粘结磨粒的粘结剂逐渐软化并在磨料层3和工件表面的摩擦力作用下将钝化的磨料层3去除，形成新的磨料层3，实现研抛盘的自修整功能。研抛盘分研磨外圈32和抛光内圈31,研磨外圈32沿直径方向由外向内分为粗磨圈323、细磨圈322和精磨圈321，分别采用不同的复合弹性材料和不同的磨料配比与粒度粘结成型。加工时，工件沿研抛盘直径方向由外向依次进行粗磨、细磨、精磨和抛光，有效利用了研抛盘研磨外圈32的高线速度来进行研磨，并利用抛光内圈31空间进行最后光整加工，这样将研磨和抛光工序集成于一体，提升了从研磨到抛光的衔接性，增加了研磨盘的空间利用率，提高了加工效率并有效节约资源。研抛盘通过结构化“印刷”形成结构化表面，加工过程中的冷却液(或抛光液)和磨屑能及时通过表面流道4进行排放，减少磨屑对工件表面的损伤，增加了工件表面与冷却液(或抛光液)的接触，提高了工件表面加工效率与加工质量。研抛盘的结构化表面可有多种形式，图2为结构化表面的另一种典型形式。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.一种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于包含磨料层、粘结层和基体层，所述磨料层通过粘结层粘结于基体层表面，所述基体层与驱动装置相连。
2.如权利要求I所述的ー种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于所述磨料层由高硬度的金刚石或氧化铝等磨料与高聚物胶黏剂、光引发剂等充分搅拌混合，通过结构化“印刷”和光固化处理，粘结于不同基体层表面。
3.如权利要求I或2所述的ー种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于所述磨料层包含研磨外圈和抛光内圈，所述研磨外圈沿直径方向由外向内分为粗磨圈、细磨圈和精磨圈，所述粗磨圏、细磨圈、精磨圈和抛光内圈中所包含的磨粒粒度依次减小，磨料配比也有所不同。
4.如权利要求3所述的ー种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于所述研抛盘设置结构化表面，所述结构化表面由不同组发散状、圆环状等不同几何结构的流道组成。
5.如权利要求4所述的ー种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于所述粘结层由不同种类的高聚物粘结剂构成。
6.如权利要求5所述的ー种分级结构化复合弹性研抛盘，其特征在于所述基体层由包括橡胶在内的不同复合材料制成。
全文摘要
一种分级结构化复合弹性研抛盘，包含磨料层、粘结层和基体层，所述磨料层通过粘结层粘结于基体层表面，所述基体层与驱动装置相连。本发明的有益效果将磨料固结和复合弹性材料结合，提高了被加工工件表面质量，减少了磨料的使用量；研抛盘本身的自修正能力延长了研抛盘的使用寿命；充分利用内圈的空间用作抛光，发挥了外圈的线速度优势用作研磨，将研磨和抛光工序集成于一体，提高了加工效率并节约了资源；结构化流道有效改善了冷却液(或抛光液)和磨屑的排放，显著提高了工件表面的加工效率与加工质量。
文档编号B24D7/14GK102658528SQ201210042639
公开日2012年9月12日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者张利, 敖海平, 文东辉, 计时鸣, 金明生 申请人:浙江工业大学