一种超微细尺度金刚石磨具制造方法与流程

本发明属于金刚石磨具制造技术领域，特别是涉及一种超微细尺度金刚石磨具制造方法。

背景技术：

目前，为了满足微细精密加工要求，微细尺度(＜1mm)金刚石磨具的市场需求量越来越高，例如手机玻璃盖板的微细特征加工、带各种微细特征的军工精密部件等，都需要用到微细尺度金刚石磨具，而且随着商用化进程的加快，微细尺度金刚石磨具的制造技术也越发成熟，现阶段已能较好的满足市场需要。

随着产品研发进程的不断深入，进一步提高产品的加工精度已是不可阻挡的趋势，即需要由微细尺度(＜1mm)级别进一步提升至超微细尺度(＜50μm)级别，而微细尺度金刚石磨具已经无法达到超微细尺度下的加工精度要求，同时还有更加不利的因素，即现有的微细尺度金刚石磨具制造技术已无法满足超微细尺度金刚石磨具的制造需要，这也导致了超微细尺度金刚石磨具的制造处于无成熟技术可用的尴尬境地。

为此，全世界范围内都在加紧研发超微细尺度金刚石磨具制造技术，而德国凯瑟斯劳滕大学fbk研究所，则有幸成为了世界上第一家研发出超微细尺度金刚石磨具制造技术的科研机构，同时其也是目前唯一成功研发出超微细尺度金刚石磨具的制造技术的科研机构。但是，fbk研究所采用的超微细尺度金刚石磨具制造技术仍存在一些不足，在磨具的基体制备方面、电镀方式方面及制备时间方面均未达到最优。具体的，在磨具的基体制备方面，采用的是常规磨削方式并分两步进行加工，首先采用粗磨砂轮将基体磨削至100μm直径，然后采用两片精磨砂轮继续对基体进行磨削，直至磨削到50μm直径以下，虽然满足了精度要求，但耗时长；在磨具的电镀方式方面，采用的是传统电镀方式，废品率高且耗时长，但由于采用的电镀设备和电镀液配方是独有的，因此尽管废品率高，但成品的质量仍然较高；在磨具的制备时间方面，单只磨具的整个制造流程所花费的时间是15分钟，制备时间仍然偏长。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超微细尺度金刚石磨具制造方法，首次采用了带磨削倾角的侧面磨削工艺，能够一次性直接将磨具基体精磨削至超微细尺度，磨削耗时更短；采用全新的电镀工艺参数，能够同时保证磨具的成品率和成品质量，且耗时更短；单只磨具的整个制造流程所花费的时间缩短到5分钟，显著提高了磨具制造效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超微细尺度金刚石磨具制造方法，包括如下步骤：

步骤一：准备一根标准直径的钨钢棒，通过电火花线切割方式将钨钢棒切断至规定长度，并作为磨具基体使用；

步骤二：利用常规磨削方式将磨具基体的直径磨削至0.5mm；

步骤三：对磨具基体进行精磨削，保证精磨砂轮的轴向中心线与磨具基体的轴向中心线呈89°的夹角，直到磨具基体在有效长度范围内的直径小于50μm，且在精磨削的过程中要精确控制磨具尖端的形状；

步骤四：对精磨削完成后的磨具基体进行电镀，在电镀过程中，磨具基体需要进行自转，并且在自转的同时还要进行连续移动，通过磨具基体的自转和连续移动，最大限度的降低磨具在电镀过程中的尖端放电效应；当电镀结束后，则超微细尺度金刚石磨具制造完成。

磨具基体的有效长度范围小于500μm。

电镀工艺参数为：电镀液为niso4·6h2o，电镀液中的金刚石粒度为2～5μm，电流密度为0.1～0.3a/dm²。

在电镀过程中，磨具基体的自转速度控制在20～30转/分钟，磨具基体的移动速度控制在3～5mm/s。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，首次采用了带磨削倾角的侧面磨削工艺，能够一次性直接将磨具基体精磨削至超微细尺度，磨削耗时更短；采用全新的电镀工艺参数，能够同时保证磨具的成品率和成品质量，且耗时更短；单只磨具的整个制造流程所花费的时间缩短到5分钟，显著提高了磨具制造效率。

附图说明

图1为磨具基体的精磨削示意图；

图2为第一种超微细尺度金刚石磨具的扫描电镜照片；

图3为图2中i部放大图；

图4为第二种超微细尺度金刚石磨具的扫描电镜照片；

图5为图4中ii部放大图；

图6为第三中超微细尺度金刚石磨具的扫描电镜照片；

图7为图6的iii部放大图；

图中，1—磨具基体，2—精磨砂轮，a—有效磨具长度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种超微细尺度金刚石磨具制造方法，包括如下步骤：

步骤一：准备一根直径3mm的钨钢棒，通过电火花线切割方式将钨钢棒切断至规定长度，并作为磨具基体使用；

步骤二：利用常规磨削方式将磨具基体的直径磨削至0.5mm，此工序耗时约0.5分钟；

步骤三：如图1所示，对磨具基体进行精磨削，保证精磨砂轮的轴向中心线与磨具基体的轴向中心线呈89°的夹角，直到磨具基体在有效磨具长度范围内的直径小于50μm，而磨具基体的有效磨具长度范围小于500μm，可以保证磨具基体的尺寸偏差控制在±2.5μm之内，并且在精磨削的过程中要精确控制磨具尖端的形状，此工序耗时约2分钟；

步骤四：对精磨削完成后的磨具基体进行电镀，电镀液为niso4·6h2o，电镀液中的金刚石粒度为2～5μm，电流密度为0.1～0.3a/dm²，而且在电镀过程中，磨具基体需要进行自转，并且在自转的同时还要进行连续移动，磨具基体的自转速度为20～30转/分钟，磨具基体的移动速度为3～5mm/s，此工序耗时约2.5分钟；通过磨具基体的自转和连续移动，最大限度的降低磨具在电镀过程中的尖端放电效应；当电镀结束后，则超微细尺度金刚石磨具制造完成，且整个制造过程耗时约5分钟。

为了更好的说明本发明的技术优越性，下面给出三种利用本发明的方法制造出的超微细尺度金刚石磨具的实物照片图，具体如图2～图7所示。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

技术特征：

技术总结
一种超微细尺度金刚石磨具制造方法，步骤为：准备一根标准直径钨钢棒，将其切断至规定长度并作为磨具基体；先将磨具基体的直径磨削至0.5mm，再对磨具基体进行精磨削，保证精磨砂轮与磨具基体的轴向中心线呈89°的夹角，直到磨具基体在有效长度范围内的直径小于50μm，同时精确控制磨具尖端的形状；对精磨削后的磨具基体进行电镀，电镀过程中，磨具基体需要进行自转，且自转的同时还要连续移动，通过磨具基体的自转和连续移动，降低电镀过程中的尖端放电效应，直到超微细尺度金刚石磨具制造完成。本发明首次采用了带磨削倾角的侧面磨削工艺，磨削耗时更短；采用全新的电镀工艺参数，保证了磨具成品率和成品质量，首次将单只磨具的制造时间缩短到5分钟。

技术研发人员：程军;巩亚东;温雪龙;温泉;尹国强
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2018.03.06