[发明专利]金刚石刀具光催化辅助刃磨方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于超精密切削加工领域。特别涉及到金刚石刀具光催化辅助刃磨方法及装置。

背景技术

随着超精密切削加工技术的应用与推广，超精密切削的加工精度逐渐向纳米尺度及其极限精度发展。在超精密切削加工中，为了使加工零件获得纳米、亚纳米特征的加工精度，除了需要超精密机床、高分辨率的检测仪器和超稳定的加工环境外，高精度、低损伤的金刚石刀具是必须具备的条件，尤其是圆弧刃金刚石刀具。例如，在光学反射镜和光学模具超精密加工中，不仅要求金刚石刀具切削刃圆钝圆半径小于100nm，而且要求刀尖圆弧轮廓精度小于50nm，刀具表面粗糙度Ra小于10nm，刀具亚表面损伤小于2nm。可见金刚石切削刀具的刃磨技术严重制约了其在超精密加工中的应用。

目前最常使用的金刚石刀具刃磨方法是机械刃磨方法。机械刃磨法一般采用直径为300~400mm的铸铁研磨盘，在盘面涂敷含1~50μm金刚石磨粒的研磨膏后，对其进行预研使金刚石磨粒嵌入铸铁研磨盘面的微孔，然后以常用转速3000r/min对金刚石刀具进行刃磨。或者采用粒度为0.5~10um金刚石砂轮以磨削的方式机械去除金刚石以达到刃磨金刚石刀具的目的。虽然该方法可以使金刚石表面粗糙度达到纳米级，但刃磨时间较长。并且，由于该方法对刀具刀口具有不连续的冲击，要使切削刃钝圆半径低于70~80nm比较困难。另外,刃磨过程中接触压力较大，金刚石刀具存在一定的亚表面损伤。这些亚表面损伤会降低刀具表层金刚石原子的稳定性，使刀具的耐磨性下降。随着刀具表面的磨损，刀刃表面粗糙度增大，进而又加剧刀具的磨损。最终加剧降低刀具的寿命和工件的表面质量。

增加刃磨过程的化学作用，减少机械作用，将有利于低损伤和纳米级钝圆半径刀具的刃磨。因此，本发明针对机械刃磨方法存在无法实现纳米级钝圆半径、表面粗糙度高、亚表面损伤大、刃磨时间长等问题，提出光催化辅助刃磨金刚石刀具的方法。该方法以碳化硼、碳化硅或氧化铝陶瓷盘为抛光盘，并滴加具有光催化作用的抛光液，增加刃磨过程中的化学作用，降低机械去除所带来的损伤，优先去除金刚石刀具表面具有损伤的材料，大大减小刀具表面的亚表面损伤。

发明内容

本发明的目的是针对现有金刚石刃磨时，无法实现纳米级钝圆半径、表面粗糙度高、亚表面损伤大、刃磨时间长等技术问题，提供一种超光滑、低损伤、高效率的金刚石刀具刃磨方法及一种机构简单、刃磨质量好、刃磨效率高、生产成本低、无污染的光催化刃磨装置。

技术方案：一种金刚石刀具光催化辅助刃磨方法，其特征在于：首先将金刚石刀具通过夹具压在抛光盘上，抛光盘转速为30~500r/min；夹具摆动速度为6~10次/min；抛光盘采用碳化硼或氧化铝盘；抛光时不需要任何气体保护；在抛光过程中，滴料器将抛光液滴在抛光盘上，并随抛光盘旋转分散均匀；紫外线发生器发出的紫外光通过凸透镜聚焦后经光源传输装置照射在分散有抛光液的抛光盘上，抛光液中二氧化钛颗粒受到紫外光照射后，表面生成具有强氧化性的羟基自由基·OH，随着抛光盘的转动，进入刃磨界面，氧化去除金刚石刀具的表层材料，以实现金刚石刀具的刃磨。

使用的抛光液组成为光催化剂、电子捕获剂、磨料、酸碱调节剂和去离子水，各原料所占质量百分比为：

光催化剂：2～12％；电子捕获剂：2～10％；磨料：0.5～6％；酸碱调节剂：0.5～2％；去离子水：70～95％；

所述的光催化剂为粒径为20nm~5μm的TiO₂、SnO、Fe₂O₃粉末中的一种；所述的电子捕获剂为H₂O₂、K₂FeO₄或Na₂FeO₄中的一种；

所述的磨料为粒径为0.5~5μm的金刚石、碳化硼、氧化铝磨料中的一种；

所述的酸碱调节剂为NaOH和KOH。

抛光液中的光催化剂是以获得化学氧化作用而添加的。

通过改变紫外线发生器的输入电压调节刃磨过程抛光液的氧化性强弱。

一种如上所述的金刚石刀具光催化辅助刃磨装置，其特征在于：抛光盘为碳化硼或氧化铝盘，设置在抛光机的大盘上，金刚石刀具压在抛光盘上，并通过夹具和摆动电机相连；在抛光盘上设有防护罩，防护罩内设有滴料器；紫外线发生器与一个凸透镜位置相对，并通过光源传输装置连到防护罩内。