[发明专利]一种高平面度金属超薄板的加工方法

说明书

本发明公开了一种高平面度金属超薄板的加工方法，通过将初始毛坯厚度方向的一侧通过机械加工工艺去除部分材料，加工成镂空毛坯，镂空毛坯的镂空侧作为后续加工的镂空支撑结构；镂空毛坯的另一侧作为后续的超薄板零件毛坯。镂空支撑结构使零件内部的残余应力得到有效释放，结合去应力退火工艺，使得厚金属板切出超薄板时，由于内部残余应力释放引起的翘曲变形能够得到有效控制；本发明通过在支撑结构上加工孔结构或槽结构，通过毛细作用渗胶，有效减小了胶层厚度和粘结变形，使得夹持变形得到有效控制；同时，通过同种材料基板上盘，减小了加工过程中温度梯度引起的热变形；本发明采用石蜡或松香蜡粘接，不采用电磁吸盘，可用于加工非铁磁性材料。

技术领域

本发明涉及一种高平面度金属超薄板的加工方法，属于磨粒加工领域。

背景技术

目前，金属超薄板类零件的应用范围非常广泛，其尺寸精度和形位精度往往对于零件使用性能有很大的影响。这类零件常见的有垫圈、摩擦片、样板和超薄反射镜等。薄板零件厚度比长度(或直径)小一个甚至两个量级以上，最典型的力学特性是刚度极低，在加工过程中各种力和温度引起的变形非常明显。薄板加工过程中为了增加刚度，要通过上盘工艺将待加工件和支撑结构固定，在加工结束后再通过下盘工艺将工件和支撑结构分离，上盘、下盘前后的工件夹持变形不稳定给面形控制带来很大困难。磨削、研磨和抛光是加工高平面度薄板零件的常用工艺流程。为了获得高平面度的薄板零件，相比常规小径厚比零件，必须解决各工艺流程中的工件夹持变形、温度不均匀引起的热变形和加工损伤引起的应力变形三个问题。此外，由于金属零件的内应力状态相比光学零件常用的单晶或陶瓷类材料更加复杂，在加工过程中残余应力释放也对金属薄板的加工带来诸多困难。四种因素复合作用使得金属薄板高平面度表面的加工面临诸多难题，因此，提出一种普适性的方法解决高平面度金属薄板的加工具有十分重要的意义。

针对高平面度薄板的加工问题，国内外学者和工程技术人员做了大量的研究工作，其中以光学领域的透明薄片加工工艺最为成熟。苏瑛等在《应用光学》杂志的2009年第30卷第1期，第93-95页发表的《增厚-光胶法控制超薄、变形平面零件的加工工艺研究》一文中详细介绍了目前最主流的透明薄片加工工艺，在该工艺方法中，主要通过增厚零件原始厚度、采用传统工艺方法加工出其中一个表面，再以该面为基准面，采用光胶上盘，将零件磨削减薄到指定厚度，按传统工艺加工出要求面形精度后下盘。在该方法中，一方面，通过增加原始厚度减小了第一个面的高平面度加工难度，另一方面，通过光胶上盘有效减少了因粘结变形引起的工件夹持变形，确保第二个面加工下盘后没有过大的附加变形。这种方法可以成功加工出具有高面形精度要求的透明光学超薄板，但应用于金属超薄板加工时又遇到诸多问题。首先，增厚零件磨削或研磨减薄过程中，由于金属零件内部残余应力的存在，减薄后应力释放，会产生亚毫米甚至毫米量级的变形，而类似情况在单晶类光学元件材料中很少发生，单晶类材料制备过程中的内部残余应力较金属材料小2-3个量级以上。其次，金属材料非透明，无法采用能够有效减小胶结变形的光胶技术上盘。所以，现有增厚原始零件厚度和光胶上盘技术结合的超薄板加工方法无法实现高平面度金属超薄板的加工。

中国专利号CN201710089820.6公开了周平等人的《一种粘弹性垫的制作方法及薄板类工件平面磨削方法》，通过粘弹性垫减小电磁吸盘对薄板工件的吸附夹持变形，采用平面磨床加工金属薄板工件，获得了面形精度达到PV 5.5m的薄钢板(薄钢板长110mm、宽100mm、厚5mm)，然而，该技术用于更大径厚比的超薄板时，夹持变形以及磨削残余应力引起的变形都变得非常难以控制，此外，这种方法只适用于铁磁性材料薄板加工。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能实现以下目的的高平面度金属超薄板的加工方法：

1、厚金属板切出超薄板时，由于内部残余应力释放引起的翘曲变形能够得到有效控制；

2、非透明金属材料胶结上盘时，夹持变形能够得到有效控制；

3、用于径厚比大于25的超薄板时，磨削残余应力引起的变形易于控制；