[发明专利]一种蓝宝石球罩捞球加工方法

说明书

本发明提供了一种蓝宝石球罩捞球加工方法，属于硬脆材料精密加工技术领域。蓝宝石晶锭装夹在莲花瓣形的气动夹具上，用碗形金属结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石球罩的外球面。工件球心与刀具球心始终保持重合，金刚石砂轮在平面内做圆弧插补，与工件保持同步运动，加工至终止角时，砂轮空转30‑60s后退出，在端面磨削缝隙处用塑料锤沿工件周向轻敲，使蓝宝石底部磨削剩余圆柱脆性断裂，获得蓝宝石球罩，捞球磨削后的蓝宝石球罩表面光滑，无崩边、破裂、破碎加工缺陷，磨削后表面粗糙度R_a小于0.5μm。本发明实现了高效、低损伤以及高产量的蓝宝石球罩加工。

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石球罩捞球加工方法，具体涉及硬脆材料精密加工技术领域，特别涉及超硬晶体的精密磨削加工技术领域。

背景技术

蓝宝石是一种硬脆材料，莫氏硬度为9，仅次于金刚石，属于难加工材料。单晶蓝宝石具有优良的物理性能、光学性能和化学性能，具备高强度、高热导率和高光学透过率，因此蓝宝石在红外光学窗口材料、整流罩、半导体照明和集成电路中应用广泛。蓝宝石球罩应用在高温、高压的苛刻环境，球罩的加工质量会影响到它的物理光学性能，目前使用传统机床磨削加工蓝宝石球罩，容易产生崩边、破碎、开裂等加工缺陷，而且传统磨削方法的加工周期长，成本高、废品率高、材料利用率低，因此，采用捞球方法加工蓝宝石球罩，可以大大提高蓝宝石晶体的利用率、提高成品率、降低球罩加工成本和时间周期，提高产品加工质量。

捞球加工的原理是使用固结磨料对材料进行成形切割，这种捞球加工方法及工艺参数的研究是一个难题，捞球加工过程中砂轮磨料及结合剂的选择、加工工艺参数的优化、刀具和工件球心的一致性都会影响到蓝宝石球罩的形位精度和表面质量。

发明内容

本发明采用一种蓝宝石球罩捞球加工方法，实现了高效、低损伤以及高产量的蓝宝石球罩加工。

本发明的技术方案：

一种蓝宝石球罩捞球加工方法，蓝宝石晶锭装夹在莲花瓣形的气动夹具上，用碗形金属结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石球罩的外球面，砂轮粒度为#800-#2000。主轴转速为1500-2500rpm，工件转速为65-85rpm，砂轮直径为125-145mm，进给速率为0.1-1.5mm/min，蓝宝石工件单向摆动终止角度为80-85°。工件球心与刀具球心始终保持重合，金刚石砂轮在平面内做圆弧插补，与工件保持同步运动，加工至终止角时，砂轮空转30-60s后退出，在端面磨削缝隙处用塑料锤沿工件周向轻敲，使蓝宝石底部磨削剩余圆柱脆性断裂，获得蓝宝石球罩，捞球磨削后的蓝宝石球罩表面光滑，无崩边、破裂、破碎加工缺陷，磨削后表面粗糙度R_a小于0.5μm。本发明实现了高效、低损伤以及高产量的蓝宝石球罩加工。

蓝宝石晶锭，直径为130-150mm，高度为130-150mm。蓝宝石球罩是高性能装备的关键部件，较大直径尺寸球罩是高性能蓝宝石球罩的重要组成部分，因此选择蓝宝石的直径范围为130-150mm，高度范围为130-150mm。

蓝宝石晶锭装夹在莲花瓣形的气动夹具上，转动夹具，固定工件圆周，并用真空吸盘吸附底部固定。将蓝宝石晶锭装夹在磨削加工工作台上，松开工件轴气压阀，将用卡尺测好高度尺寸的工件放入“莲花瓣”形夹具内，顺时针旋紧，打开工件轴气压阀，转动夹具使得工件圆周固定在夹具上，采用真空吸盘将底部固定，磨削时使用光学加工冷却液，以降低磨削过程中的温度。