[发明专利]一种蓝宝石整流罩成形磨削方法

说明书

本发明提供了一种蓝宝石整流罩成形磨削方法，采用成形法的原理磨削蓝宝石整流罩，用激光加工的方法在凸面和内凹半球形不锈钢表面加工出菱形沟槽，用电镀工艺在凸面半球形不锈钢表面和内凹半球形不锈钢表面和平面处电镀一层金刚石，结合剂为黄铜。采用立式磨床，砂轮主轴和工件主轴同轴心，磨削液为去离子水，精磨球罩的主轴转速为1800‑2200rpm，工件转速为60‑70rpm，进给速度为30‑50μm/min。将工件用三爪夹盘固定在主轴上，用凸面半球形砂轮磨削出蓝宝石的内球面，磨削完成后，蓝宝石内球面用塑料棒与三爪夹盘粘接，在内球面外圆周处用三爪夹盘夹紧，用内凹半球形砂轮磨削出蓝宝石的外球面。

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石整流罩成形磨削方法，采用带有沟槽的凸面和内凹半球形砂轮磨削蓝宝石整流罩，加工效率高，属于硬脆材料磨削加工领域。

背景技术

随着现代科技的发展，超硬材料蓝宝石在LED衬底、航空、航天等领域得到了广泛的应用。为了更好地发挥精确制导、侦查、防护等功能，对其红外整流罩及窗口材料提出了更高的要求。目前要求航空飞行器飞行时间长，飞行速度快，其前部的整流罩通常处在高温、高压的恶劣环境，还要受到雨水、风沙和冰雹的侵蚀。这就要求其必须具有高硬度、高强度、良好的高温稳定性以及耐腐蚀等性能。金刚石虽然具有理想的光学、力学和热学性能，但其用作独立的红外光学窗口和整流罩尚存在一些技术瓶颈，如大尺寸单晶金刚石的生长和加工难题，距离实际应用还有一定的距离。氟化镁(MgF₂)虽有良好的光学性能及成熟的制备技术，但其机械强度低。氮氧化铝(AlON)虽然机械强度较高，但其截止波长较短，且其透过率受温度影响大。尖晶石(MgAl₂O₄)虽有较高的熔点和良好的化学稳定性，但其抗弯强度差。蓝宝石具有优异的综合性能，莫氏硬度为9，仅次于金刚石(莫氏硬度为10)，强度高，高温稳定性好，耐腐蚀，在3-5μm波段内具有较高的光学透过率，因此成为红外制导整流罩及窗口的理想材料。但由于蓝宝石的高硬度、高化学惰性、脆性大等特性导致其加工难度大，加工大尺寸的蓝宝石整流罩仍然面临挑战。

目前加工蓝宝石整流罩的方法有捞球法、磨削加工法等。捞球法加工蓝宝石整流罩，其加工效率高，材料利用率比传统磨削加工法高出至少1倍。但其设备和砂轮的价格昂贵，加工成本高。传统磨削的方法，采用传统磨床磨削蓝宝石，该方法对设备和砂轮的要求都不高，但其加工效率低，加工出一个外径为Φ140mm的蓝宝石整流罩通常需要20-30天，加工周期长，加工成本高。

发明内容

本发明给出了一种蓝宝石整流罩成形磨削方法，即采用带有凹槽的凸面和内凹半球形砂轮磨削蓝宝石整流罩，其加工效率比传统磨削方法高，磨削后表面无崩边、破碎、崩裂等缺陷，表面粗糙度R_a低于1μm。

本发明的技术方案：

一种蓝宝石整流罩成形磨削方法，采用成形法的原理磨削蓝宝石整流罩，用激光加工的方法在凸面和内凹半球形不锈钢表面加工出菱形沟槽，用电镀工艺在凸面半球形不锈钢表面和内凹半球形不锈钢表面和平面处电镀一层金刚石，结合剂为黄铜。粗磨砂轮的粒度为#200-#320，精磨砂轮的粒度为#350-#500，采用立式磨床，砂轮主轴和工件主轴同轴心，磨削液为去离子水，精磨球罩的主轴转速为1800-2200rpm，工件转速为60-70rpm，进给速度为30-50μm/min。将工件用三爪夹盘固定在主轴上，用凸面半球形砂轮磨削出蓝宝石的内球面，磨削完成后，蓝宝石内球面用塑料棒与三爪夹盘粘接，在内球面外圆周处用三爪夹盘夹紧，用内凹半球形砂轮磨削出蓝宝石的外球面。

工件为蓝宝石，直径为140-160mm，高度为60-80mm。为保证在加工过程中工件的强度，故需要在毛坯件的圆周处留有一定的余量。选择毛坯件尺寸140-160mm，高度为60-80mm。