[发明专利]一种抑制硅材料切削时金刚石刀具磨损的加工方法

说明书

本发明公开了一种抑制硅材料切削时金刚石刀具磨损的加工方法，先将均匀混入纳米石墨颗粒的润滑脂以薄膜的形式均匀涂抹在硅材料表面，然后利用刀具摆动切削工艺进行硅材料切削。本发明有效改善了刀具和工件的接触状态，提高润滑效果，降低刀具磨损，并避免纳米颗粒进入空气。

技术领域

本发明涉及制造技术领域，尤其涉及一种抑制硅材料切削时金刚石刀具磨损的加工方法。

背景技术

随着光学仪器的飞速发展尤其是航空航天等应用需求不断更新，基于硅材料的光学元件广泛地应用于红外光学系统中，并提出了越来越高的面形精度和表面粗糙度要求，以及大口径透镜需求，且形状由传统的球面演变为非球面，甚至更复杂的自由形式曲面以及微结构功能表面。单晶硅具有坚硬，坚固，化学惰性和重量轻等特性，更重要的是其具有良好的光学性能，宽能带隙和较高的最大电流密度，这种性能的组合使其成为光学和光电行业的理想材料。

由于单晶硅的高硬度，目前硅材料光学元件加工方法主要是磨削、研磨、抛光，这种方式加工效率低成本高，而且能加工的形状有局限性，只能加工球面透镜，无法加工非球面、自由曲面、微结构表面。超精密切削对加工形状没有局限性，并且加工效率高，但是在切削硅时金刚石刀具磨损过快，难以实现长距离高表面质量切削。为了降低超精密切削硅时金刚石刀具磨损，公开号为CN 109622991 A的中国专利公开了单晶硅透镜的超精密车削加工方法，通过超声振动辅助切削配合纳米颗粒润滑液对硅进行超精密切削加工。通过超声振动辅助切削断续切削特性以及刀具和工件之间形成液体润滑薄膜来降低刀具磨损。该方法由于超声振动辅助切削对切削速度的限制，加工时主轴转速低，加工效率低。液体薄膜在高压下非常容易破裂，导致润滑效果降低。纳米颗粒在润滑液中分散不均匀，同时润滑液中的纳米颗粒容易进入空气中污染空气以及损坏人体健康。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中刀具磨损剧烈及润滑液中纳米颗粒易造成空气污染等缺陷，提供一种抑制硅材料切削时金刚石刀具磨损的加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种抑制硅材料切削时金刚石刀具磨损的加工方法，包括以下步骤：

S1、将均匀混入纳米石墨颗粒的润滑脂以薄膜的形式均匀涂抹在硅材料表面；

S2、利用刀具摆动切削工艺进行硅材料切削。

接上述技术方案，所述润滑油脂中均匀混入纳米石墨颗粒的方法，包括以下步骤：

s11、选取尺寸为50～200nm纳米石墨颗粒，按3～5％的质量分数将纳米石墨颗粒加入润滑脂中，并放入搅拌机中；

S12、在搅拌机中搅拌15～20分钟，直至润滑脂颜色一致。

接上述技术方案，所述刀具摆动切削工艺的实现步骤如下：

S21、通过超精密机床虚拟中心对刀，使刀具圆弧中心与B轴虚拟中心重合；

S22、进行对刀过程，使刀具和工件接触；

S23、在刀具摆动下进行硅材料切削，刀具做恒定转速圆周摆动，所述恒定转速为10°～15°/min，摆动角度为6°～10°，摆动角度根据加工具体面形进行调整。

接上述技术方案，所述润滑脂为锂基润滑脂，针入度为265～295。

接上述技术方案，所述润滑脂涂抹薄膜厚度为100～200μm。

接上述技术方案，所述刀具为圆弧刃，其前角为-25°，切削刃在同一高度。