[发明专利]一种高精度金刚石维氏压头的机械刃磨方法

摘要

一种高精度金刚石维氏压头的机械刃磨方法，属于纳米硬度测量技术领域。本发明从金刚石晶体明显的各向异性和极高的耐磨性特征入手，采用机械刃磨的方法加工四棱锥金刚石维氏压头。通过四棱锥金刚石压头的研磨工艺实验，详细分析了金刚石磨料粒度、研磨压力、研磨盘转速、往复运动行程和往复运动频率等工艺参数对金刚石维氏压头研磨所得尖端钝圆半径、棱边钝圆半径和尖端横刃的影响规律，并建立了优选的金刚石维氏压头研磨工艺。为打破国外的技术壁垒、提高我国金刚石维氏压头的制造工艺水平，迈出了探究性的一步。

主权项

1.一种高精度金刚石维氏压头的机械刃磨方法，其特征在于：所述的方法步骤如下：步骤一：选择规整的六面体天然金刚石颗粒作为压头头部材料，压头柄材料选择热膨胀系数极低的铁镍合金，根据压头柄设计参数和六面体天然金刚石颗粒大小准备好压头柄；步骤二：使用真空钎焊方法实现所述的金刚石颗粒与压头柄的稳固连接；步骤三：钎焊后的金刚石颗粒被焊料所掩埋，为了便于压头四个锥面定向，把压头柄安装到PG3B行星型钻石刀具研磨机的分度夹具上，使压头柄垂直于金刚石砂轮盘后，采用W50金刚石或碳化硅砂轮将压头端部多余的焊料和压头柄材料去除，露出金刚石本体，然后把压头柄卸下并在光学显微镜下对金刚石晶体定向，选定晶向后在压头柄上做好标记；步骤四：将压头柄按标记重新安装到分度夹具上，并在PG3B行星型钻石刀具研磨机自带的光学监控系统下调校压头柄安装误差；步骤五：采用W50金刚石或碳化硅砂轮对压头柄端部进行滚磨加工，滚磨至露出金刚石颗粒即可停止；步骤六：恒温控制PG3B行星型钻石刀具研磨机周围环境条件为23℃，恒温精度±0.5℃；在PG3B行星型钻石刀具研磨机主轴冷却水循环系统正常工作情况下，空载静置PG3B行星型钻石刀具研磨机，使其性能达到稳定状态；步骤七：重新对摆轴进行清零操作，清零完成后设置分度夹具轴线与研磨盘的夹角为66°；步骤八：采用800#的青铜基金刚石砂轮盘粗磨金刚石维氏压头的四个锥面，根据晶向标记定位被刃磨面的好磨方向，然后设置刃磨工艺参数为：金刚石压头锥面与金刚石砂轮盘接触点位置距离主轴中心30mm，金刚石砂轮盘附加往复运动，所述的主轴转速为4200r/min，研磨压力为14.7N；步骤九：用铸铁研磨盘替换800#青铜基金刚石砂轮盘，用单点金刚石修整笔替换压头柄，进行在位修盘，然后在铸铁研磨盘表面均匀涂覆W0.1的金刚石研磨膏，接着用研磨块在铸铁研磨盘表面手工预研10分钟后刮除铸铁研磨盘表面多余研磨膏；步骤十：重新把金刚石维氏压头安装到分度夹具上，根据晶向标记定位被刃磨面的好磨方向，设置分度夹具轴线与铸铁研磨盘的夹角为68°后对金刚石压头四个锥面进行精磨；精磨工艺参数设置为：金刚石压头与铸铁研磨盘接触点位置距离主轴中心的距离为30mm，铸铁研磨盘附加往复运动，主轴转速4200r/min，研磨压力14.7N；研磨过程中采用两组相对面去除材料高度的差来控制尖端横刃长度，只控制最后一个锥面的材料去除高度，研磨时根据四个面研磨的难易程度，将两对面分别由难磨到易磨定为F₁和F₃及F₂和F₄，四个面研磨顺序依次为F₁、F₂、F₄和F₃，以抵消加工过程引入的部分误差，确保尖端横刃长度小于60nm；步骤十一：从分度夹具拆下压头柄，采用光学显微镜离线检测金刚石维氏压头四个锥面，若1400×光学放大倍率下压头尖端和棱边无肉眼可见缺陷，尖端无肉眼可见横刃，则采用原子力显微镜继续检测压头尖端形貌并计算压头钝圆半径和尖端横刃长度；若1400×光学放大倍率下尖端和棱边有肉眼可见缺陷或尖端有肉眼可见横刃，则视为不合格，应重新按步骤十进行精磨；步骤十二：对于原子力显微镜检测合格的金刚石维氏压头进行压头柄的加工；步骤十三：压头柄加工完成后，采用激光共聚焦显微镜对金刚石维氏压头各角度参数的制造误差进行检测；步骤十四：检测完成后用酒精对金刚石维氏压头进行清洁，并装护套、装盒保护。