[发明专利]球面工件研磨抛光用固结磨料垫及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械加工技术，尤其是一种球面零件的研磨抛光技术，具体地说是一种球面工件研磨抛光用固结磨料垫及制备方法。

背景技术

目前，随着现代科学技术的迅速发展，尤其是光学制导技术的发展，半球形光学元件广泛应用于飞行器的窗口、先进武器光学制导系统的窗口和导弹头罩等。整流罩的主要功能是在高速飞行中，对空气进行整流，并同时起到光学窗口的作用。上述功能对其表面质量提出了很高的要求。蓝宝石、氟化镁和尖晶石等材料以其高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高耐高温性以及良好的红外、紫外透光性能得到广泛应用。对于这些表面要求比较高的硬脆材料，研磨抛光是其终加工的唯一手段。而研磨抛光垫是研磨抛光加工最重要的工具之一，决定了器件最终的加工质量、加工效率和加工成本。

目前，球面整流罩工件的研磨工艺主要采用丸片粗研与精研，而抛光则采用氧化铈游离磨料加工。白天明提出了一种球面磨具保形磨损的高速研磨方法（白天明，球面磨具保形磨损高速研磨[硕士学位论文]，2004）。利用丸片粘结成盘，在球面高速研磨机上采用成形法加工球面工件。探讨了实现球面磨具保形磨损的理论，按照这一理论设计了保形磨损的球面磨具。上述加工方法主要存在以下几方面问题：1）丸片粗研与精研工艺中，工具均采用丸片按一定的图形成盘，工序繁复，粘接图形因人而异，一致性差；2）粘贴后的丸片工具与最终形状要求相差较大，修盘困难；3）抛光时，抛光液难以进入工件的顶部，造成顶部材料去除速率与其它位置不一致，加工效率与面形难以保证。南京英星光学仪器有限公司提出了一种球面光学元件加工用固结磨料研磨抛光垫（CN102658522A），其特征是磨料和热固性树脂均匀混合，固化后形成球面固结磨料研磨抛光垫，磨料∶树脂的质量百分比为5％～50％∶50％～95％。但该专利中固结磨料研磨抛光垫为一层结构，且无优化的突起图案。为此，开发一种制备方法简单高效、粘接方便、一致性好且加工效率高、工件质量好以及符合绿色制造理念的固结磨料球面垫是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有的研磨抛光垫不能适应球面零件研磨抛光需要，并存在结构简单，效率低的问题，设计一种加工效率高、制备过程可操作性强的球面工件研磨抛光用固结磨料垫，同时提供一种其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种球面工件研磨抛光用固结磨料垫，其特征是它由球面基体层2和固结在基体层2上的磨料层1组成，所述的磨料层1由多块凸起结构组成，各凸起结构之间形成用于收集抛光液、磨屑和磨粒的容屑槽；越靠近垫顶点处的凸起结构表面的磨粒密度越小。

所述的基体层的厚度为0.2-2毫米，所述的凸起结构呈矩形、三角形、环形、圆形或梯形，它的高度在0.5-5毫米之间。

本发明的技术方案之二是：

一种球面工件研磨抛光用固结磨料垫的制造方法，其特征是它包括以下步骤：

    首先，根据球面展开图和所设计的组成磨料层1的凸起结构的形状设计出带有凹槽的平面模具3，在所述的平面模具周围应设计出高度与基本层2厚度相当的围圈4；

    其次，配制磨料层和基体层原料； 

    第三，将磨料层原料均匀地涂抹在平面模具的凹槽5中，使磨料层原料充满所有凹槽并压实使之与凹槽的顶面齐平； 

    第三，将基体层原料加入所述的围圈4组成的空间中，并压实加入的基体层原料与围圈4的上表面齐平；

    第四，利用与平面模具外形相配的盖板6盖住平面模具3，进行初步固化，控制初步固化时间在12-30分钟之间，得到固结磨料平面垫；

    第五，将经初步固化后的固结磨料平面垫放入由凸模7和凹模8组成的球面定型磨具中，加热加压，进行二次固化，控制二次固化时间不小于2小时，即可得到球面工件研磨抛光用固结磨料垫。

所述的凹槽的形状呈矩形、三角形、环形、圆形或梯形，深度在0.5-5毫米之间。

本发明的磨料层的密度可通过磨料层原料或凸起图案控制，磨料层原料可由若干份磨料密度呈梯级分布的小份组成，通过图案控制磨料密度时可通过图3中的凸起的大小与间隔距离实现，图3是圆形抛光垫的俯视图，从中可看出，固结磨料垫的内侧（即图3的中心，相当于半球的顶点位置处）与外缘（即图3的外圆，相当于半球靠近平面截面位置处）的密度较其它地方低。

本发明的有益效果：

本发明的研磨抛光垫可广泛应用于飞行器的窗口、先进武器光学制导系统的窗口和导弹头罩等半球形光学元器件的研磨抛光加工，加工性能比较稳定、加工效率高、加工表面质量好、面型精度高。