[发明专利]一种采用双光束修整超薄超硬材料砂轮的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种激光修整砂轮的方法，尤其涉及一种采用双光束修整超薄超硬材料砂轮的方法。

背景发明

超薄超硬材料砂轮是以金属或树脂材料为结合剂，将超硬磨料(目前为金刚石或立方氮化硼)粘结，固结成厚度为5mm以下的以晶圆切割、划片，光学加工为主的砂轮。

超薄超硬材料砂轮是随着制造行业，特别是电子元器件向精密、高效、低耗加工方向的发展而迅速发展起来的。超薄超硬材料砂轮具有精度高、厚度薄、刚性好及效率高等一系列普通砂轮不具备的优良品质，现已广泛应用于电子信息领域贵重半导体材料、磁性材料、硬脆材料、光纤的精密细微切割与开槽，是计算机硬盘及软盘磁头、大规模集成电路、光通讯元器件、移动通讯元器件等电子元器件产品制造中必备的高档加工工具。

尽管超薄超硬材料砂轮具备如此优良的加工性能，但砂轮在切割过程中由于砂轮磨损和砂轮工作表面产生堵塞使其渐渐丧失其切削能力。用磨钝了的超薄超硬材料砂轮继续切割时，由于砂轮工作表面的磨粒已经部分甚至完全丧失切削能力，使得砂轮和工件间的摩擦加剧，挤压增强，切削温度上升，并在砂轮和工件的接触区域发生颤振与烧伤，使被加工工件的表面质量受到极大影响。同时，砂轮的磨钝也会使砂轮工作表面丧失正确的几何形状，使加工精度降低。因此，为了使超薄超硬材料砂轮在切削过程中能保持几何形状的正确性和磨粒的锐利性，就需要对其进行定期修整。但由于超薄超硬材料砂轮的脆性较差、厚度很薄及磨粒硬度极高等不利修整因素，这对机械法或电火花加工法等普通修整方法提出了尖锐的挑战。

现有技术中，公开号为CN103042468A的“一种金刚石砂轮的粗修整的方法”专利中，提供了脉冲激光直接去除，碳化硅滚轮再去除的粗修整方法，公开号为CN101190503A的“激光与机械复合修整树脂结合剂金刚石砂轮的方法”专利中，提供了一种激光和机械复合修整砂轮的方法，其采用的是激光垂直辐照砂轮磨削面，然后再用金刚笔进行整形的方法，由于砂轮厚度原因，超薄超硬砂轮无法适用机械诸如金刚笔碳化硅滚轮等机械修整方法。公开号为CN1586816A的“连续激光修锐树脂结合剂砂轮的装置及方法”专利中，阐述了用CO₂激光器修整，用三相异步电动机皮带轮控制砂轮进给，其所适用的CO₂激光器峰值功率低，未达到金刚石去除阈值，只能进行修锐，且用皮带轮控制砂轮进给，其修整精度低。公开号为CN10260174A、“一种修砂轮的方法”CN102601735A的“一种砂轮修磨机”，提供了一种利用控制器输入预定轨迹并控制扫描振镜的偏转来控制激光器的修整方法。其装置复杂，预订轨迹设定繁琐，且对控制振镜的振动精度要求极高，作用对象亦为常规（厚度为15mm以上）普通砂轮，完全不适用于超薄超硬砂轮。公开号为CN101642895A的“超硬磨料砂轮的激光修整方法”专利和CN201455807U的“砂轮激光修整设备”专利中提供了超硬磨料砂轮的修整方法，其采用的方式激光束径向垂直于砂轮工作端面，通过位移传感器检测高低点控制反馈信号调节激光脉冲强度的方法来对砂轮进行修整，此方法具有以下缺陷：只能针对常规大小（厚度为15mm以上）的砂轮进行激光修整，对于厚度小于5mm的砂轮，若采用该方法，由于超薄超硬材料砂轮厚度限制，在高脉冲整形过成中由于能量聚集极易导致超薄超硬材料砂轮端面产生微裂纹，导致砂轮报废。

以上专利采用的是光纤激光器，由于其脉宽为纳秒级别，峰值功率较低，导致检测的同一高点需要多次出光才能打掉，而超薄超硬材料砂轮由于厚度较薄不能经过多次烧蚀。

现有文献中，李晓天等人在激光修锐树脂结合剂砂轮的试验研究（《航空精密制造技术》第35卷第6期，1999年12月），李迎等人在激光修锐树脂结合剂CBN砂轮的研究（《航空精密制造技术》第31卷第3期，1995年12月）等一系列激光修整的文献资料中，所研究的方法针对的砂轮厚度均为15mm左右，其方法均不适用于超薄超硬磨料砂轮。

超薄超硬材料砂轮因脆性较差、厚度很薄及磨粒硬度极高，截至目前国内外学者并没有提出一种有效的方法实现超薄超硬材料砂轮的修整，现有技术中也未公开任何关于超薄超硬材料砂轮修整技术的资料。本发明首开先河，率先提出了超薄超硬材料砂轮的详细修整方案，延长了该类砂轮的使用寿命，获得良好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于采用双光束对超薄超硬材料砂轮进行快速修整，从而实现对超薄超硬砂轮在使用之初或磨钝之后修整困难的问题。