[发明专利]一种高精度单晶金刚石圆锥压头的机械研磨工艺

摘要

一种高精度单晶金刚石圆锥压头的机械研磨工艺，属于高精度纳米压痕压头制造技术领域。单晶金刚石晶体毛坯切开将切割面磨平制为单晶金刚石晶体；将单晶金刚石晶体焊接在压头柄端部，得到单晶金刚石压头；将单晶金刚石压头尖部磨圆制为单晶金刚石圆锥压头；圆锥面的粗加工；铸铁研磨盘的精密修整与金刚石研磨膏涂敷；金刚石刀具研磨机机床性能状态的稳定；圆锥面的第一次精加工；球头表面的第一次精加工；调整夹具回转轴线位置与摆轴回转中心重合；圆锥面的第二次精加工；球头表面的第二次精加工；利用原子力显微镜进行检测，判断是否加工合格。操作简单，成本低，能够得到高精度的单晶金刚石圆锥压头。

主权项

1.一种高精度单晶金刚石圆锥压头的机械研磨工艺，其特征在于：所述机械研磨工艺包括如下步骤：步骤一：单晶金刚石晶体毛坯的准备，确定压头轴线方向，利用激光切割机沿垂直于压头轴线的方向将单晶金刚石晶体毛坯切开，然后在金刚石刀具研磨机上利用800#青铜金刚石砂轮盘将切割面磨平制为单晶金刚石晶体；步骤二：单晶金刚石压头的焊接，选择殷钢材料作为压头柄，利用真空钎焊技术将单晶金刚石晶体焊接在压头柄端部，钎焊得到单晶金刚石压头；步骤三：单晶金刚石压头的磨圆加工，将单晶金刚石压头安装于金刚石刀具研磨机的回转夹具上，设定磨圆加工圆锥面的锥尖角，设定锥面磨圆加工的研磨方向，利用W50陶瓷金刚石砂轮盘沿选定的研磨方向对单晶金刚石压头进行滚磨加工，将单晶金刚石压头尖部磨圆呈圆锥状制为单晶金刚石圆锥压头；步骤四：单晶金刚石圆锥压头圆锥面的粗加工，设定粗加工圆锥面的锥尖角，设定锥面粗加工的研磨方向，利用800#青铜金刚石砂轮盘对单晶金刚石圆锥压头圆锥面进行粗加工，持续研磨直至研磨尖锐，然后标记好单晶金刚石圆锥压头与回转夹具的相对位置，将单晶金刚石圆锥压头从回转夹具上卸下，其工艺参数为：主轴转速3500～4500r/min，主轴往复运动行程2～3mm，主轴往复运动频率0.08～0.10Hz，研磨压力15～20N，单次研磨进给量2μm，回转夹具转速100～150r/min；步骤五：铸铁研磨盘的精密修整与金刚石研磨膏涂敷，安装铸铁研磨盘并将其调整至单晶金刚石圆锥压头的精磨位置，安装60°单点金刚石修整笔对铸铁研磨盘进行在位精密修整，将铸铁研磨盘表面修整平整，然后将W0.1的金刚石研磨膏在铸铁研磨盘表面涂敷均匀；步骤六：金刚石刀具研磨机机床性能状态的稳定，恒温控制金刚石刀具研磨机周围环境温度为20℃，恒温精度±0.5℃，设置主轴转速3500～4500r/min，主轴往复运动行程0.5～1mm，主轴往复运动频率0.08～0.10Hz，空载运行30min使金刚石刀具研磨机机床性能达稳定状态；步骤七：单晶金刚石圆锥压头圆锥面的第一次精加工，根据标记好的单晶金刚石圆锥压头与回转夹具的相对位置，将单晶金刚石圆锥压头重新安装在金刚石刀具研磨机的回转夹具上，然后设置单晶金刚石圆锥压头圆锥面的最终研磨锥角，设定锥面精加工的研磨方向，对单晶金刚石圆锥压头圆锥面进行第一次精加工，其工艺参数为：主轴转速3500～4500r/min，主轴往复运动行程0.5～1mm，主轴往复运动频率0.08～0.10Hz，研磨压力15～20N，单次研磨进给量小于1μm，回转夹具转速100～150r/min；步骤八：单晶金刚石圆锥压头端部球头表面的第一次精加工，设置单晶金刚石圆锥压头的球头半径，控制金刚石刀具研磨机机床摆轴运动，并沿选定的研磨角度对端部球头表面进行第一次精加工，除摆轴转速为4～6°/s外，其余工艺参数与步骤七的工艺参数相同；步骤九：夹具回转轴线的调整，将单晶金刚石圆锥压头从回转夹具上拆卸下来，利用蘸有丙酮的棉签将单晶金刚石圆锥压头表面擦拭干净，利用原子力显微镜检测单晶金刚石圆锥压头端部球头表面形貌，计算夹具回转轴线偏移摆轴回转中心的距离，然后调整夹具回转轴线位置与摆轴回转中心重合；步骤十：单晶金刚石圆锥压头圆锥面的第二次精加工，根据标记好的单晶金刚石圆锥压头与回转夹具的相对位置，将单晶金刚石圆锥压头重新安装到金刚石刀具研磨机的回转夹具上，重新将W0.1的金刚石研磨膏在铸铁研磨盘表面涂敷均匀，重复步骤七中的工艺参数对单晶金刚石圆锥压头圆锥面进行第二次精加工；步骤十一：单晶金刚石圆锥压头端部球头表面的第二次精加工，重复步骤八中的工艺参数对单晶金刚石圆锥压头端部球头表面进行第二次精加工；步骤十二；将单晶金刚石圆锥压头从回转夹具上拆卸下来，将单晶金刚石圆锥压头表面擦拭干净，然后利用原子力显微镜对表面进行检测，若观察到单晶金刚石圆锥压头表面有缺陷，则重新将单晶金刚石圆锥压头安装于金刚石刀具研磨机机床上重复步骤十和步骤十一的操作，对单晶金刚石圆锥压头进行重磨，若单晶金刚石圆锥压头表面平滑，则将单晶金刚石圆锥压头装盒保护。