研磨盤A研磨加工A藍(lán)寶石研磨加工原理

 研磨加工是一種使用普遍、操作方便的精密加工方式，其是利用附著或鑲嵌在磨盤上的磨料，通過持續(xù)運(yùn)動(dòng)的磨盤與工件的相互接觸來實(shí)現(xiàn)材料去除的過程。該技術(shù)選用粒徑只有幾微米的磨粒對工件進(jìn)行加工，能夠獲得近納米級的加工效果，是一種快速獲得低表面粗糙度、高表面質(zhì)量的加工方法。

  在藍(lán)寶石的研磨加工過程中，磨料在研磨力的作用下通過滾軋和微切削對藍(lán)寶石進(jìn)行材料去除，磨料對藍(lán)寶石表面的作用機(jī)理，如圖1所示。不同形狀的磨粒在研磨盤壓力的作用下，通過研磨盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，在研磨盤和工件之間發(fā)生滾動(dòng)，在研磨過程中，一些磨粒被鑲嵌到研磨盤中，外露的磨粒刃在研磨盤中的轉(zhuǎn)動(dòng)對藍(lán)寶石加工面進(jìn)行刻劃，達(dá)到微切削的作用；另外一些未鑲嵌的磨粒則繼續(xù)在研磨盤與藍(lán)寶石之間滾動(dòng)，使藍(lán)寶石加工表面出現(xiàn)一些微裂紋，裂紋在研磨加工過程中慢慢擴(kuò)展，藍(lán)寶石的加工表面會(huì)發(fā)生脆性崩碎，從而形成切屑，由此達(dá)到材料去除的效果。隨著裂紋增多，在裂紋相互交叉的地方會(huì)破碎產(chǎn)生小碎塊［4］。小碎塊的掉落使藍(lán)寶石表面實(shí)現(xiàn)較多的材料去除，但同時(shí)伴隨著裂紋的出現(xiàn)，裂紋的深度和數(shù)量直接影響藍(lán)寶石的加工效果。在研磨加工過程中，掉落的藍(lán)寶石碎片邊緣鋒利，由于藍(lán)寶石本身硬度大，且在研磨壓力下與磨?；旌显谝黄穑^續(xù)在待加工表面產(chǎn)生劃擦。不均勻的磨粒大小與碎塊直接作用于加工表面，使之產(chǎn)生不同深度的裂紋。裂紋和表面劃痕是其主要的表面加工損傷。

  藍(lán)寶石的研磨加工通常通過逐步改變磨粒粒徑的大小，控制好其他的加工參數(shù)，來獲得較高的表面質(zhì)量［5-6］。傳統(tǒng)的_精密研磨加工方法主要分為固結(jié)磨料研磨加工和游離磨料研磨加工兩大類［7］，兩者的主要區(qū)別在于磨料的加入方法不同。游離磨料加工是將磨料加入研磨液中，在研磨過程中磨料在加工面分布不均勻，并且很大一部分磨料并未直接參與研磨作用。固結(jié)磨料研磨加工是將磨料通過結(jié)合劑加入到研磨盤中，制成含有磨料的固結(jié)研磨盤。該方法解決了磨料分布不均、造成浪費(fèi)的問題，提高磨料的利用率，使研磨成本降低，能夠獲得_的表面加工效果［8-9］。

  藍(lán)寶石在研磨過程中，材料的去除方式不但包括機(jī)械去除，還伴隨著表面的熔融、塑性流動(dòng)以及磨料與藍(lán)寶石表面產(chǎn)生的化學(xué)作用。Wasmer等［10］建立藍(lán)寶石研磨的力學(xué)模型，研究單晶藍(lán)寶石的研磨過程，分析各試驗(yàn)條件之間的影響關(guān)系，對模型進(jìn)行優(yōu)化，獲得較優(yōu)加工參數(shù)，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證。Wang等［11］分別使用了三維表面分形維數(shù)方法和二維表面分形維數(shù)方法，評價(jià)研磨之后藍(lán)寶石的表面質(zhì)量。該方法能夠準(zhǔn)確地分析出藍(lán)寶石表面的材料去除方式，并從微觀的角度改變加工條件，實(shí)現(xiàn)_的加工。Zhou等［12］使用不同粒徑的二氧化硅對藍(lán)寶石晶片進(jìn)行試驗(yàn)，通常情況下，磨粒粒徑越大，材料去除率越大，而粒徑為 10 nm 和100 nm的二氧化硅磨粒的去除率卻一致。研究證明，在藍(lán)寶石研磨加工過程中不僅機(jī)械作用，還伴隨有藍(lán)寶石與磨粒間的化學(xué)作用。藍(lán)寶石材料的去除方式可能是多種作用共同造成的，其中機(jī)械磨蝕占主導(dǎo)［13］。Wang等［14］為模擬研磨狀態(tài)下藍(lán)寶石的材料去除方式，使用單顆磨粒對藍(lán)寶石進(jìn)行劃痕試驗(yàn)，用于測試不同劃痕深度下藍(lán)寶石微觀去除方式。試驗(yàn)表明，劃痕深度為（0.24~0.76）μm，材料的去除方式是塑性去除，隨著深度的增加，慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈匀コ绞健?/div>