金刚石砂轮V形尖端的微细精密修整实验研究

【摘要】：近年来,光纤阵列对接、医学细胞分析、光伏电池等工作基板上设计出微尺度的V形沟槽,可以产生微细光纤阵列的定位、微小细胞的导向、太阳光的减反射等新功能。但是,这些高附加值的基板大多为难加工的单晶硅、玻璃、陶瓷等硬脆性材料。其微细加工主要依赖于效率低、成本高的光、化学腐蚀加工方法。 因此,本研究提出采用金刚石砂轮V形尖端加工微V沟槽的机械加工方法。该微细加工具有加工效率和加工质量高等特点。其中,金刚石砂轮V形尖端的微细精密修整是保证加工的微细程度的关键技术问题。在研究中,采用数控对磨技术和接触放电技术两种修整方式对金刚石砂轮V形尖端进行修整,分析其微细修整的可行性。而且,建立V形尖端角度和尖端圆弧半径的检测和评价模式,研究影响金刚石砂轮V形尖端成形质量的因素,并对修整精度和修整效率进行实验分析。 首先,采用数控对磨技术修整金刚石砂轮V形尖端并进行了加工实验。实验结果显示,采用# 600GC磨石对SD600金刚石砂轮进行V形尖端的对磨修整时,其尖端圆弧半径可以小于20μm,且V形尖端上的微细金刚石磨粒可以被修锐,可以用于微沟槽的微细加工中。当加工单晶硅时,其微沟槽尖角圆弧半径达到28.3μm,其深宽比达到0.20。 此外,V形尖端的微磨粒出刃形貌对修整效率和加工精度影响较大。对比#180GC油石修整,采用#600GC修整可以获得更好的微磨粒出刃形貌,在微沟槽加工中提高材料去除率约3倍,但是,修整率却下降6-7倍。 再次,采用接触放电对金属结合剂金刚石砂轮V形尖端进行了修整。研究发现,当放电电压为7V和放电频率为500HZ时,可得到较好成形角度和较小的尖端圆弧半径;接触放电修整的修整率是#600GC油石修整修整率的350倍左右,修整效率是采用#600GC磨石修整的59倍左右。 最后,采用修整的砂轮V形尖端加工了硬质合金车刀刀头、光纤对接石英基板、SiC陶瓷和WC硬质合金基板微米尺度的沟槽阵列和锥塔空间阵列结构。实验结果已经显示出应用前景,这为推广金刚石砂轮V形尖端在微细机械加工中的应用提供了理论依据和基础参数。