[发明专利]一种全封闭冷却抛光机

说明书

本发明公开了一种全封闭冷却抛光机用于抛光聚晶金刚石复合材料、聚晶立方氮化硼复合材料、陶瓷等硬质及超硬材料。该抛光机主要由全封闭主轴冷却砂轮系统和新型抛光夹具组成。全封闭主轴系统是以主轴为中心，冷却水的入口和出口均封闭于主轴内并连接砂轮底座。通过全封闭主轴冷却水系统提供冷却水对砂轮进行强制性冷却。抛光夹具全封闭冷却系统是利用全密封循环冷却水对抛光过程工件进行强制水冷，避免抛光过程材料和砂轮摩擦产生高温对产品造成影响，并进一步提高抛光效率及抛光质量。四自由度自调平结构是抛光夹具通过两种对称轴可实现四自由度来自动调整夹具与砂轮的平行，工件在抛光夹具上在夹具自转带动下可以实现自转。抛光夹具带有动臂梁结构加压装置，在抛光过程中容易调节加载压力。通过本发明的全封闭主轴冷却抛光机及新型抛光夹具系统可以实现冷却水充分冷却砂轮和抛光工件，提高抛光效率并保证抛光后产品的质量。

技术领域

本发明涉及一种机械抛光装置，尤其涉及一种可用于抛光大面积聚晶金刚石复合片，聚晶立方氮化硼复合片，高硬度陶瓷片等高硬度以及超硬材料，属于材料表面加工技术领域。

背景技术

聚晶金刚石复合片（PCD）是一种将人造金刚石和粘结剂等通过高温高压烧结在硬质合金基底上的超硬复合材料。PCD制品自20世纪70年代问世以来，以其优良的性能，在航空航天、国防、能源、汽车、地质钻探和线缆等高技术领域中得到日益广泛的应用。尤其是大面积PCD制品的应用，使机械加工能力和水平向前迈进一大步，加工精度、加工表面质量不断提高，加工效率几十倍甚至上百倍提高。大面积PCD制品多用于制造切削各种材料的刀具，为了良好断屑，提高被加工工件的精度和表面质量，大多数PCD制品的PCD面需要抛光，使其达到镜面(表面粗糙度Ra≦0.05μm)。尽管很多资料介绍PCD面电化学抛光、超声抛光等新技术，但在工业化的批量生产应用中，PCD面机械抛光仍占主导地位。用传统的机械抛光法对大面积PCD制品抛光，工件由于温升会产生变形，磨轮将先接触其因变形而出现的凸起部分，造成抛光时间长、局部厚度减薄等弊端。为达到PCD面抛光质量要求，用磨轮实施机械抛光时，要合理选择磨轮宽度、浓度和粒度，磨轮和工件转速，抛光压力以及磨轮修整时机。

传统抛光设备的结构是磨轮高速旋转，固定式抛光夹具夹持着工件低速旋转，被抛光表面与磨轮端面接触，并施加一定的接触压力，工件的旋转中心与磨轮的接触线固定，通过相互间的摩擦、热、炭化作用，达到PCD面被抛光。

过去的PCD制品厚度大且被抛光表面的面积小(小于或接近磨轮端面环宽)，用传统抛光设备实施抛光是适宜的。随着技术发展，大面积PCD制品的出现，使被抛光表面超过端面磨轮宽度一倍以上，而且工件的厚度比过去薄得多，当PCD制品的抛光表面积大于26cm2，厚度不大于2mm时，薄片因应力变形使得被抛光表面的平面度变差，抛光难度加大。用传统抛光设备加工大面积PCD薄片存在下列问题：

1、传统抛光设备的夹具(及其被夹持的工件)旋转中心与磨轮端面无相对运动，当被抛光表面与磨轮接触，初始接触的点(或面)在整个被抛光表面上的分布具有决定意义，因为此后抛光加工将沿这些点(或面)向周围扩展，如果初始接触点(或面)少(称之为吻合度差)，并且在局部相对集中，那麽此后只有将这些点或面去除，其它的点(或面)才能与磨轮端面接触，这使得本应表面抛光变成“去量抛光”，由于聚晶金刚石硬、抛光使用的磨轮切削能力差，接触点(或面)向周围扩展相当缓慢，造成抛光时间超长，加工效率下降。

由于工件旋转中心与磨轮端面接触线固定，即使被抛光表面上各处均与磨轮接触(完全吻合)，当工件被抛光表面宽度(长度或直径)大于磨轮环宽，各处的接触几率不同，工件外部的接触几率明显少于中部，使得被抛光表面易出现明暗不同的折光环，达不到质量要求。

由于抛光过程中，被抛光表面中部始终不离开磨轮端面，中部受摩擦热大于周边，且散热条件差，对于大面积、厚度薄的PCD制品，局部受热导致工件变形加剧。