專(zhuān)利名稱(chēng)：金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超硬材料拋光技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著超精密切削加工技術(shù)的應(yīng)用與推廣，超精密切削的加工精度逐漸向納米尺度及其極限精度發(fā)展。在超精密切削加工中，為了使加工零件獲得納米、亞納米特征的加工精度，除了需要超精密機(jī)床、高分辨率的檢測(cè)儀器和超穩(wěn)定的加工環(huán)境外，高精度、低損傷的金剛石刀具是必須具備的條件，尤其是圓弧刃金剛石刀具。例如，在光學(xué)反射鏡和光學(xué)模具超精密加工中，不僅要求金剛石刀具切削刃圓鈍圓半徑小于lOOnm，而且要求刀尖圓弧輪廓精度小于50nm，刀具表面粗糙度Ra小于lOnm，刀具亞表面損傷小于2nm?？梢?jiàn)金剛石切削刀具的刃磨技術(shù)嚴(yán)重制約了其在超精密加工中的應(yīng)用。目前最常使用的金剛石刀具刃磨方法是機(jī)械刃磨方法。機(jī)械刃磨法一般采用直徑為300 400mm的鑄鐵研磨盤(pán)，在盤(pán)面涂敷含1 50 μ m金剛石磨粒的研磨膏后，對(duì)其進(jìn)行預(yù)研使金剛石磨粒嵌入鑄鐵研磨盤(pán)面的微孔，然后以常用轉(zhuǎn)速3000r/min對(duì)金剛石刀具進(jìn)行刃磨?；蛘卟捎昧６葹?. 5 IOum金剛石砂輪以磨削的方式機(jī)械去除金剛石以達(dá)到刃磨金剛石刀具的目的。雖然該方法可以使金剛石表面粗糙度達(dá)到納米級(jí)，但刃磨時(shí)間較長(zhǎng)。 并且，由于該方法對(duì)刀具刀口具有不連續(xù)的沖擊，要使切削刃鈍圓半徑低于70 SOnm比較困難。另外刃磨過(guò)程中接觸壓力較大，金剛石刀具存在一定的亞表面損傷。這些亞表面損傷會(huì)降低刀具表層金剛石原子的穩(wěn)定性，使刀具的耐磨性下降。隨著刀具表面的磨損，刀刃表面粗糙度增大，進(jìn)而又加劇刀具的磨損。最終加劇降低刀具的壽命和工件的表面質(zhì)量。因此，本發(fā)明針對(duì)機(jī)械刃磨方法存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)鈍圓半徑、表面粗糙度高、亞表面損傷大、刃磨時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，提出采用化學(xué)機(jī)械耦合拋光的方法刃磨金剛石刀具。該方法以碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷盤(pán)為拋光盤(pán)，并滴加相應(yīng)的拋光液，降低機(jī)械去除所帶來(lái)的損傷，優(yōu)先去除金剛石刀具表面具有損傷的材料，逐漸消除刀具表面的亞表面損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法，解決目前機(jī)械刃磨金剛石切削刀具所存在的刀具表面粗糙度高、亞表面損傷大、 刃磨時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)鈍圓半徑等問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液，其特征在于，它包括磨料、氧化劑、催化劑、分散劑、穩(wěn)定劑、PH調(diào)節(jié)劑和去離子水，各原料所占質(zhì)量百分比為磨料4 13. 5%;氧化劑4.5 16%;穩(wěn)定劑0.65 1. 8% ；
分散劑6.5 19. 5% ；催化劑0.2 2%;去離子水50 80%;PH調(diào)節(jié)劑0. 65 2% ；各原料質(zhì)量百分比之和為100% ；所述的磨料是粒徑為30nm-2 μ m的碳化硼磨料；所述的氧化劑是純度為70 95%的高鐵酸鉀；所述的催化劑為具有催化氧化功能的金屬氧化物粉末，如一氧化鎳、三氧化二鉻、 氧化鈰、氧化銅；所述的分散劑為15-lOOnm的水溶硅溶膠；所述的穩(wěn)定劑為硅酸鈉；所述的PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀。上述拋光液的制備方法，包括如下步驟1)選取磨料、氧化劑、穩(wěn)定劑、分散劑、催化劑、PH調(diào)節(jié)劑和去離子水原料備用，各原料所占質(zhì)量百分比為磨料4 13. 5% ；氧化劑4. 5 16% ；穩(wěn)定劑0. 65 1. 8% ； 分散劑6. 5 19. 5% ；催化劑0. 2 2% ；PH調(diào)節(jié)劑0. 65 2% ；去離子水50 80% ； 各原料質(zhì)量百分比之和為100% ；2)按上述質(zhì)量百分比將PH調(diào)節(jié)劑加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢璨⒗鋮s，配置成強(qiáng)堿溶液；3)按上述質(zhì)量百分比將穩(wěn)定劑和分散劑加入到強(qiáng)堿溶液中，充分?jǐn)嚢?，制備成混合溶液?)按上述質(zhì)量百分比將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩(wěn)定；5)在懸浮液中按上述質(zhì)量百分比加入氧化劑和催化劑，輕微攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。所述拋光液的使用方法是采用碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷拋光盤(pán)以50 500r/ min的轉(zhuǎn)速與金剛石刀具對(duì)磨，在接觸面附近滴加所述拋光液，以達(dá)到化學(xué)機(jī)械耦合刃磨的目的。本發(fā)明的效果和益處是本發(fā)明采用綠色強(qiáng)氧化劑高鐵酸鉀為主要成分并添加碳化硼磨料配制拋光液，可在低溫或室溫條件下對(duì)金剛石切削刀具刃磨。由于采用均質(zhì)的碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷作為拋光盤(pán)，避免了對(duì)金剛石刀尖的沖擊，便于實(shí)現(xiàn)納米級(jí)鈍圓半徑。拋光液中碳化硼磨料硬度小于金剛石，高鐵酸鉀具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，即可避免硬質(zhì)顆粒給金剛石刀具表面帶來(lái)的損傷，也加快了刀具刃磨速度，實(shí)現(xiàn)金剛石刀具納米級(jí)低損傷刃磨。此外，通過(guò)采用分散劑、穩(wěn)定劑和PH調(diào)節(jié)劑等添加劑，提高拋光液的分散穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。


圖1是采用機(jī)械刃磨的方法得到的刀具表面質(zhì)量。圖2是采用本發(fā)明的拋光液刃磨金剛石刀具得到的刀具表面質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施例。實(shí)施例一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。它包括如下步驟1)按各原料所占質(zhì)量百分比為磨料9. 2%、氧化劑9. 4%、穩(wěn)定劑1. 6%;分散劑15. 5% ；催化劑；PH調(diào)節(jié)劑1. 3% ；去離子水62% ；選取磨料、氧化劑、穩(wěn)定劑、分散劑、催化劑、PH調(diào)節(jié)劑和去離子水原料備用；所述的磨料為碳化硼，純度為98%，粒度為Ιμπι;所述的氧化劑為高鐵酸鉀；所述的穩(wěn)定劑為硅酸鈉；所述的分散劑為30%的硅溶膠；所述的催化劑為三氧化二鉻；所述的 PH值調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉。2)按上述質(zhì)量百分比將PH調(diào)節(jié)劑加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢璨⒗鋮s，配置成強(qiáng)堿溶液；3)按上述質(zhì)量百分比將穩(wěn)定劑和分散劑加入到強(qiáng)堿溶液中，充分?jǐn)嚢?，制備成混合溶液?)按上述質(zhì)量百分比將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩(wěn)定；5)在懸浮液中按上述質(zhì)量百分比加入氧化劑和催化劑，輕微攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。在室溫條件下，采用按實(shí)施例制備的拋光液，在精密研磨拋光機(jī)上進(jìn)行了刃磨試驗(yàn)。拋光盤(pán)采用碳化硼陶瓷盤(pán)，拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速為60r/min。拋光池后金剛石刀具表面形貌如圖2所示。機(jī)械拋光后金剛石刀具前刀面如圖1所示?？梢?jiàn)機(jī)械刃磨后金剛石刀具表面殘留有許多劃痕，而采用實(shí)施例制備的拋光液刃磨后，刀具表面十分光滑。
權(quán)利要求
1.一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液，其特征在于，它包括磨料、氧化劑、催化劑、分散劑、穩(wěn)定劑、PH調(diào)節(jié)劑和去離子水，各原料所占質(zhì)量百分比為磨料4 13. 5% ；氧化劑4. 5 16% ；穩(wěn)定劑0. 65 1. 8% ；分散劑6. 5 19. 5% ；催化劑0. 2 2% ；去離子水50 80% ；PH調(diào)節(jié)劑:0· 65 2% ；各原料質(zhì)量百分比之和為100% ；所述的磨料是粒徑為30nm-2 μ m的碳化硼磨料；所述的氧化劑是純度為70 95%的高鐵酸鉀；所述的催化劑為具有催化氧化功能的金屬氧化物粉末，具有催化氧化功能的金屬氧化物是一氧化鎳、三氧化二鉻、氧化鈰、氧化銅；所述的分散劑是粒徑為15-lOOnm的水溶硅溶膠；所述的穩(wěn)定劑為硅酸鈉；所述的PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀。
2.權(quán)利要求1所述拋光液的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)按權(quán)利要求1所述的比例配料；2)將PH調(diào)節(jié)劑加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢璨⒗鋮s，配置成強(qiáng)堿溶液；3)將穩(wěn)定劑和分散劑加入到強(qiáng)堿溶液中，充分?jǐn)嚢瑁苽涑苫旌先芤海?)將磨料加入到混合溶液中，超聲波攪拌10 30min，使得磨料在去離子水中充分分散，配制成懸浮液，靜置Ih使懸浮液充分穩(wěn)定；5)在懸浮液中加入氧化劑和催化劑，攪拌使氧化劑緩慢溶解完全，配制成拋光液。
3.應(yīng)用權(quán)利要求2所述拋光液的方法，其特征是采用碳化硼、碳化硅或氧化鋁陶瓷拋光盤(pán)以50 500r/min的轉(zhuǎn)速與金剛石刀具對(duì)磨，在接觸面附近滴加拋光液。
全文摘要
本發(fā)明屬于超硬材料拋光技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種金剛石切削刀具超精密刃磨用拋光液及其制備方法。其特征是采用綠色強(qiáng)氧化劑高鐵酸鉀作為主要成分，加入適量的碳化硼磨料配制拋光液。在常溫條件下，陶瓷拋光盤(pán)和碳化硼磨料的機(jī)械作用使金剛石切削刀具表面產(chǎn)生損傷，借助高鐵酸鉀的強(qiáng)氧化作用實(shí)現(xiàn)刀具表面材料的微量去除。此外，還通過(guò)添加一氧化鎳等催化劑以提高材料去除，添加穩(wěn)定劑和分散劑以改善拋光液性能。本發(fā)明的效果和益處是所制備的拋光液刃磨金剛石刀具，可實(shí)現(xiàn)刀具100納米以下的鈍圓半徑、納米和亞納米級(jí)的表面粗糙度和超低損傷的表面質(zhì)量，有助于提高刀具壽命和工件加工質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24B3/00GK102516874SQ20111035255
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者康仁科, 李強(qiáng), 苑澤偉, 金洙吉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)