冰冻固结磨料抛光垫承载装置及其抛光垫

摘要

一种冰冻固结磨料抛光垫承载装置及其抛光垫，包括刚度提供层（1）和隔热层（2），其特征是隔热层（2）在刚度提供层之上（1），并且两者的直径相同。刚度提供层（1）整体形状为“翼形”，隔热层（2）使用聚四氟乙烯等隔热材料，并且在其表面开有燕尾槽。本发明的目的是为了使得冰冻固结磨料抛光盘承载装置具有一定的刚度，又使得冰冻固结磨料抛光盘的融化速率得以均匀控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密加工装置，尤其是冰冻固结磨料抛光垫的承载装置及其抛光垫，具体地说是一种既能够为冰冻固结磨料抛光垫提供足够的刚度，又能使得冰冻固结磨料抛光垫融化速率得到均匀控制的冰冻固结磨料抛光垫承载装置及其抛光垫。

背景技术

冰冻固结磨料抛光盘是使用冰作为结合剂，将抛光磨料制备成胶体冻结，属于低温抛光技术。在低温环境中，可以减少已加工表面的残余应力、微观裂纹和表面损伤等。由于冰冻固结磨料的特殊性质，不能直接将冰冻磨料置于抛光机上直接对材料进行加工。因此需要一个承载装置将冰冻固结磨料抛光盘冻制在其之上。承载装置主要有两种形式，一种为由铸铁制成，另一种为聚四氟乙烯。而这两种承载装置都有着自己不可避免的缺陷。铸铁制成的冰冻固结磨料抛光盘承载装置虽然有较大的刚度，但是由于铸铁是热的良导体，使得冰冻固结磨料抛光盘的融化速率过快且不稳定。另外，普通的聚四氟乙烯制成的冰冻固结磨料抛光盘的承载装置虽然传热慢，但是由于刚度差，当冰冻固结磨料抛光垫的偏心距大到一定程度时，由于压头压力的作用，使得整个抛光盘发生翘曲，使得抛光效果变差。

综上所述，对于冰冻固结磨料抛光工艺中冰盘承载装置存在的问题，急需一种既能够提供足够的刚性，又可以使得冰冻固结磨料抛光垫不至于快速融化的新型承载装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的利用铸铁制造的承载装置存在融化速度过快寿命短，而非金属材料制造的承载装置存在刚度差，抛光效率差的问题，设计一种既能延长冰冻固结磨料抛光垫使用寿命又能保证一定刚度的冰冻固结磨料抛光垫承载装置，同时设计一种兼具刚度和散热均匀的抛光垫，以适应冰冻固结磨料抛光工艺的要求。

本发明的技术方案之一是：

一种冰冻固结磨料抛光垫承载装置，其特征是它由刚度提供层1和隔热层2组成，隔热层2的一面与刚度提供层1相连，隔热层2的另一面与形成抛光盘3的冰冻固结磨料层相连，隔热层2的导热系数小于刚度提供层1的导热系数。

所述的刚度提供层1和隔热层2的直径相同。

所述的刚度提供层1为金属材料制品，它的整体形状呈“翼形”结构。

所述的隔热层2为高分子隔热材料制品。

所述的隔热层2与抛光盘3相连的一面上设有直径呈等差分布的多个环形燕尾型沟槽4或者均匀对称布置的圆孔阵5，形成抛光盘3的冰冻固结磨料层充填伸入所述的环形燕尾型沟槽4或圆孔阵5中。

所述的隔热层2通过螺栓与刚度提供层1相连；刚度提供层1设有与动力轴相连的连接螺孔。

所述的隔热层2与刚度提供层1通过相配的燕尾形结构相连；刚度提供层1设有与动力轴相连的连接螺孔。

本发明的技术方案之二是：

一种带有隔热层的冰冻固结磨料抛光垫，其特征是它主要由刚度提供层1、隔热层2及抛光盘3组成，所述的隔热层2位于刚度提供层1和抛光盘3之间，隔热层2的一面与刚度提供层1相连，隔热层2的另一面与形成抛光盘3的冰冻固结磨料层冻结相连，在隔热层2与抛光盘3相连的一面上设有供冰冻固结磨料层渗入以便通过冻结使隔热层2与抛光盘3相连的直径呈等差分布的多个环形燕尾型沟槽4或者均匀对称布置的圆孔阵5。

本发明的有益效果：

1、在冰冻固结磨料抛光过程中，由于刚度提供层1提供所需要的刚度，即使随着偏心距的增大，也不会产生冰冻固结磨料抛光盘发生翘曲和震荡，保证了抛光的效果。

2、在冰冻固结磨料抛光过程中，由于隔热层的导热系数小、传热慢等特点，使得冰冻固结磨料抛光垫的融化速率减慢，得以均匀控制，可减少冰冻固结磨料抛光的材料浪费，提高抛光效率。

3、刚度提供层整体形状为“翼形”，而并没有采用传统的圆柱形，这样既节省了材料又增加了支撑的稳定性，且易于去除外膜。

4、隔热层上加工有燕尾形沟槽，解决了冰冻固结磨料抛光垫在冻制过程中定位问题，并且能够防止抛光垫在加工过程中发生自转，延长冰冻固结磨料抛光盘的使用时间。

5、刚度提供层和隔热层之间的固定方式较为简单，不需要复杂的工艺，既保证了可靠性，又保证了经济性。

附图说明

图1是本发明的冰冻固结磨料抛光垫及其承载装置的结构示意图。

图2是本发明的承载装置刚度提供层的结构示意图。

图3是本发明的同心圆式隔热层的表面示意图。

图4是本发明的具有圆孔阵的隔热层表面示意图。

图5是使用铸铁盘作为抛光垫承载装置与采用本发明装置的抛光盘融化曲线对比。

图6 是使用本发明的抛光装置加工微晶玻璃的ADE形貌示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1、2、3、4所示。

一种冰冻固结磨料抛光垫承载装置，目的是为了使得冰冻固结磨料抛光盘承载装置具有一定的刚度，又使得冰冻固结磨料抛光盘的融化速率得以均匀控制。承载装置主要由刚度提供层1以及隔热层2组成，刚度提供层1和隔热层2的导热系数相差越大越好，且刚度提供层1和隔热层2的直径相同，如图1所示，隔热层2在刚度提供层1之上，刚度提供层1和隔热层2可通过螺纹结构相连，也可通过类似于燕尾槽结构的形式进行连接，如图2所示。刚度提供层1的整体形状为“翼形”，这样既节省了材料又增加了支撑的稳定性，而且为冰冻固结磨料的脱模提供了便利，刚度提供层1应采用具有较大刚度的金属材料，如铸铁加以制造，如图2所示。隔热层2应采用隔热性能较好的高分子材料，如聚四氟乙烯等隔热材料制成，并且在其表面之上可加工出环形燕尾型沟槽4，各环形燕尾槽的直径最好是呈等差分布，如图3所示，图3中的“十”字形沟槽是为了便于环形燕尾槽的加工而形成的工艺槽，隔热层2的表面也可以做成如图4所示的圆孔阵，这样的设计解决了冰冻固结磨料抛光盘的定位问题，防止抛光加工中冰盘发生滑移。在进行固结磨料冰冻时，液态的磨料会流入所述的环形燕尾槽4或圆孔5中最后与抛光盘形成一个整体从而将抛光盘3与隔热层2加以连接。

抛光工作时，刚度提供层1为冰盘抛光提供了足够的刚度，使得在抛光过程中不发生震荡现象，保证抛光质量。隔热层2延缓了冰冻固结磨料抛光盘与周围环境的热量交换，使得冰盘融化速率减慢，延长了抛光时间，减少了磨料的浪费，提高了经济效益。

实施例二。

如图1所示。

一种带有隔热层的冰冻固结磨料抛光垫，它主要由实施例一的承载装置和抛光盘3组成，如图1所法，承载装置主要由铸铁制造的刚度提供层1和聚四氟乙烯制造的隔热层2组成，所述的隔热层2位于刚度提供层1和抛光盘3之间，隔热层2的一面与刚度提供层1相连，隔热层2的另一面与形成抛光盘3的冰冻固结磨料层冻结相连，在隔热层2与抛光盘3相连的一面上设有供冰冻固结磨料层渗入以便通过冻结使隔热层2与抛光盘3相连的直径呈等差分布的多个环形燕尾型沟槽4（图3）或者均匀对称布置的圆孔阵5（图4）。刚度提供层和隔热层2可通过螺纹结构相连，也可通过图2所示的燕尾结构相连。

下面是本发明设计的冰冻固结磨料抛光盘承载装置和传统承载装置的对比效果。

实例1。

采用传统铸铁盘与本发明的抛光垫承载装置的冰盘融化厚度曲线如图4所示。可以看出，传统的铸铁盘由于与周围环境的热量交换，使得冰盘的融化速率非常快，60分钟时融化厚度达11.5mm，而一般冰冻固结磨料抛光盘的冻制厚度在15mm左右，因此，基本上采用冰冻固结磨料抛光盘的使用寿命在60分钟左右。而采用本发明的抛光垫承载装置后，由于隔热层的存在，60分钟后抛光盘的融化厚度仅为6mm。使得冰冻固结磨料抛光盘的使用寿命提高了100%以上。

同时，采用所发明的抛光垫承载装置，所得到的融化速率也十分稳定，便于加工自动化控制，同时也为分层冰冻固结磨料抛光盘的实现提供了可能。

实例2。

以使用冰冻CeO₂磨料抛光微晶玻璃为例。

单纯使用聚四氟乙烯制成的冰冻固结磨料抛光垫承载装置，当抛光的偏心距大于60cm时，由于聚四氟乙烯的抛光盘的刚度问题，使得整个抛光垫产生严重的翘曲，由于抛光的质量取决与抛光垫的形状，因此，使得抛光的质量无法保证，甚至抛光无法正常进行。

使用本发明的承载装置后，抛光垫的偏心距在90cm时可以得到最优的抛光效果，其中使用微米级CeO₂的Sa的值为2.90nm，而采用纳米级CeO₂微晶玻璃的Sa值为0.532nm。如图6所示。