肖樂銀，謝德龍，陳 超，林 峰，潘曉毅，陳家榮

(1.廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004；2.國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心, 廣西 桂林 541004；3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司, 廣西 桂林 541004)

0 引言

金剛石點(diǎn)膠軟磨片采用樹脂結(jié)合劑，結(jié)合劑自身硬度低，具有研磨和拋光的多重作用，磨削質(zhì)量高，自銳性好[1-2]，且磨料最小粒度可達(dá)到50000目以細(xì)。同時，軟磨片表面的金剛石工作層通過特殊的工藝實(shí)現(xiàn)其點(diǎn)陣排布，空隙部分為排屑槽，有利于散熱，點(diǎn)陣排布提高了加工質(zhì)量、磨具柔韌性及排屑能力[3]。

隨著對產(chǎn)品高質(zhì)量、高可靠性和高性能的追求，精密加工技術(shù)得以迅速發(fā)展，從光學(xué)玻璃、LED產(chǎn)品襯底材料、半導(dǎo)體硅材料到集成電路用微納米尺寸元器件，其最高尺寸精度都趨近于納米；零件形狀也日益復(fù)雜化，各種異型面已是當(dāng)前非常典型的幾何形狀[4-6]。而金剛石點(diǎn)膠軟磨片能夠很好地與磨削表面相吻合，滿足精密、異形加工要求，深受用戶青睞。評定軟磨片磨削性能的好壞主要有磨削效率和磨削質(zhì)量兩個指標(biāo)，本文重點(diǎn)對金剛石點(diǎn)膠軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削性能進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及磨削條件

所用磨削設(shè)備為改裝的磨盤磨拋機(jī)，如圖1所示，其電機(jī)轉(zhuǎn)速為2800 r/min。磨削過程中使用水作為冷卻液，采用恒壓力的磨削方式，所加壓力為20N。

圖1 磨拋機(jī)Fig．1 Polishing machine

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品及磨削材料

本次實(shí)驗(yàn)采用點(diǎn)陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片對玻璃進(jìn)行磨削，其實(shí)物如圖2和圖3所示，軟磨片所用磨料粒度：W40。其中，點(diǎn)陣排布軟磨片磨削圓點(diǎn)的直徑為1.5mm，點(diǎn)的高度為0.7mm，點(diǎn)與點(diǎn)之間有排屑槽，間距為1.5mm，通過計(jì)算其有效磨削面積為全面涂附型軟磨片的16.7%；而全面涂附型軟磨片工作層厚度為0.2mm(太厚將引起工作層開裂、影響軟磨片的柔韌性)。磨削對象為普通玻璃，莫氏硬度：6.5，橫截面尺寸為50mm×5mm，如圖4所示。

圖2 點(diǎn)陣排布軟磨片F(xiàn)ig．2 Flexible polishing pad for orderly arrangement

圖3 全面涂附型軟磨片F(xiàn)ig．3 Flexible polishing pad for entire coating

圖4 磨削玻璃Fig．4 Grinding glass

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用尺寸規(guī)格為5英寸的點(diǎn)陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片，各對玻璃試樣磨削180分鐘，測試磨削前后玻璃的磨削量，計(jì)算磨削效率；同時，觀察被磨削玻璃的表面形貌，測試其表面粗糙度，判斷磨削質(zhì)量的好壞。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 磨削效率性能對比

每30分鐘稱量一次兩種軟磨片的玻璃磨削量，得到如圖5所示的磨削量與磨削時間的關(guān)系曲線。通過圖5可知，由于金剛石粒度只有40μm左右，主要用于半精磨加工，整個過程玻璃磨削都不大。剛開始30分鐘點(diǎn)狀金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削量分別為0.08g和0.1g，這主要是由于開始階段全面涂附型軟磨片單位面積內(nèi)金剛石顆粒數(shù)多，參與磨削的磨粒也多，磨削能力強(qiáng)，所以磨削量稍大。隨著磨削時間的延長，全面涂附型軟磨片表面殘留的玻璃巖粉越來越多，冷卻水很難將軟磨片表面的巖粉沖洗掉，阻礙了金剛石磨料對玻璃的磨削作用；而點(diǎn)陣排布金剛石樹脂軟磨片磨削圓點(diǎn)之間有“排屑槽”，為冷卻液和磨削廢棄物玻璃巖粉提供了輸送通道，改善了排屑能力，有利于軟磨片達(dá)到“自銳”的狀態(tài)[7-8]，金剛石依然表現(xiàn)出很好的磨削效果，磨削180分鐘后點(diǎn)陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削量分別為0.44g和0.38g，說明有序排布的“點(diǎn)陣”結(jié)構(gòu)能夠有效提高軟磨片的磨削效率。

圖5 金剛石軟磨片磨削量與磨削時間關(guān)系曲線Fig．5 The relationship curve of grinding quantity and time for flexible polishing pads

同時，我們觀察軟磨片表面狀況，可以發(fā)現(xiàn)，由于全面涂附型軟磨片工作層厚度較薄，有些部位有基材出露，而點(diǎn)狀金剛石樹脂軟磨片只有圓點(diǎn)尖端處有損耗，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于全面涂附型軟磨片，達(dá)到效率和壽命同步提高的目的。

2.2 磨削質(zhì)量性能對比

磨削完畢后，采用粗糙度儀分別測試玻璃磨削面的粗糙度，其中，點(diǎn)陣排布金剛石軟磨片磨削玻璃的表面粗糙度為Ra1=0.207μm，全面涂附型軟磨片磨削玻璃的表面粗糙度為Ra2=0.219μm，磨削表面形貌如圖6所示。通過圖6可知，點(diǎn)陣排布結(jié)構(gòu)對被磨削玻璃的表面粗糙度影響不大，這主要與金剛石的粒度有關(guān)[9]。

圖6 磨削玻璃表面形貌(×100)Fig．6 The surface morphology of grinding glass(×100)

如果我們提高加壓力為30N時，全面涂附型軟磨片磨削過程中有樹脂燒焦異味，加工玻璃也很容易出現(xiàn)燒傷或如圖7所示的玻璃崩邊情況，而點(diǎn)陣排布金剛石樹脂軟磨片磨削過程中不會出現(xiàn)這種情況，這主要是由于點(diǎn)陣排布結(jié)構(gòu)使金剛石磨削小單元按預(yù)設(shè)間距呈有序均勻分布，有較大容屑空間和排屑槽，有利于冷卻液進(jìn)入磨削界面，降低磨削溫度，從而防止玻璃崩邊。

但點(diǎn)狀金剛石樹脂軟磨片磨削圓點(diǎn)“孤立”分布，在磨削過程中很容易造成工作層脫落，所以應(yīng)確保樹脂結(jié)合劑對布基有很好的潤濕性和粘接力，方能改善圓點(diǎn)結(jié)合力。

圖7 磨削玻璃崩邊Fig．7 The edge collapse of grinding glass

3 結(jié)論

(1)磨削初期，全面涂附型軟磨片磨削效率稍大于點(diǎn)狀軟磨片，隨著磨削的繼續(xù)進(jìn)行，全面涂附型軟磨片磨削效率下降較快，磨削180分鐘后磨削量分別為0.44 g和0.38g，點(diǎn)陣排布結(jié)構(gòu)能夠有效提高軟磨片的磨削效率和壽命。

(2)玻璃磨削表面粗糙度與軟磨片表面結(jié)構(gòu)關(guān)系不大，主要與金剛石的粒度有關(guān)；但點(diǎn)陣排布結(jié)構(gòu)能夠提高加壓壓力，有效防止玻璃崩邊。