[發明專利]超硬材料射流拋光方法

在審

• 申請號: 201710420600.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107199514A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 姜志剛;高秀蘋;徐麗娜
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B24C1/08
• 分類號: B24C1/08;B24C1/02;B24C7/00;B24C11/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于超硬材料加工的技術領域，特別涉及硬質材料和超硬材料制品的異型表面、棱角的精細拋光技術。

背景技術

超硬材料以其優異的性能得到越來越廣泛的應用，超硬材料制品的精密加工技術是精密制造業的難點，特別是異形面、凹曲面、棱角的精細拋光的加工難度更大。眾所周知，高速流動的磨料水射流對物體表面有拋光刻蝕作用，在非超硬材料加工領域，在加工一些異形面、細長件、微小區域、鏡面級球面以及非球面光學器件過程中，磨料水射流拋光技術已經得到了一定程度的應用。比如申請號為CN201010598893.6的發明，公開一種水射流拋光工藝，先用白剛玉研磨液A(粒度為1000#)、后用白剛玉研磨液B(4000#～10000#)通過水噴砂工藝同時對多個精沖進行噴砂拋光，噴射壓力為0.3～0.8Mpa。以上工藝，磨料水壓力較小、磨料硬度低，適合常規材料的拋光，但無法實現對超硬材料有效去除，拋光效果不明顯。

發明內容

為了克服背景技術中現有工藝的不足，本發明提出一種超硬磨料水射流拋光技術，針對硬質材料或超硬材料制品的異形表面、棱角的拋光而建立的超硬材料射流拋光工藝，主要用于硬質材料或超硬材料零部件的曲面拋光和超硬刀具刃口強化。

一種超硬材料水射流拋光方法，在磨料水射流拋光平臺上利用高壓柱塞泵將混有金剛石粉的磨料水加壓0.5MPa～50MPa，高壓下的磨料水經噴嘴射出形成磨料水射流，對超硬材料進行拋光，噴嘴內直徑為0.5mm～1mm，所述的金剛石粉是指粒度為5nm～5μm的金剛石微粉或納米粉，磨料水的質量濃度為0.5％～5％，水射流與待拋光的工件表面的夾角為10°～75°，噴嘴與待拋光工件的距離為1cm～10cm，單次噴射時間為2～30分鐘。

磨料水射流的速度最好為10m/s～200m/s。優選的磨料水壓力10MPa～20Mpa。

本發明的超硬材料水射流拋光方法，是基于磨料水射流拋光平臺實現的，拋光起初首先要確定噴嘴的口型與直徑，以及磨料粒度。本發明采用噴嘴口的形狀可以為圓形口，也可以矩形口。本發明采用金剛石微粉和納米粉為磨料，并與水混合，在高壓作用下產生磨料水射流，并從噴嘴射出，通過調整磨料水噴射壓力、磨料水濃度、磨料粒度、噴射距離、噴射夾角等實現超硬材料工件表面、棱角的拋光。

超硬材料水射流拋光過程中，噴射壓力、噴嘴直徑、噴射距離等工藝參數對其拋光質量有較大影響。其中，噴射壓力、磨料粒度、磨料水濃度、噴射距離、噴射時間與去除能力有關，這些工藝參數越大，去除能力越強，但是拋光材料表面也越粗糙，反之零件表面越光滑。在同樣的噴射壓力下，噴嘴越細，磨料粒子動能越大，去除能力越強，但是拋光材料表面也越粗糙，反之零件表面越光滑。噴射角度也是影響拋光質量的一個重要參數，不同噴射角度對超硬材料去除面形會產生影響，存在一個合理的角度區間，去除效果最好，而且拋光效果最好。基于此，本發明合理控制噴嘴直徑、磨料粒度、噴射壓力、磨料水濃度、噴射距離、噴射時間、以及噴射角度，以保證超硬材料的加工效果。

有益效果：

1、本發明兼具磨料水射流技術安全可靠、應用過程不發熱、無粉塵、被切材料磨損小等特點。

2、本發明以超硬金剛石微粉、納米粉進行超硬材料拋光，其工藝機動靈活、效率高，能實現超硬材料表面去除并達到納米級拋光，有效提高超硬材料工件耐磨性，延長超硬材料零件使用壽命。

3、本發明采用高壓力的納米金剛石為磨料進行超硬材料拋光，可以達到超硬材料工件表面3nm的光潔度，大大提高了超硬材料的性能。

4、本發明針對硬質材料或超硬材料制品的異形表面、棱角的拋光，主要用于硬質材料或超硬材料零部件的曲面拋光和超硬刀具刃口的強化，這將促使超硬材料制品在整個刀具市場的比重大幅提升，而且將更多的應用于汽車、航空等領域。

附圖說明

圖1是實施例1所用的磨料水射流拋光平臺結構示意圖。

圖2是本發明所使用的磨料水射流拋光平臺的噴嘴結構圖。

圖3是實施例2的PCD刀具刃口拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。

圖4是實施例3的PCD刀具前刀面拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。

圖5是實施例4的PCD刀具前刀面拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。

圖6是實施例5的PCD刀具前刀面拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。

圖7是實施例6的PCD刀具前刀面拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。

圖8是實施例7的PCD刀具前刀面拋光前和拋光后顯微鏡下對比圖。