[發明專利]一種高平面度金屬超薄板的加工方法

有效

• 申請號: 201710566297.1
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107263035B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 周平;閆英;趙炳堯;金洙吉;康仁科;郭東明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

本發明公開了一種高平面度金屬超薄板的加工方法，通過將初始毛坯厚度方向的一側通過機械加工工藝去除部分材料，加工成鏤空毛坯，鏤空毛坯的鏤空側作為后續加工的鏤空支撐結構；鏤空毛坯的另一側作為后續的超薄板零件毛坯。鏤空支撐結構使零件內部的殘余應力得到有效釋放，結合去應力退火工藝，使得厚金屬板切出超薄板時，由于內部殘余應力釋放引起的翹曲變形能夠得到有效控制；本發明通過在支撐結構上加工孔結構或槽結構，通過毛細作用滲膠，有效減小了膠層厚度和粘結變形，使得夾持變形得到有效控制；同時，通過同種材料基板上盤，減小了加工過程中溫度梯度引起的熱變形；本發明采用石蠟或松香蠟粘接，不采用電磁吸盤，可用于加工非鐵磁性材料。

技術領域

本發明涉及一種高平面度金屬超薄板的加工方法，屬于磨粒加工領域。

背景技術

目前，金屬超薄板類零件的應用范圍非常廣泛，其尺寸精度和形位精度往往對于零件使用性能有很大的影響。這類零件常見的有墊圈、摩擦片、樣板和超薄反射鏡等。薄板零件厚度比長度(或直徑)小一個甚至兩個量級以上，最典型的力學特性是剛度極低，在加工過程中各種力和溫度引起的變形非常明顯。薄板加工過程中為了增加剛度，要通過上盤工藝將待加工件和支撐結構固定，在加工結束后再通過下盤工藝將工件和支撐結構分離，上盤、下盤前后的工件夾持變形不穩定給面形控制帶來很大困難。磨削、研磨和拋光是加工高平面度薄板零件的常用工藝流程。為了獲得高平面度的薄板零件，相比常規小徑厚比零件，必須解決各工藝流程中的工件夾持變形、溫度不均勻引起的熱變形和加工損傷引起的應力變形三個問題。此外，由于金屬零件的內應力狀態相比光學零件常用的單晶或陶瓷類材料更加復雜，在加工過程中殘余應力釋放也對金屬薄板的加工帶來諸多困難。四種因素復合作用使得金屬薄板高平面度表面的加工面臨諸多難題，因此，提出一種普適性的方法解決高平面度金屬薄板的加工具有十分重要的意義。

針對高平面度薄板的加工問題，國內外學者和工程技術人員做了大量的研究工作，其中以光學領域的透明薄片加工工藝最為成熟。蘇瑛等在《應用光學》雜志的2009年第30卷第1期，第93-95頁發表的《增厚-光膠法控制超薄、變形平面零件的加工工藝研究》一文中詳細介紹了目前最主流的透明薄片加工工藝，在該工藝方法中，主要通過增厚零件原始厚度、采用傳統工藝方法加工出其中一個表面，再以該面為基準面，采用光膠上盤，將零件磨削減薄到指定厚度，按傳統工藝加工出要求面形精度后下盤。在該方法中，一方面，通過增加原始厚度減小了第一個面的高平面度加工難度，另一方面，通過光膠上盤有效減少了因粘結變形引起的工件夾持變形，確保第二個面加工下盤后沒有過大的附加變形。這種方法可以成功加工出具有高面形精度要求的透明光學超薄板，但應用于金屬超薄板加工時又遇到諸多問題。首先，增厚零件磨削或研磨減薄過程中，由于金屬零件內部殘余應力的存在，減薄后應力釋放，會產生亞毫米甚至毫米量級的變形，而類似情況在單晶類光學元件材料中很少發生，單晶類材料制備過程中的內部殘余應力較金屬材料小2-3個量級以上。其次，金屬材料非透明，無法采用能夠有效減小膠結變形的光膠技術上盤。所以，現有增厚原始零件厚度和光膠上盤技術結合的超薄板加工方法無法實現高平面度金屬超薄板的加工。

中國專利號CN201710089820.6公開了周平等人的《一種粘彈性墊的制作方法及薄板類工件平面磨削方法》，通過粘彈性墊減小電磁吸盤對薄板工件的吸附夾持變形，采用平面磨床加工金屬薄板工件，獲得了面形精度達到PV 5.5m的薄鋼板(薄鋼板長110mm、寬100mm、厚5mm)，然而，該技術用于更大徑厚比的超薄板時，夾持變形以及磨削殘余應力引起的變形都變得非常難以控制，此外，這種方法只適用于鐵磁性材料薄板加工。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能實現以下目的的高平面度金屬超薄板的加工方法：

1、厚金屬板切出超薄板時，由于內部殘余應力釋放引起的翹曲變形能夠得到有效控制；

2、非透明金屬材料膠結上盤時，夾持變形能夠得到有效控制；

3、用于徑厚比大于25的超薄板時，磨削殘余應力引起的變形易于控制；