[發明專利]一種高精度金剛石維氏壓頭的機械刃磨方法

有效

• 申請號: 201710801135.1
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107470989B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 宗文俊;魏宗磊;孫濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B3/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種高精度金剛石維氏壓頭的機械刃磨方法，其特征在于：所述的方法步驟如下：

步驟一：選擇規整的六面體天然金剛石顆粒作為壓頭頭部材料，壓頭柄材料選擇熱膨脹系數極低的鐵鎳合金，根據壓頭柄設計參數和六面體天然金剛石顆粒大小準備好壓頭柄；

步驟二：使用真空釬焊方法實現所述的金剛石顆粒與壓頭柄的穩固連接；

步驟三：釬焊后的金剛石顆粒被焊料所掩埋，為了便于壓頭四個錐面定向，把壓頭柄安裝到PG3B行星型鉆石刀具研磨機的分度夾具上，使壓頭柄垂直于金剛石砂輪盤后，采用W50金剛石或碳化硅砂輪將壓頭端部多余的焊料和壓頭柄材料去除，露出金剛石本體，然后把壓頭柄卸下并在光學顯微鏡下對金剛石晶體定向，選定晶向后在壓頭柄上做好標記；

步驟四：將壓頭柄按標記重新安裝到分度夾具上，并在PG3B行星型鉆石刀具研磨機自帶的光學監控系統下調校壓頭柄安裝誤差；

步驟五：采用W50金剛石或碳化硅砂輪對壓頭柄端部進行滾磨加工，滾磨至露出金剛石顆粒即可停止；

步驟六：恒溫控制PG3B行星型鉆石刀具研磨機周圍環境條件為23℃，恒溫精度±0.5℃；在PG3B行星型鉆石刀具研磨機主軸冷卻水循環系統正常工作情況下，空載靜置PG3B行星型鉆石刀具研磨機，使其性能達到穩定狀態；

步驟七：重新對擺軸進行清零操作，清零完成后設置分度夾具軸線與研磨盤的夾角為66°；

步驟八：采用800#的青銅基金剛石砂輪盤粗磨金剛石維氏壓頭的四個錐面，根據晶向標記定位被刃磨面的好磨方向，然后設置刃磨工藝參數為：金剛石壓頭錐面與金剛石砂輪盤接觸點位置距離主軸中心30mm，金剛石砂輪盤附加往復運動，所述的主軸轉速為4200r/min，研磨壓力為14.7N；

步驟九：用鑄鐵研磨盤替換800#青銅基金剛石砂輪盤，用單點金剛石修整筆替換壓頭柄，進行在位修盤，然后在鑄鐵研磨盤表面均勻涂覆W0.1的金剛石研磨膏，接著用研磨塊在鑄鐵研磨盤表面手工預研10分鐘后刮除鑄鐵研磨盤表面多余研磨膏；

步驟十：重新把金剛石維氏壓頭安裝到分度夾具上，根據晶向標記定位被刃磨面的好磨方向，設置分度夾具軸線與鑄鐵研磨盤的夾角為68°后對金剛石壓頭四個錐面進行精磨；精磨工藝參數設置為：金剛石壓頭與鑄鐵研磨盤接觸點位置距離主軸中心的距離為30mm，鑄鐵研磨盤附加往復運動，主軸轉速4200r/min，研磨壓力14.7N；研磨過程中采用兩組相對面去除材料高度的差來控制尖端橫刃長度，只控制最后一個錐面的材料去除高度，研磨時根據四個面研磨的難易程度，將兩對面分別由難磨到易磨定為F₁和F₃及F₂和F₄，四個面研磨順序依次為F₁、F₂、F₄和F₃，以抵消加工過程引入的部分誤差，確保尖端橫刃長度小于60nm；

步驟十一：從分度夾具拆下壓頭柄，采用光學顯微鏡離線檢測金剛石維氏壓頭四個錐面，若1400×光學放大倍率下壓頭尖端和棱邊無肉眼可見缺陷，尖端無肉眼可見橫刃，則采用原子力顯微鏡繼續檢測壓頭尖端形貌并計算壓頭鈍圓半徑和尖端橫刃長度；若1400×光學放大倍率下尖端和棱邊有肉眼可見缺陷或尖端有肉眼可見橫刃，則視為不合格，應重新按步驟十進行精磨；

步驟十二：對于原子力顯微鏡檢測合格的金剛石維氏壓頭進行壓頭柄的加工；

步驟十三：壓頭柄加工完成后，采用激光共聚焦顯微鏡對金剛石維氏壓頭各角度參數的制造誤差進行檢測；

步驟十四：檢測完成后用酒精對金剛石維氏壓頭進行清潔，并裝護套、裝盒保護。

2.根據權利要求1所述的一種高精度金剛石維氏壓頭的機械刃磨方法，其特征在于：步驟一中，壓頭的棱錐體軸線選擇金剛石晶體的<100>晶向，棱邊在(100)晶面的投影與<100>晶向夾角為45°。

3.根據權利要求1所述的一種高精度金剛石維氏壓頭的機械刃磨方法，其特征在于：步驟二的具體步驟如下：先用酒精將壓頭柄清洗干凈，去除污染物；然后，把金剛石顆粒放置于壓頭柄的凹槽內，并埋覆銀銅鈦釬焊料；最后，把埋有金剛石顆粒和釬焊料的壓頭柄置于真空釬焊爐內進行釬焊，高溫使焊料熔化而包埋住金剛石顆粒，同時將金剛石顆粒與壓頭柄材料穩固連接在一起。