用平面磨床磨石英玻璃這種材質的工件不像磨普通的鋼那么簡單,這種材質工件具有一定的磨削難度,YASHIDA磨床廠家在這篇文章中給大家分享相關經驗。
先搞清楚石英玻璃的特性
石英玻璃的主要成分是二氧化硅,硬度高、導熱系數低、斷裂韌性也低。磨削的時候,材料去除主要靠脆性斷裂,磨削力稍微大一點,工件表面和亞表面就容易出裂紋。再加上導熱差,磨削熱散不出去,局部溫度一高,熱應力就能讓微裂紋進一步擴展,工件變形甚至報廢。所以磨石英玻璃,目標就是要讓材料從脆性斷裂往塑性域磨削過渡。而要實現這個目標,砂輪選型是第一關。
磨料:非金剛石莫屬
石英玻璃硬度太高了,普通剛玉砂輪或者碳化硅砂輪上去,磨損速度飛快,磨不了幾個件就得換,精度還保證不了。目前行業內普遍認可用金剛石砂輪來磨石英玻璃。金剛石是自然界最硬的物質,切削高硬度的石英表面不在話下。人造金剛石因為粒度均勻、雜質少、晶體形態可控,是首選。立方氮化硼雖然也硬,但不適用于石英這類非鐵系硬脆材料。
粒度:粗磨精磨分開配
砂輪粒度直接決定表面粗糙度和磨削效率。石英磨削通常要分幾道工序來走:
粗磨階段推薦140目到230目的金剛石砂輪。這個粒度范圍既能保證材料去除率,又能控制好邊緣完整性,快速去除余量的同時避免顆粒太大造成嚴重崩邊。
半精磨階段用270目到400目的砂輪,進一步降低表面粗糙度,把前一道工序留下的微裂紋修整掉。
精磨和拋光階段就得細了。光學窗口或者半導體基片這類高要求的工件,要用600目到1200目甚至更細的砂輪。超細粒度能實現塑性域磨削,表面粗糙度Ra可以控制在0.02微米以下。學術研究也證實了這一點——從400#砂輪磨出來的表面Ra是274納米,到5000#砂輪能降到1.4納米。粒度越細,表面的凹坑、微裂紋、深劃痕這些缺陷就越少。
結合劑:粗磨陶瓷、精磨樹脂
結合劑決定了砂輪對磨粒的把持強度和自銳性。三種常見的結合劑各有各的用場:
樹脂結合劑砂輪彈性好、自銳性強,磨削時對石英表面沖擊小,適合精磨和超精磨,能拿到低粗糙度的表面。缺點就是耐熱性差一些,得配上充分的冷卻。
陶瓷結合劑砂輪剛性好、形狀保持能力強、耐高溫,適合高效粗磨和半精磨。不過陶瓷結合劑本身比較脆,磨削參數得控制好,防止沖擊過大。
金屬結合劑砂輪多用于高精度成型磨削,自銳性差,常規平面磨石英不太用它。
實際生產中,粗磨和半精磨推薦陶瓷結合劑金剛石砂輪,精磨優選樹脂結合劑金剛石砂輪。
濃度和硬度:不能忽視的細節
磨料濃度指的是砂輪工作層里金剛石顆粒的體積占比。石英磨削阻力大,建議選100%到150%之間的較高濃度,能延長砂輪壽命、保證加工一致性。也有資料建議高精度工件選擇75%到100%的濃度。
砂輪硬度說的是結合劑對磨粒的把持強度。磨石英這種硬脆材料,應該選中等偏軟的砂輪,K、L、M級比較合適。偏軟的砂輪磨粒鈍化了容易脫落,始終保持新鮮鋒利的磨粒露在外面,切削能力一直在線,磨削力和磨削熱都能降下來。
磨削參數也得跟上
砂輪選對了,磨削參數也得配合好。砂輪線速度一般控制在25到35米每秒。粗磨時磨削深度在0.02到0.05毫米,精磨時控制在0.005到0.01毫米。磨削過程中一定要充分冷卻,降低磨削溫度、減少熱應力對石英的影響。磨削方式推薦順銑式,也就是砂輪旋轉方向和工作臺進給方向一致。
總的來說,平面磨床磨削石英玻璃,砂輪選型是個系統工程。磨料必須用金剛石,粗磨用粗粒度、精磨用細粒度,粗磨半精磨配陶瓷結合劑、精磨配樹脂結合劑,濃度和硬度也各有講究。把這些維度都考慮周全了,再配上合理的磨削參數,才能在保證加工效率的同時拿到理想的表面質量。
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