專利名稱：一種切割脆性材料的刀輪及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種脆性材料包括玻璃、陶瓷、硅片和半導(dǎo)體的切斷和裂斷刀輪及
其加工方法，特別是一種用于玻璃切割的刀輪及其加工方法。
背景技術(shù)：
隨著科技水平的迅猛發(fā)展，許多領(lǐng)域要求脆性材料的厚度薄，硬度大，且對于脆性 材料的切割質(zhì)量要求也越來越高，尤其是玻璃行業(yè)，下面就以玻璃材料為例來進(jìn)行說明。
用來進(jìn)行玻璃切割的盤狀刀輪具有的共同特征是均包括切割刃部、刀輪盤面和 刀輪中心用來安裝刀軸的軸孔。其中切割刃部呈V型，便于切入玻璃，刀輪材料主要是金剛 石、聚晶或多晶金剛石、硬質(zhì)合金材料，或者這幾種材料的復(fù)合材料。 目前玻璃，尤其是液晶顯示器所用玻璃的厚度從2mm到0. lmm越來越薄，硬度越來
越大，同時對玻璃裂斷面的質(zhì)量要求也更高，使得切割時的壓力、切入技術(shù)、裂斷效率等要
求以及精度要求也都更高，給切割工具——刀輪的研究開發(fā)提出了很大的挑戰(zhàn)。 專利ZLO1124992. 7和CN200680003956. 0，以及本申請人申請的專利
ZL200410104603. 2等提出了幾種在切割刃部加工的微結(jié)構(gòu)，具體參見圖6、8和圖9所示。
這幾種微結(jié)構(gòu)都分別使切割刃部產(chǎn)生周期性的凹凸槽，其中把刀輪豎直放置在水平面時，
能看到刀輪盤面的為正視。各圖中的分圖(a)分別為正視圖，(b)分別為正視圖切割刃部
的局部放大圖，(c)為刀輪的側(cè)視圖，(d)圖為側(cè)視圖刃部的局部放大。切割脆性材料的原
理是在切割時給刀輪施加一定壓力，使刃部凸起的部分切入玻璃內(nèi)部，而凹陷部分不能夠
切入玻璃內(nèi)部，則形成了間斷的周期性切痕。相鄰切痕在應(yīng)力作用下可以產(chǎn)生裂紋，并由裂
紋相連接，使得玻璃被切開并裂斷。 對于第一種結(jié)構(gòu)的刀輪，如圖6所示，刀輪刃部是圓弧以及類似圓弧的凹陷61結(jié) 構(gòu)和凸起62結(jié)構(gòu)。但是這種結(jié)構(gòu)主要是針對解決切割中的滑刀造成的切割問題。圖中所 示的部位63不能形成刃口 ，在進(jìn)行玻璃切割時會無規(guī)則地擠壓玻璃，使玻璃產(chǎn)生多向的應(yīng) 力，并最終造成如圖7所示的放射狀裂紋，如圖7所示，對玻璃切割造成嚴(yán)重的破壞。
對于第二種結(jié)構(gòu)的刀輪，如圖8所示，刀輪刃部是矩形凹陷81和矩形凸起82結(jié) 構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在玻璃切割時，矩形凹陷81會被切割時產(chǎn)生的玻璃微粉末填充，造成堵塞，導(dǎo) 致切割出現(xiàn)切入不順。 對于第三種結(jié)構(gòu)的刀輪，如圖9所示，刀輪刃部是梯形凹陷91和倒梯形凸起92 結(jié)構(gòu)，而且從俯視圖可以看到這種梯形凹陷91和倒梯形凸起92形成一個銳角Y。與第二 種結(jié)構(gòu)刀輪相似，這種結(jié)構(gòu)在玻璃切割時，梯形凹陷91也會被切割時產(chǎn)生的玻璃微粉末填 充，造成堵塞。 對于刀輪的加工方法，本申請人申請的專利ZL200410104603. 2和另外的一個專 利CN200680003956. 0中提出的用激光加工的方法，激光束的方向相對于刀輪盤面是垂直 的。在刀輪外邊緣棱線部位加工微結(jié)構(gòu)時，激光束必須貫穿材料或者說切斷材料才能形成 微結(jié)構(gòu)，而專利CN200680003956. 0中提出的激光束相對于刀輪盤面的運(yùn)行軌跡是一個閉
5合或者不閉合的曲線，激光加工時必須把包含在曲線內(nèi)的刀輪材料整個切除下來，達(dá)到與
原刀輪分離的目的。此方法不能夠在材料上去除一個具有一定深度的區(qū)域。 另外刀輪進(jìn)行工作時，固定刀輪的刀架與刀輪盤面以及刀軸與刀輪軸孔之間會高
速摩擦而需要潤滑，使用液態(tài)潤滑劑會造成玻璃污染，所以刀輪潤滑也是急需解決的問題。 針對上述這些問題，本發(fā)明提供一種既能夠避免出現(xiàn)上述的放射狀裂紋，又不會
造成堵塞，使用壽命長且切割質(zhì)量高的用于切割玻璃以及其它脆性材料的刀輪及其加工方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種切割脆性材料的刀輪，特別是能夠高質(zhì)量切割玻 璃、且提高使用壽命的刀輪。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案一種切割脆性材料的刀輪，包括由曲面 A、 a2以及外邊緣棱線1形成的角度為的V形切割刃部1、圓形盤面2和中心軸孔3， V 形切割刃部1的外邊緣棱線1 一周具有交替分布的切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5，每個所述的切割 刃4包括曲面ai和a2的局部以及四個側(cè)面a3、a4、a5和a6，曲面&1局部和a2局部的相交線 為刀輪外邊緣棱線1的一段L，側(cè)面a3和a4的相交線為12，側(cè)面a5和a6的相交線為13，其 中曲面&局部、a2局部和它們的相交線L形成V形刃口一，側(cè)面a3、 a4和交線12形成V形 刃口二，側(cè)面&5、￡16和交線lg形成V形刃口三。 根據(jù)本發(fā)明，所述切割刃4中的所述V形刃口一的夾角為^的角度范圍為 70度-170度，所述V形刃口二的夾角為V2， V2的角度范圍為30度-179. 99度，所述V形 刃口三的夾角為V3， V3的角度范圍也為30度-179. 99度，L的長度范圍為5um-2000um， 12的長度范圍為0. 5um-300um， 13的長度范圍也為0. 5um-300um。 根據(jù)本發(fā)明，所述的切割刃4的側(cè)面&3、&4、35和36可以是平面也可以是曲面。
根據(jù)本發(fā)明，所述交替分布的切割刃4的外形和角度可以相同也可以不同。
根據(jù)本發(fā)明，所述的凹陷結(jié)構(gòu)5的底部可以是平面或者曲面，可以是凹陷的或者 是凸起的。 根據(jù)本發(fā)明，所述的凹陷結(jié)構(gòu)5的底部也可以是由底面 和as構(gòu)成的角度為V4 的V形刃口四，其中V形刃口四的底面a7和a8的相交線為14。 根據(jù)本發(fā)明，相鄰兩個所述的切割刃4之間的四個側(cè)面也是一個凹陷結(jié)構(gòu)5的側(cè) 面，所述的凹陷結(jié)構(gòu)5是具有此四個側(cè)面的任意形狀的凹陷。 根據(jù)本發(fā)明，所述的凹陷結(jié)構(gòu)5在遠(yuǎn)離棱線L的部位處可以具有側(cè)面 ，也可以 是底面和曲面ap^的圓滑過渡。 根據(jù)本發(fā)明，所述切割刃4和所述凹陷結(jié)構(gòu)5的數(shù)目范圍為30-3600個，相鄰切割 刃4或凹陷結(jié)構(gòu)5相對于刀輪盤面中心的夾角13的角度范圍為O. l度-12度，各個相鄰切 割刃4或凹陷結(jié)構(gòu)5所對應(yīng)的夾角13的角度可以相同也可以不同。
根據(jù)本發(fā)明，所述盤面2具有網(wǎng)格線槽6。
根據(jù)本發(fā)明，所述軸孔3具有網(wǎng)格線槽6'。 根據(jù)本發(fā)明，所述盤面2和所述軸孔3具有的網(wǎng)格線槽6、6'可以是直線線槽或者 曲線線槽，可以是平行線槽或交叉線槽。 根據(jù)本發(fā)明，所述網(wǎng)格線槽6、6'中每條線槽的寬度范圍為lum-800um，深度范圍為lum-300um，相鄰線槽的間隔范圍為20um-800um。 根據(jù)本發(fā)明，所述刀輪為盤狀的，直徑范圍為lmm-25mm，刀輪材料是金剛石、聚晶 或多晶金剛石、硬質(zhì)合金材料，或者這幾種材料的復(fù)合材料。 —種切割脆性材料的刀輪的加工方法，在刀輪V形切割刃部1用激光掃描的方式 燒蝕去除加工得到所述的切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5，刀輪上方的激光束7方向平行于刀輪盤 面。包括如下加工步驟 ①設(shè)置需要加工的形狀，并設(shè)置掃描間距d ; ②將刀輪固定在工作臺12上的刀軸11上，使刀輪上方的激光束7方向平行于刀 輪盤面，并使激光束7聚焦在V形切割刃部1邊緣； ③通過調(diào)整激光參數(shù)并控制激光束7運(yùn)行軌跡掃描上述的形狀，使刃部邊緣附近 被激光束7輻照部位的一定厚度的材料被去除，加工出所述的凹陷結(jié)構(gòu)5 ;
④以垂直于刀輪盤面并穿過刀輪幾何中心的直線為軸，使刀輪轉(zhuǎn)動一定角度，并 重復(fù)步驟②和③得到第二個凹陷結(jié)構(gòu)5，其中兩個相鄰凹陷結(jié)構(gòu)5中間沒有被加工的部分 成為實(shí)現(xiàn)切割脆性材料的切割刃4 ; ⑤重復(fù)上述步驟得到交替分布在切割刃部1邊緣棱線L 一周的切割刃4和凹陷 結(jié)構(gòu)5。
根據(jù)本發(fā)明，還包括在盤面2上加工網(wǎng)格線槽6的步驟
①設(shè)計網(wǎng)格線槽6的圖案、寬度和間隔，并設(shè)置掃描間距d ;
②將刀輪盤面平放在工作臺上，使激光束7方向垂直于刀輪盤面；
③聚焦激光束7于刀輪盤面表面； ④并用激光掃描燒蝕去除加工，得到具有網(wǎng)格線槽6的盤面2，其中網(wǎng)格線槽6的 深度可以通過調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行控制。 根據(jù)本發(fā)明，還包括在軸孔3中加工網(wǎng)格線槽6的步驟 ①設(shè)置具有一定寬度和一定間隔的交叉線或平行線，并設(shè)置掃描間距d ; ②把刀輪傾斜并固定刀輪，使激光束7光軸與盤面具有一定夾角，夾角范圍為15
度-45度； ③把激光束7聚焦在刀輪軸孔的內(nèi)壁，且內(nèi)壁所在斜面的某一段處于激光束7掃 描范圍和激光束7焦深范圍； ④用激光掃描網(wǎng)格并同時轉(zhuǎn)動刀輪，最終加工得到內(nèi)壁一周具有網(wǎng)格線槽6的軸 孔3。 根據(jù)本發(fā)明，在加工切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5時，激光束的方向也可以與刀輪盤面形 成一個夾角，此夾角的范圍為-89度至89度。 根據(jù)本發(fā)明，所用激光的波長范圍為157nm-2500nm，激光的功率范圍為 0. 01W-2000W，激光掃描的掃描速度范圍為0. 01mm/s-1000mm/s。 根據(jù)本發(fā)明，激光掃描的方式主要包括單向掃描，往復(fù)掃描以及回轉(zhuǎn)掃描模式，激 光掃描模式中相鄰掃描線的間距d的范圍為0. lum-300um。
本發(fā)明切割脆性材料的刀輪及其加工方法的優(yōu)點(diǎn)是 本專利提出的用激光掃描的加工方式可以通過調(diào)整激光參數(shù)和加工參數(shù)在刀輪 材料的任意區(qū)域去除指定的深度。
本專利提出的新結(jié)構(gòu)的刀輪在切割脆性材料，特別是玻璃時，刀輪刃部1邊緣的 切割刃4切入脆性材料8內(nèi)部時，在被切割材料表面形成周期形的切痕9 (參見附圖5，圖 5(a)為所加工的刀輪在玻璃材料上切割示意圖，圖5(b)為圖5(a)中圓形區(qū)域A5的局部放 大圖)。夾角為的U^的V形刃口二和夾角為1^的V形刃口三具有與切割刃4相似的切 割能力，它的存在，不僅減小了切開脆性材料所需要施加的壓力，使相鄰切痕9間刀輪凹陷 結(jié)構(gòu)5底部接觸不到的材料被切割應(yīng)力裂開，形成裂紋10，裂紋10很直并與切痕平行(參 見附圖5(c)切割后玻璃表面切痕和裂紋的示意圖)，使脆性材料達(dá)到切開，并高質(zhì)量裂斷 的目的，可以保證玻璃材料高質(zhì)量的切割，而且可以避免刀輪堵塞和避免玻璃產(chǎn)生放射狀 裂紋，并能延長刀輪使用壽命和提高切割效率解同時能夠得到高質(zhì)量的玻璃切割斷面。
在加工出具有網(wǎng)格線槽6的盤面2上和軸孔3內(nèi)壁涂以固體潤滑劑，可以很好地 解決潤滑問題。


圖1(a)為刀輪正視圖；圖1(b)為圖l(a)中圓形區(qū)域A1的局部放大圖；圖1(c)為圖l(b)的背面；圖2(a)是刀輪的側(cè)視圖；圖2(b)是圖2(a)中區(qū)域A2的局部放大；圖3(a)是刀輪的剖視圖；圖3(b)是圖3(a)中區(qū)域A3的局部放大；圖4(a)為刀輪的切割刃和凹陷結(jié)構(gòu)的激光加工方法示意4(b)為單向激光掃描加工模式圖4(c)為往復(fù)激光掃描加工模式圖4(d)為回轉(zhuǎn)激光掃描加工模式圖5(a)為所加工的刀輪在玻璃材料上切割示意圖；圖5(b)為圖5(a)中圓形區(qū)域A5的局部放大圖；圖5(c)為切割后玻璃表面切痕和裂紋的示意圖；圖6(a)為圓弧狀刀輪的正視圖；圖6(b)為圖6(a)中圓形區(qū)域A6的局部放大圖；圖6(c)為圖6(a)圓弧狀刀輪的側(cè)視圖；圖6(d)為圖6(c)中圓形區(qū)域B6的局部放大圖；圖7(a)為圓弧狀刀輪切割及切割結(jié)果示意圖；圖7(b)為圖7(a)中圓形區(qū)域A7的局部放大圖；圖7(c)為切割后材料表面切痕和裂紋示意8(a)為矩形狀刀輪的正視圖；圖8(b)為圖8(a)中圓形區(qū)域A8的局部放大圖；圖8(c)為矩形狀刀輪側(cè)視圖；圖8(d)為圖8(c)中圓形區(qū)域B8的局部放大圖；圖9(a)為梯形狀刀輪的正視 圖9(b)為圖9(a)中圓形區(qū)域A9的局部放大； 圖9 (c)為梯形狀刀輪的側(cè)視圖； 圖9(d)為圖9(c)中圓形區(qū)域B9的局部放大圖。 圖9(e)為梯形狀刀輪的剖面圖； 圖9(f)為圖9(e)中圓形區(qū)域C9的局部放大具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1至圖5詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的一種切割脆性材料的刀輪及其加 工方法。 本發(fā)明所述的一種能夠切割脆性材料，特別是能夠切割0. lmm-2mm厚的玻璃材料 的盤狀刀輪，主要是在通常用的刀輪V形刃口部位加工特殊的微結(jié)構(gòu)得到的一種新結(jié)構(gòu)的 刀輪。 其中刀輪材料為聚晶或多晶金剛石，也可以是金剛石、硬質(zhì)合金材料，或者這幾種 材料的復(fù)合材料；刀輪的厚度范圍為0. 3mm-5mm，其典型厚度為0. 7mm ;刀輪的直徑范圍是 lmm-25mm，其中典型直徑為2. 5mm ;中心軸孔的直徑范圍是0. 2mm-20mm，其中典型直徑為 0.8mm;V形切割刃部l的夾角(參見圖2 (a))的角度范圍可以是70度-170度，其典型 角度為120度。 參見圖1至圖3所示，本發(fā)明的刀輪主要是在V形切割刃部1邊緣棱線1的一周 分布有切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5，上下刀輪盤面2和刀輪中心用來固定刀輪的軸孔3。
首先設(shè)計V形切割刃部1 一周交替分布的切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5，切割刃4和所述 凹陷結(jié)構(gòu)5的數(shù)目范圍為30-3600個，相鄰切割刃4或凹陷結(jié)構(gòu)5相對于刀輪盤面中心的 夾角P (參見圖l(a))的角度范圍為O. l度-12度。各個相鄰切割刃4或凹陷結(jié)構(gòu)5的尺 寸以及所對應(yīng)的夾角P的角度可以相同也可以不同。 每個切割刃4包括曲面ai和a2的局部以及四個側(cè)面a3、 a4、 a5和36，側(cè)面a3、 a4、 和a6同時也是凹陷結(jié)構(gòu)5的側(cè)面，這四個面可以是平面也可以是曲面。其中曲面ai局部 和a2局部的相交線為棱線1的一段，即側(cè)面a3和a4的交線為12，側(cè)面a5和a6的交線為 13。其中L的長度范圍為5um-2000咖，12的長度范圍為0. 5咖-300咖，13的長度范圍也為 0. 5um-300um。每個切割刃4中曲面&1局部和a2局部以及它們的相交線棱線1的一段 形成夾角為^的V形刃口一 (此V形刃口一為原V形切割刃部1的局部)，側(cè)面33和34 及其交線_12形成夾角為V2的￥形刃口二，側(cè)面35和36及其交線-13形成夾角為11/3的 V形刃口三，參見圖2(b)，其中^的角度范圍為70度-170度，其中￥2的角度范圍為30 度-179. 99度，其中V3的角度范圍也為30度-179. 99度。 相鄰兩個切割刃4之間的四個側(cè)面是一個凹陷結(jié)構(gòu)5的側(cè)面，凹陷結(jié)構(gòu)5是具有
此四個側(cè)面的任意形狀的凹陷，其底部是由底面37和38構(gòu)成的角度為^的V形刃口四，
其中V形刃口四的底面 和a8構(gòu)成棱線14。夾角￥4的角度范圍為30度_180度，棱線14 的長度范圍是3um-2000um。凹陷結(jié)構(gòu)5的底部也可以是平面或者其他形狀的曲面。
凹陷結(jié)構(gòu)5除了具有上述的四個側(cè)面和底面外，在遠(yuǎn)離棱線L的部位處可以具有 側(cè)面a9，也可以是底面和曲面A、^的圓滑過渡。 上下刀輪盤面2和軸孔3可具有起潤滑作用的網(wǎng)格線槽6、6'，網(wǎng)格線槽6、6'可以是直線線槽或者曲線線槽，可以是平行線槽或交叉線槽，每條線槽的寬度范圍為l咖-800咖，深度范圍為l咖-300咖，相鄰線槽的間隔范圍為20咖-800咖，在網(wǎng)格線槽6中涂以固體潤滑劑可以很好地解決潤滑問題。 本實(shí)施例選聚晶金剛石刀輪為加工對象，所有參數(shù)均選用其典型值。 刀輪典型尺寸參數(shù)直徑為2. 5mm，厚度為0. 7mm，軸孔的直徑是0. 8mm，夾角W的角
度是120度。 選用切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5所對應(yīng)的夾角13的角度相同，均為典型值7.2度，則數(shù)目各為50個。 參見附圖1-3所示，本實(shí)施例設(shè)計切割刃4的V形刃口一的棱線L為90um，四個側(cè)面均為平面，且高度相同；設(shè)計V形刃口二和V形刃口三的角度和棱線均為典型值，角度V2、 ￥3均為IOO度，棱線12和13平行且均為40咖；設(shè)計凹陷結(jié)構(gòu)5的底面為曲面，V形刃口四的角度V4為120度，棱線14相應(yīng)地為67um，并且底面a7和a8分別平行于對應(yīng)的曲面A和a2的局部，12和13分別垂直于與14交點(diǎn)的切線；設(shè)計凹陷結(jié)構(gòu)5在遠(yuǎn)離棱線L端也有兩個側(cè)面 ，且分別平行于棱線12、13和14所在的面，這兩個側(cè)面之間的間距設(shè)計為150um。
設(shè)計刀輪盤面2和軸孔3中網(wǎng)格線槽6為交叉直線，線槽的寬度為40um，深度為40um，相鄰線槽的間隔范圍為IOO咖。 本發(fā)明中涉及到的新結(jié)構(gòu)刀輪的加工方法，其特征在于刀輪中切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5、以及刀輪盤面2上和刀輪軸孔3中的網(wǎng)格線槽6是用激光掃描的方式燒蝕去除加工刀輪材料得到的。所用激光的波長范圍為157nm-2500nm，激光的功率范圍為0. 01W-2000W。激光掃描的方式主要包括單向掃描，往復(fù)掃描以及回轉(zhuǎn)掃描模式。本實(shí)施例中選用的激光器其波長為1064nm的激光，最大功率為30W，采用的激光掃描方式為往復(fù)掃描模式。
在加工切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5時，刀輪上方的激光束7的方向也可以與刀輪盤面形成一個夾角，此夾角的范圍為-89度至89度，本實(shí)施例取激光束與刀輪盤面平行，其加工包括如下步驟 ①設(shè)置需要加工的形狀，并設(shè)置掃描間距d，間距d的范圍為0. lum-300um，這里取典型值5um ; ②將刀輪固定在工作臺12上的刀軸11上，使刀輪上方的激光束7方向平行于刀輪盤面，并使激光束7聚焦在V形切割刃部1邊緣； ③通過調(diào)整激光參數(shù)并控制激光束7運(yùn)行軌跡掃描上述的形狀，使刃部邊緣附近被激光束7輻照部位的一定厚度的材料被去除，加工出所述的凹陷結(jié)構(gòu)5 ;
④以垂直于刀輪盤面并穿過刀輪幾何中心的直線為軸，使刀輪轉(zhuǎn)動上述的角度7. 2度，并重復(fù)步驟③得到第二個凹陷結(jié)構(gòu)5，其中兩個相鄰凹陷結(jié)構(gòu)5中間沒有被加工的部分成為實(shí)現(xiàn)切割脆性材料的切割刃4 ; ⑤重復(fù)上述步驟得到交替分布在切割刃部1邊緣棱線1 一周的切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5。 在加工切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5時，激光掃描的掃描速度范圍為0. 01mm/s-1000mm/s，本實(shí)施例取其典型值10mm/s。 刀輪盤面2上的網(wǎng)格線槽6的加工包括如下加工步驟 ①按上述本實(shí)施例所述設(shè)計網(wǎng)格線槽6的圖案、寬度和間隔，并設(shè)置掃描間距d，間距d的范圍為0. l咖-300咖，本實(shí)施例中其值為5um ; ②將刀輪盤面平放在工作臺上，使激光束7方向垂直于刀輪盤面； ③聚焦激光束7于刀輪盤面表面； ④并用激光掃描燒蝕去除加工，得到具有網(wǎng)格線槽6的盤面2，其中網(wǎng)格線槽6的深度可以通過調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行控制。 刀輪軸孔3中的網(wǎng)格線槽6的加工包括如下加工步驟 ①設(shè)置網(wǎng)格線槽6的圖案、寬度和間隔，并設(shè)置激光的掃描間距d，間距d的范圍為0. lum-300um，本實(shí)施例中其值仍為5咖； ②把刀輪傾斜并固定刀輪，使激光束7光軸與盤面具有一定夾角，夾角范圍為15度-45度，本實(shí)施例中其夾角為25度； ③把激光束7聚焦在刀輪軸孔的內(nèi)壁，且內(nèi)壁所在斜面的某一段處于激光束7掃描范圍和激光束7焦深范圍； ④用激光掃描網(wǎng)格并同時轉(zhuǎn)動刀輪，最終加工得到內(nèi)壁一周具有網(wǎng)格線槽6的軸孔3。 在加工網(wǎng)格線槽6時，激光掃描的掃描速度范圍為0. 01mm/s-1000mm/s，本實(shí)施例取其典型值50mm/s。 用上述方案設(shè)計和加工出來的新結(jié)構(gòu)的刀輪在切割脆性材料，特別是玻璃時，刀輪刃部1邊緣的切割刃4切入脆性材料8內(nèi)部時，在被切割材料表面形成周期形的切痕9(參見附圖5，圖5(a)為所加工的刀輪在玻璃材料上切割示意圖，圖5(b)為圖5(a)中圓形區(qū)域A5的局部放大圖)。夾角為的^的V形刃口二和夾角為u^的V形刃口三具有與切割刃4相似的切割能力，它的存在，不僅減小了切開脆性材料所需要施加的壓力，使相鄰切痕9間刀輪凹陷結(jié)構(gòu)5底部接觸不到的材料被切割應(yīng)力裂開，形成裂紋10，裂紋10很直并與切痕平行(參見附圖5(c)切割后玻璃表面切痕和裂紋的示意圖)，使脆性材料達(dá)到切開，并高質(zhì)量裂斷的目的，可以保證玻璃材料高質(zhì)量的切割，而且可以避免刀輪堵塞和避免玻璃產(chǎn)生放射狀裂紋，并能延長刀輪使用壽命和提高切割效率解同時能夠得到高質(zhì)量的玻璃切割斷面。 在加工出具有網(wǎng)格線槽6的盤面2上和軸孔3內(nèi)壁涂以固體潤滑劑，可以很好地解決潤滑問題。
權(quán)利要求
一種切割脆性材料的刀輪，包括由曲面a1、a2以及外邊緣棱線l形成的角度為ψ1的V形切割刃部(1)、圓形盤面(2)和中心軸孔(3)，V形切割刃部(1)的外邊緣棱線l一周具有交替分布的切割刃(4)和凹陷結(jié)構(gòu)(5)，其特征在于每個所述的切割刃(4)包括曲面a1和a2的局部以及四個側(cè)面a3、a4、a5和a6，曲面a1局部和a2局部的相交線為刀輪外邊緣棱線l的一段l1，側(cè)面a3和a4的相交線為l2，側(cè)面a5和a6的相交線為l3，其中曲面a1局部、a2局部和它們的相交線l1形成V形刃口一，側(cè)面a3、a4和交線l2形成V形刃口二，側(cè)面a5、a6和交線l3形成V形刃口三。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述切割刃(4)中 的所述V形刃口一的夾角為^的角度范圍為70度-170度，所述V形刃口二的夾角 為V2， ^的角度范圍為30度-179.99度，所述V形刃口三的夾角為u/3， ^的角度范圍 也為30度-179. 99度，L的長度范圍為5um-2000um， 12的長度范圍為0. 5um-300um， 13的 長度范圍也為0. 5um-300um。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述的切割刃 (4)的側(cè)面a3、 a4、 a5和a6可以是平面也可以是曲面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述交替分布 的切割刃(4)的外形和角度可以相同也可以不同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述的凹陷結(jié)構(gòu)(5) 的底部可以是平面或者曲面，可以是凹陷的或者是凸起的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述的凹陷結(jié)構(gòu)(5) 的底部也可以是由底面a7和a8構(gòu)成的角度為1^的V形刃口四，其中V形刃口四的底面a7 和a8的相交線為14。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于相鄰兩個所述的切 割刃(4)之間的四個側(cè)面也是一個凹陷結(jié)構(gòu)(5)的側(cè)面，所述的凹陷結(jié)構(gòu)(5)是具有此四 個側(cè)面的任意形狀的凹陷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述的凹陷結(jié) 構(gòu)(5)在遠(yuǎn)離棱線L的部位處可以具有側(cè)面 ,，也可以是底面和曲面ai、a2的圓滑過渡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述切割刃(4)和 所述凹陷結(jié)構(gòu)(5)的數(shù)目范圍為30-3600個，相鄰切割刃(4)或凹陷結(jié)構(gòu)(5)相對于刀輪 盤面中心的夾角13的角度范圍為O. l度-12度，各個相鄰切割刃(4)或凹陷結(jié)構(gòu)(5)所對 應(yīng)的夾角P的角度可以相同也可以不同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述盤面(2)具有 網(wǎng)格線槽(6)。
11 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述軸孔(3)具有 網(wǎng)格線槽(6，)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或10或11所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述盤 面(2)和所述軸孔(3)具有的網(wǎng)格線槽(6、6')可以是直線線槽或者曲線線槽，可以是平行 線槽或交叉線槽。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或10或11所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述網(wǎng) 格線槽(6、6')中每條線槽的寬度范圍為lum-800um，深度范圍為l咖-300um，相鄰線槽的間隔范圍為20um-800um。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切割脆性材料的刀輪，其特征在于所述刀輪為盤狀 的，直徑范圍為lmm-25mm，刀輪材料是金剛石、聚晶或多晶金剛石、硬質(zhì)合金材料，或者這幾 種材料的復(fù)合材料。
15. —種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于在刀輪V形切割刃部(1)用激 光掃描的方式燒蝕去除加工得到所述的切割刃(4)和凹陷結(jié)構(gòu)(5)，刀輪上方的激光束(7) 方向平行于刀輪盤面。包括如下加工步驟① 設(shè)置需要加工的形狀，并設(shè)置掃描間距d ;② 將刀輪固定在工作臺(12)上的刀軸(11)上，使刀輪上方的激光束(7)方向平行于刀輪盤面，并使激光束(7)聚焦在V形切割刃部(1)邊緣；③ 通過調(diào)整激光參數(shù)并控制激光束(7)運(yùn)行軌跡掃描上述的形狀，使刃部邊緣附近被激光束(7)輻照部位的一定厚度的材料被去除，加工出所述的凹陷結(jié)構(gòu)(5);④ 以垂直于刀輪盤面并穿過刀輪幾何中心的直線為軸，使刀輪轉(zhuǎn)動一定角度，并重復(fù)步驟②和③得到第二個凹陷結(jié)構(gòu)(5)，其中兩個相鄰凹陷結(jié)構(gòu)(5)中間沒有被加工的部分 成為實(shí)現(xiàn)切割脆性材料的切割刃(4);⑤ 重復(fù)上述步驟得到交替分布在切割刃部(1)邊緣棱線L一周的切割刃(4)和凹陷 結(jié)構(gòu)(5)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于還包括在盤面(2)上加工網(wǎng)格線槽(6)的步驟① 設(shè)計網(wǎng)格線槽(6)的圖案、寬度和間隔，并設(shè)置掃描間距d;② 將刀輪盤面平放在工作臺上，使激光束(7)方向垂直于刀輪盤面；③ 聚焦激光束(7)于刀輪盤面表面；④ 并用激光掃描燒蝕去除加工，得到具有網(wǎng)格線槽(6)的盤面(2)，其中網(wǎng)格線槽(6)的深度可以通過調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行控制。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于還包 括在軸孔(3)中加工網(wǎng)格線槽(6)的步驟① 設(shè)置具有一定寬度和一定間隔的交叉線或平行線，并設(shè)置掃描間距d ;② 把刀輪傾斜并固定刀輪，使激光束(7)光軸與盤面具有一定夾角，夾角范圍為15度-45度；③ 把激光束(7)聚焦在刀輪軸孔的內(nèi)壁，且內(nèi)壁所在斜面的某一段處于激光束(7)掃描范圍和激光束(7)焦深范圍；④ 用激光掃描網(wǎng)格并同時轉(zhuǎn)動刀輪，最終加工得到內(nèi)壁一周具有網(wǎng)格線槽(6)的軸孔(3)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于在加工切割刃(4)和凹陷結(jié)構(gòu)(5)時，激光束的方向也可以與刀輪盤面形成一個夾角，此夾角的 范圍為-89度至89度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15-17所述的一種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于所 用激光的波長范圍為157nm-2500nm，激光的功率范圍為0. 01W-2000W，激光掃描的掃描速 度范圍為0. 01mm/s-1000mm/s。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-17所述的一種切割脆性材料的刀輪的加工方法，其特征在于激光掃描的方式主要包括單向掃描，往復(fù)掃描以及回轉(zhuǎn)掃描模式，激光掃描模式中相鄰掃描 線的間距d的范圍為0. l畫-300um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種切割脆性材料的刀輪及其加工方法，刀輪具有V形切割刃部1、盤面2和軸孔3。V形切割刃部1的外邊緣棱線l一周具有交替分布的切割刃4和凹陷結(jié)構(gòu)5。每個切割刃4包括曲面a1局部、a2局部，四個側(cè)面a3、a4、a5和a6，以及包括夾角分別為ψ1、ψ2和ψ3的V形刃口一、V形刃口二和V形刃口三。盤面2和軸孔具有網(wǎng)格線槽6，切割刃4、凹陷結(jié)構(gòu)5和網(wǎng)格線槽6是用激光掃描的方式加工得到。這種具有新結(jié)構(gòu)的刀輪能夠避免或減少其它結(jié)構(gòu)的刀輪在切割材料時刀輪堵塞，以及避免材料產(chǎn)生放射狀裂紋，并能延長刀輪使用壽命，同時得到高質(zhì)量的切割斷面。另外在網(wǎng)格線槽6內(nèi)壁涂以固體潤滑劑，可以很好地解決潤滑問題。
文檔編號B23K26/38GK101745990SQ20081018055
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者孫春雨 申請人:孫春雨