本發(fā)明涉及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
隨著尖端科技的迅猛發(fā)展，藍(lán)寶石、單晶硅、光學(xué)玻璃等硬脆材料在航空航天、光學(xué)及電子等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。藍(lán)寶石具有優(yōu)良的光電性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能、高耐磨性、高熔點(diǎn)和高硬度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光電子、通訊、國(guó)防等領(lǐng)域。藍(lán)寶石材料是氮化物半導(dǎo)體襯底的首選材料，在特殊環(huán)境要求下，還沒有替代產(chǎn)品。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是led半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)藍(lán)寶石基片的市場(chǎng)需求越來(lái)越強(qiáng)烈。
作為襯底材料，藍(lán)寶石基片表面的加工精度和完整性要求特別高。藍(lán)寶石基片的加工，研磨和拋光占有非常重要的工序地位，應(yīng)在注重加工效率的同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注表面粗糙度、表層損傷、殘余應(yīng)力、平坦度(面型精度)等技術(shù)指標(biāo)。目前，針對(duì)藍(lán)寶石基片，可采用化學(xué)機(jī)械拋光、流體拋光等傳統(tǒng)或新興的超精密加工技術(shù)，在已經(jīng)取得相關(guān)技術(shù)突破的同時(shí)，也存在一些不容忽視的問題。
preston方程是廣泛應(yīng)用在磨削加工中的經(jīng)驗(yàn)公式，此方程是由preston在1927年提出的，在一定的條件下，可以用preston方程描述磨粒加工對(duì)工件去除量與各種工藝參數(shù)以及磨粒特性的關(guān)系。根據(jù)preston方程可知，基于與研拋盤接觸壓強(qiáng)的分布不均和相對(duì)速度分布的非均勻性以及研拋盤自身磨料選擇、工藝參數(shù)控制等問題所引起的材料去除非均勻、材料表面損傷等是基片加工質(zhì)量差的重要根源。因磨料分布不均和材料去除不均等因素，使研磨后的藍(lán)寶石基片面型精度較差，增加了后續(xù)工序的去除量，生產(chǎn)耗時(shí)耗力，且難以控制，維護(hù)成本較高；同時(shí)，在研磨和拋光不斷轉(zhuǎn)換的工序中，所能達(dá)到的加工效率較低，且很多經(jīng)過加工之后的藍(lán)寶石片由于表面劃痕較重，批量加工的藍(lán)寶石基片很大一部分表面有粗、深劃痕，需重新研磨拋光，從而導(dǎo)致返工，效率難以提高。
因此，采用梯度式分布的研拋一體盤對(duì)工件進(jìn)行加工是研磨拋光加工發(fā)展的必然趨勢(shì)。安徽工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的sio2/ceo2復(fù)合磨料的制備及在藍(lán)寶石晶片拋光中的應(yīng)用中提出了一種采用均相沉淀法制備了sio2/ceo2復(fù)合磨料，并用于藍(lán)寶石晶片的化學(xué)機(jī)械拋光，研究結(jié)果表明，采用復(fù)合磨料拋光雖然材料去除速率略低于單一sio2磨料，但拋光后的藍(lán)寶石晶片表面質(zhì)量得到明顯的改善，能滿足藍(lán)寶石作發(fā)光二極管襯底的工藝要求。中國(guó)兵器工業(yè)第五二研究所煙臺(tái)分所研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的功能梯度材料的制備技術(shù)及其研發(fā)現(xiàn)狀中提出了功能梯度材料的研究進(jìn)展，重點(diǎn)總結(jié)了功能梯度材料的制備方法和性能評(píng)價(jià)，其中特別指出功能梯度材料的彈性模量、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)及成分在厚度方向上呈連續(xù)變化，并具有可設(shè)計(jì)性，可針對(duì)性地改變各組分材料體積含量的空間分布規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布。西安理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的增強(qiáng)鐵基梯度復(fù)合材料的原位生成及其磨粒磨損特性中提出了采用原位反應(yīng)法在ht300表面制備了碳化鉭增強(qiáng)表面梯度復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合層的微觀結(jié)構(gòu)、物相組成、顯微硬度以及磨粒磨損性能進(jìn)行了表征，從表面致密層到基體，其組織、成分、硬度分布均呈梯度變化。同時(shí)，授權(quán)公告號(hào)cn103432948b的中國(guó)發(fā)明專利一種用于軟固結(jié)磨粒群生產(chǎn)的封閉式攪拌裝置提出了一種為更好的均勻攪拌高聚物、磨料、固化劑、引發(fā)劑等混合物，保證了制備具有梯度功能研磨盤的實(shí)現(xiàn)。
由于梯度分布的研拋盤是工件研磨拋光發(fā)展的必然趨勢(shì)，而研拋盤去除函數(shù)研究對(duì)在梯度功能研拋盤上加工的材料的加工質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，因此，設(shè)計(jì)一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法對(duì)制備梯度分布的研拋盤顯得尤為必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法，該方法適用于具有梯度分布的研拋盤的制備。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法，包括如下步驟：
1)假設(shè)加工工件在研拋盤上任意位置上的去除量h(r，z)，確定研拋盤的彈性模量的梯度分布函數(shù)e(r，z)，根據(jù)研拋盤的粘磨層制備材料的組成成分，確定滯留時(shí)間函數(shù)t(r，z)，并計(jì)算preston函數(shù)參數(shù)kp，其計(jì)算公式為：
kp＝k1×ke×e(r,z)
2)根據(jù)研拋盤的彈性模量的梯度分布函數(shù)e(r，z)確定加工材料與研拋盤在任意位置的相對(duì)速度v(r，z)和接觸壓力p(r，z)；
3)根據(jù)preston方程dh＝kp×pi×vi×dt得到所要加工材料在研拋盤上任意位置上的去除量h(r，z)的計(jì)算公式：
h(r,z)＝k1×ke×e(r,z)×p(r,z)×v(r,z)×t(r,z)。
進(jìn)一步的，令kp＝k1×k2，其中k2為拋光盤的材料因素，k1為除了拋光盤材料因素外的其他所有因素，令
根據(jù)研拋盤徑向和軸向的彈性模量的梯度分布情況特點(diǎn)，對(duì)工件在各個(gè)彈性模量梯度的去除量建立預(yù)測(cè)模型。彈性模量梯度對(duì)應(yīng)不同的壓力p以及相對(duì)速度v可以得到多種去除函數(shù)模型，可以遵循粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光工序，也可以實(shí)現(xiàn)粗磨、精磨和拋光。同時(shí)，還能決定在哪個(gè)梯度完成哪個(gè)工序，以及決定去除量。建立去除函數(shù)的預(yù)測(cè)模型提高了研拋盤的利用率、加工的效率、工件的加工質(zhì)量。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明用于加工的磨具是具有可以同時(shí)完成研磨和拋光工序的研拋盤，提高了加工效率；研拋盤的徑向和軸向都具有彈性模量的梯度分布，可以實(shí)現(xiàn)工件的按需去除；用于研拋盤的去除函數(shù)的預(yù)測(cè)模型可以最大程度的利用研拋盤的梯度分布的特點(diǎn)，提高加工效率和加工質(zhì)量。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
如圖1所示，一種梯度分布研拋盤去除函數(shù)的計(jì)算方法，包括如下步驟：
1)假設(shè)加工工件在研拋盤上任意位置上的去除量h(r，z)、與研拋盤在任意位置的相對(duì)速度v(r，z)和接觸壓力p(r，z)；
2)確定研拋盤的彈性模量的梯度分布函數(shù)e(r，z)根據(jù)研拋盤的粘磨層制備材料的組成成分，確定滯留時(shí)間函數(shù)t(r，z)，并計(jì)算preston函數(shù)參數(shù)kp，其計(jì)算公式為：
kp＝k1×ke×e(r,z)；
3)根據(jù)preston方程dh＝kp×pi×vi×dt得到所要加工材料在研拋盤上任意位置上的去除量h(r，z)的計(jì)算公式：
h(r,z)＝k1×ke×e(r,z)×p(r,z)×v(r,z)×t(r,z)。
令kp＝k1×k2，其中k2為拋光盤的材料因素，k1為除了拋光盤材料因素外的其他所有因素，令
根據(jù)研拋盤徑向和軸向的彈性模量的梯度分布情況特點(diǎn)，對(duì)工件在各個(gè)彈性模量梯度的去除量建立預(yù)測(cè)模型。彈性模量梯度對(duì)應(yīng)不同的壓力p以及相對(duì)速度v可以得到多種去除函數(shù)模型，可以遵循粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光工序，也可以實(shí)現(xiàn)粗磨、精磨和拋光。同時(shí)，還能決定在哪個(gè)梯度完成哪個(gè)工序，以及決定去除量。建立去除函數(shù)的預(yù)測(cè)模型提高了研拋盤的利用率、加工的效率、工件的加工質(zhì)量。
上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。