蓝宝石掏棒刀的制作方法与工艺

本发明涉及一种LED行业使用的蓝宝石衬底制造过程中掏棒环节所需的一种专用刀具。

背景技术：
目前蓝宝石掏棒主要通过传统立式加工中心简单改造后，采用弹簧夹头夹持蓝宝石掏棒刀根部,通过立式琢孔加工的方法进行掏棒加工。此种形式的蓝宝石掏棒刀采用轴孔夹持定位，刀口部位的刀齿采用金刚石铜基烧结成月牙状，然后刀齿均布焊接在钢基掏棒刀体上，形成若干较深的排屑槽。上述蓝宝石掏棒刀，弹簧夹头夹持蓝宝石掏棒刀根部在高速运转的情况下离心力引起的变形大。较深的排屑口导致蓝宝石掏棒刀磨削过程中，切削液无法经过、冲刷磨削刃部而直接排出，无法有效带走磨削产生的切削刃粉末，导致晶棒成品表面研伤，废品率高。

技术实现要素：
本发明针对蓝宝石掏棒过程中蓝宝石掏棒刀具存在的问题，提供一种新的结构形式的蓝宝石掏棒刀具，以提高晶体掏棒效率及成品率。硬而脆的蓝宝石加工通常采用磨削方式，本发明根据砂轮磨削工艺要求，提出解决上述技术问题的方案：蓝宝石掏棒刀，包括依次相连的刀头、掏棒刀体和刀柄，刀头固定安装在掏棒刀体前端，掏棒刀体具有供冷却液流入的轴向贯通的环形通水孔，其中：掏棒刀体后端与刀柄前端面贴合，掏棒刀体与刀柄均设置有数个轴向延伸且相互对应的定位轴孔，且掏棒刀体与刀柄通过定位轴孔过定位固定。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的掏棒刀体后端设有一字形或十字形定位卡槽，刀柄的前端设有与定位卡槽相配合的定位卡凸，掏棒刀体后端与刀柄前端面贴合时，定位卡凸卡入定位卡槽中防止刀柄与掏棒刀体相对转动。上述的刀头前端设置有环形刀口，若干个刀口磨削刃呈环形布设于环形刀口上，且刀口磨削刃的后端插入环形刀口中并与环形刀口固定连接，刀口磨削刃的前端伸出环形刀口，相邻刀口磨削刃之间的间隙与环形通水孔连通，高压冷却水从刀口磨削刃之间的间隙导入刀口磨削刃加工部位，冲刷加工区域。上述的刀口磨削刃由粒度80目、浓度100%的金刚石JR-3与粘结剂整体烧结而成，粘结剂为青铜。上述的环形刀口与刀头的主体部分通过齿形焊接固定，焊后磨削，使连接面光滑。上述的刀口磨削刃宽度大约3mm，每个刀口磨削刃伸出环形刀口的长度不超过1.5mm，使相邻刀口磨削刃之间形成浅排屑槽。上述的刀口磨削刃插入环形刀口后，通过焊接将刀口磨削刃与环形刀口固定为一体。上述的以刀柄的周向侧面为基准，刀头的跳动不大于0.02mm。上述的刀口磨削刃等间距布设于环形刀口上，相邻刀口磨削刃之间的间距为3mm至4mm。本发明的蓝宝石掏棒刀刀体与刀柄连接采用轴孔定位，端面贴合的过定位结构形式，以提高刀具刚性，减小高速加工时离心力产生的变形。掏棒刀体后端通过定位卡槽与刀柄配合，防止刀柄与掏棒刀体相对转动，降低刀头跳动。刀口部位采用较浅排水槽，强行将高压水导入磨削刃加工部位，冲刷加工区域，带走磨削热及切削刃粉末。刀口部位切削刃采用金刚石JR-3，粒度80目，浓度100%，粘结剂为选择结合强度高的青铜，刀口部位磨削刃采用整体烧结成型后，在与45钢制作的环形刀口通过齿形焊接而成，固定十分牢固，焊后磨削，保证高的刀具精度。与现有技术相比，本发明优点在于：采用端面过定位安装方式4英寸刀具在4000r/min的转速下，离心力产生的变形为4.6μm，相比弹簧夹头夹持安装方向，变形缩小10倍，并且刀头部位径向跳动小于0.02mm且每个切削齿弦高不超过3μm，刀具本身精度大大提高，保证了磨削加工工艺对砂轮的精度要求。采用较浅排水槽刀口结构，利用高压水形成良好的冲屑环境，有效防止切削区容屑情况发生，并及时带走切削热。满足上述条件最终实现掏棒加工的高线速度，大进给磨削，在保证成品率的情况下提高掏棒效率。刀口部分采用整体烧结成型刀齿形状有效提高刀齿部位的强度，防止掏棒加工入刀时的打刀状况损坏刀具，提高刀具使用寿命。实践证明采用新结构刀具比传统结构刀具掏棒效率提高3倍以上。附图说明图1是本发明的结构示意图；图2是图1的左视图；图3是刀头的结构示意图；图4是本发明使用状态图；图5是图4的A部结构放大图。其中，附图标号为：刀头1、刀口磨削刃11、环形刀口12、掏棒刀体2、环形通水孔21、定位轴孔22、定位卡槽23、刀柄3、定位卡凸31。具体实施方式附图非限制性地公开了本发明实施例的具体结构，以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。本发明的蓝宝石掏棒刀，包括依次相连的刀头1、掏棒刀体2和刀柄3，刀头1焊接在掏棒刀体2前端，掏棒刀体2具有供冷却液流入的轴向贯通的环形通水孔21，其中：掏棒刀体2后端与刀柄3前端面贴合，掏棒刀体2与刀柄3均设置有数个轴向延伸且相互对应的定位轴孔22，且掏棒刀体2与刀柄3通过定位轴孔22过定位固定。实施例中，掏棒刀体2后端设有一字形或十字形定位卡槽23，刀柄3的前端设有与定位卡槽23相配合的定位卡凸31，掏棒刀体2后端与刀柄3前端面贴合时，定位卡凸31卡入定位卡槽23中防止刀柄3与掏棒刀体2相对转动。实施例中，刀头1前端设置有环形刀口12，若干个刀口磨削刃11呈环形布设于环形刀口12上，且刀口磨削刃11的后端插入环形刀口12中并与环形刀口12固定连接，刀口磨削刃11的前端伸出环形刀口12，相邻刀口磨削刃11之间的间隙与环形通水孔21连通，高压冷却水从刀口磨削刃11之间的间隙导入刀口磨削刃11加工部位，冲刷加工区域。实施例中，刀口磨削刃11由粒度80目、浓度100%的金刚石JR-3与粘结剂整体烧结而成，粘结剂为青铜。实施例中，环形刀口12与刀头1的主体部分通过齿形焊接固定，焊后磨削，使连接面光滑。实施例中，刀口磨削刃11宽度大约3mm，每个刀口磨削刃11伸出环形刀口12的长度不超过1.5mm，使相邻刀口磨削刃11之间形成浅排屑槽。实施例中，刀口磨削刃11插入环形刀口12后，通过焊接将刀口磨削刃11与环形刀口12固定为一体。实施例中，以刀柄3的周向侧面为基准，刀头1的跳动不大于0.02mm。实施例中，刀口磨削刃11等间距布设于环形刀口12上，相邻刀口磨削刃11之间的间距为3mm至4mm。由图可见，本发明的蓝宝石掏棒刀包括与刀柄3连接的掏棒刀体接口部位结构、刀具体、刀口部位结构。其中图4和图5中的箭头代表水流方向。掏棒加工过程中高压切削液经过刀柄3中心孔，进入刀具与晶棒所形成的内侧环型缝隙，经由相邻刀口磨削刃11之间的间隙形成的浅排屑槽，翻转切削液通过刀具与晶棒所形成内侧环型缝隙将磨削过程中产生的切削刃及热量带走。保证蓝宝石掏棒刀具磨削过程中良好的加工工况。本发明具有以下特点：a.刀具刚度和精度高：本刀具分为三个部分，刀柄3、掏棒刀体2和刀头1，金刚石刀头1和掏棒刀体2焊接成一体。掏棒刀体2和刀柄3之间采用定位卡槽23、端面螺钉把和的方式连接，可以大大提高刀具的刚度。掏棒刀体2与刀柄3连接采用轴孔定位，端面贴合的过定位结构形式，以提高刀具刚性，减小高速加工时离心力产生的变形，降低刀体跳动。b.刀体开槽数量多：本刀具的浅排屑槽数量多，深度浅，冲击力大，有效冲刷加工区域，带走磨削热及切削刃粉末。c.刀头1磨料要求高：本刀具对刀头1质量严格要求。刀头1磨料采用超硬磨料金刚石JR-3，粒度80#，粘结剂选用结合强度高的青铜。