本發(fā)明涉及工件的成形和表面修整，更具體而言涉及一種成形設備和過程，該成形設備和過程能夠?qū)崿F(xiàn)工件表面材料的高去除速率，從而將工件精確地成形為所需形式，同時使留下的成形工件具有高光滑度。

使用本發(fā)明的方法成形的工件可以用作用于生產(chǎn)需要高光滑表面光潔度的成型零件的成型模具，例如用于模制用于消費產(chǎn)品諸如移動電話的彎曲玻璃屏、諸如手表之類的可佩帶技術以及平板電腦和計算機屏。該方法還可以用于成形和修整金屬部件如噴流發(fā)動機渦輪葉片。

背景技術：

迄今為止，使用浸漬或涂覆有研磨顆粒的剛性砂輪或柔性片材來磨削工件以實現(xiàn)工件的期望最終形狀。砂輪可以旋轉(zhuǎn)并與工件接觸，從而使砂輪在工件表面上移動而將去除材料并實現(xiàn)所需形狀。在精研過程中，將柔性研磨片材固定至剛性板并且在工件表面上移動。另選地，在帶磨削過程中，將工件壓靠于在兩個帶輪之間移動運行的柔性帶上。研磨顆粒對于工件的壓力將材料從工件去除以使工件達到所需形狀。然而，盡管這些現(xiàn)有技術磨削過程在從工件快速去除材料方面十分有效，但是它們使留下的工件的被處理區(qū)域具有粗糙表面，如果需要光滑表面修整，則這需要后續(xù)的拋光。此外，在以上討論的技術中，作為工件磨損率相比于磨削刀具的磨損率的測量結(jié)果的磨削率往往具有較低值，導致工件成形精度較差。

本發(fā)明的尋求提供一種成形技術，該成形技術結(jié)合了從工件相對高速地去除材料從而可以快速地修整工件的形式，同時又使留下的工件具有無需進一步處理的光滑表面修整。下面將該過程稱為“成形自適應磨削(sag)”。

本發(fā)明的成形技術結(jié)合了柔性刀具在宏觀尺度上遵循自由形式表面形狀的形狀自適應性與在微觀尺度上所具有的基本剛性磨削元件，這能夠?qū)崿F(xiàn)快速材料去除但是仍然留下高光潔度表面。

本發(fā)明的一個方面提供了一種用于使工件成形的機器，該機器包括：刀具，該刀具具有柔性支撐表面，該柔性支撐表面具有安裝至所述柔性支撐表面并承載研磨材料的多個剛性丸粒，每個丸粒具有背離所述柔性支撐表面的表面，所述剛性丸粒的所述表面形成所述刀具的加工表面；以及支架，所述柔性支撐表面安裝在該支架上；致動器裝置，該致動器裝置用于使所述刀具相對于所述工件的所述表面移動；以及控制裝置，該控制裝置用于自動地控制所述致動器裝置以在所述刀具的加工表面與所述工件的表面之間形成接觸區(qū)域，并且使所述接觸區(qū)域跨越所述工件的表面移動。

本發(fā)明的第二方面提供了一種用于成形機器的刀具，該刀具包括柔性加工表面，該柔性加工表面具有附裝至該柔性加工表面的多個基本剛性丸粒，并具有嵌入在所述丸粒中的研磨材料。

本發(fā)明的第三方面提供了一種使用所述刀具執(zhí)行塑性模式磨削操作而使工件成形的方法以及通過該方法生產(chǎn)的工件。

本發(fā)明的第四方面提供了一種成形并修整模具空腔部件的方法以及通過該方法生產(chǎn)的模具空腔部件。

本發(fā)明的第五方面提供了一種使用通過本發(fā)明的刀具、機器和方法制備的模具生產(chǎn)彎曲玻璃部件的方法。

本發(fā)明的第六方面提供了一種使用通過本發(fā)明的刀具、機器和方法制備的模具生產(chǎn)透鏡或彎曲顯示屏的方法。

下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施方式，其中：

圖1至圖4分別為具有根據(jù)本發(fā)明的成形刀具的成形機器的左側(cè)視圖、前視圖、右側(cè)視圖和俯視圖；

圖5是圖1至圖4所示的成形刀具的示意性徑向剖視圖；

圖5a和圖5b為示出了根據(jù)本發(fā)明的不同成形刀具的照片；

圖5c是圖5a中所示的較大刀具的加工表面的放大圖，示出了各個丸粒；

圖5d是丸粒的更放大的圖，示出了結(jié)節(jié)狀表面結(jié)構(gòu)；

圖5e是丸粒表面的又一個更放大的圖，示出了嵌入的金剛石磨料；

圖6是示出了在操作中與彎曲工件表面接觸的成形刀具的示意性側(cè)視圖；

圖7是示出了對于各種磨削過程來說材料去除速率和表面光潔度之間的關系的圖；

圖8是示出了使用本發(fā)明的成形過程生產(chǎn)模具零件和彎曲屏產(chǎn)品中的階段的一系列圖。

sag機器結(jié)構(gòu)

拋光機器包括抵抗振動的堅固臺1。在臺1上，安裝有用于在x方向上移動的x滑動機構(gòu)2。在x滑動機構(gòu)2上，安裝有用于在y方向上移動的y滑動機構(gòu)3。在y滑動機構(gòu)3上，安裝有用于圍繞標記為c的軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺4。轉(zhuǎn)臺4借助于z移動機構(gòu)(未示出)安裝在y滑動機構(gòu)3上，以使轉(zhuǎn)臺4在z方向上移動。轉(zhuǎn)臺4具有保持表面，工件4可以安裝在該保持表面上以進行成形和/或精整。該布置給工件5提供了在四個軸上的運動，即在x、y和z方向上的線性移動和圍繞c軸線的旋轉(zhuǎn)。將認識到，在所示的布置中，旋轉(zhuǎn)軸線c平行于運動軸線z。

臺1還安裝有大體為l形的刀具支撐臂6，該刀具支撐臂6具有大體水平基部6a和大體豎直的直立部6b。該刀具支撐臂在基部6a遠離直立部6b的一端處安裝至臺1，以圍繞豎直軸線a旋轉(zhuǎn)。在直立部6b的上端處，刀具支座7安裝至該直立部，從而可相對于該直立部圍繞水平軸線b旋轉(zhuǎn)。在刀具支座7中，旋轉(zhuǎn)刀具8被安裝成相對于該刀具支座圍繞軸線h旋轉(zhuǎn)，該軸線h相對于軸線b(刀具支座7相對于直立部6b圍繞該軸線b旋轉(zhuǎn))成角度地設置。

旋轉(zhuǎn)刀具8具有部分球形加工表面，該部分球形加工表面被布置成使得旋轉(zhuǎn)軸線a、b和h在該部分球形表面的中心處重合。該布置使得刀具臂6圍繞軸線a的旋轉(zhuǎn)使部分球形表面旋轉(zhuǎn)而不會使刀具平移，并且刀具支座7圍繞軸線h的旋轉(zhuǎn)同樣不會使刀具平移，而是僅僅改變刀具旋轉(zhuǎn)軸線b和刀具支座軸線h之間的進動角的平面。

工件在x、y和z方向上的運動以及圍繞c軸線的旋轉(zhuǎn)的控制、以及刀具臂6、刀具支座7和刀具8的旋轉(zhuǎn)的控制受到由圖4中示意性示出的處理器設備9控制的致動器和驅(qū)動器的影響。該處理器設備9可以包括輸入裝置10諸如鍵盤、用于外部輸入信號或磁盤驅(qū)動器的端口，以接收用于控制工件和刀具的運動的過程參數(shù)和控制指令?？梢栽O置顯示裝置11以向機器操作員顯示信息。

通過控制工件和刀具的運動，可以將刀具8定位成與工件的任何部分接觸，并且通過控制刀具支座7圍繞軸線h的旋轉(zhuǎn)，可以選擇在刀具和工件之間的接觸區(qū)域處刀具相對于工件的相對運動方向。通過改變進動角來控制各個丸粒在該接觸區(qū)域內(nèi)跨越工件表面的運動，進動角是在接觸區(qū)域處的工件表面的法線與刀具旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸線之間的角度。如果刀具旋轉(zhuǎn)軸線保持正交于工件表面，則各個丸粒則描述了在接觸區(qū)域內(nèi)的圓形運動。隨著進動角的增加，各個丸粒越來越多地描繪跨越刀具和工件表面之間的接觸區(qū)域的線性路徑。

刀具8的部分球形表面是柔性且彈性的，從而刀具和工件之間的接觸區(qū)域可以通過使工件接近該部分球形刀具表面來增加，而通過使工件和刀具移動開來減小。對于平坦工件表面來說該刀具和工件之間的接觸區(qū)域為大體圓形，但是如果工件的表面是彎曲的，則可能偏離于該圓形形狀。

盡管以上描述的示例實施方式為具有七個控制軸線的機器，但是將認識到，可以使用更少的控制軸線來執(zhí)行成形和精整過程，而不會脫離本發(fā)明。

刀具結(jié)構(gòu)

圖5和圖6示出了成形刀具8的結(jié)構(gòu)和操作。

現(xiàn)在參照圖5，圖5是成形刀具的徑向剖視圖，該刀具包括大體環(huán)狀形式的本體81。附裝至該本體的是杯狀膜片82，該杯狀膜片82由諸如橡膠之類的柔性彈性材料形成。在優(yōu)選實施方式中，該杯狀膜片82包括內(nèi)部橡膠層和外部橡膠層，在該內(nèi)部橡膠層和外部橡膠層之間夾有增強布層。該增強布可以包括或其它增強材料。增強布層的目的是防止橡膠材料在壓力作用下膨脹。對于大多數(shù)成形操作來說，本體81的總體直徑可以從5到40mm。更大或更小直徑的刀具當然也是可行的。

為了確保刀具的精確部分球形表面形式，當將杯狀膜片82安裝至刀具心軸時，優(yōu)選使用砂輪等對杯狀膜片82的外表面進行修整。然后將刀具的其余部分組裝在杯狀膜片82上。

附裝至橡膠膜片82的外表面是織物層83?？椢飳?3可以由紡織織物制成，并且可以具有與紡織織物混織或以其它方式結(jié)合到紡織織物內(nèi)的金屬絲線。該紡織織物可以完全由金屬絲線構(gòu)成。在一些實施方式中，織物層可以由非紡織織物制成。

附裝至該織物層83的是剛性丸粒84的圖案，研磨材料結(jié)合至該圖案。研磨材料可以附裝至丸粒的表面，或者丸粒材料可以形成其中嵌入有研磨材料的基體?？梢詫ν枇?nèi)的研磨顆粒的分布進行控制，從而使得丸粒在范圍和深度都均勻。另選地，研磨材料可以集中于丸粒的特定區(qū)域諸如表面區(qū)域處，該表面區(qū)域?qū)⑿纬傻毒叩募庸け砻??？梢赃M一步預見到，可以以使工件產(chǎn)生期望的表面光潔度的圖案來放置研磨顆粒，從而產(chǎn)生特定方向和深度的研磨標記或者在表面上產(chǎn)生最小研磨標記。研磨顆粒可以例如平行于刀具行進方向成行地排列在工件上，即相對于刀具旋轉(zhuǎn)軸線沿著球形刀具表面的“緯線”排列。研磨顆粒可以另選地以相對于加工表面的“緯線”傾斜地或垂直地設置的行進行排列。

可以通過將諸如鎳之類的金屬電鍍到包括金屬絲線的織物上而形成丸粒。

另選地，丸?？梢允鞘┘又量椢锊牧喜⒐袒纬删街量椢飳拥母鱾€丸粒的圖案的硬樹脂材料如環(huán)氧樹脂。優(yōu)選地，該樹脂在固化時具有80以上的邵氏a級硬度。另外，丸粒的另選材料為聚氨酯、光學pitch和特氟龍

丸粒84的大小和形狀以及相鄰丸粒之間的間距可以根據(jù)刀具8的總體直徑而改變。在圖5a所示的示例中，左側(cè)的刀具具有近似5毫米的總體直徑，而右側(cè)的刀具具有近似10毫米的總體直徑。丸粒通常為圓形形狀，并且以大體緊密堆積的六邊形陣列布置在刀具的加工表面上。在圖5c所示的示例中，每個丸粒84的直徑約為0.5mm，相鄰丸粒的中心布置成分開約0.75mm，從而在相鄰丸粒之間留下大約0.25mm的間隙。丸?？梢跃哂胁煌螤?，諸如矩形、六邊形、三角形，并且可以以不同圖案布置在刀具的加工表面上。刀具表面上的丸粒可以具有若干不同形狀，并且可以布置在環(huán)狀區(qū)域中，其中每個區(qū)域包含一個或多個特定形狀的丸粒。

圖5c、5d和5e是圖5a的更大刀具的加工表面的各種放大倍數(shù)(即5x、20x和100x)的放大圖。在圖5c中，由上面沉積有0.5mm直徑的圓形丸粒的編織金屬網(wǎng)m構(gòu)成的結(jié)構(gòu)是可見的。圖5c和5d示出了每個丸粒的表面由內(nèi)部嵌入有金剛石的大約0.08mm直徑的圓形結(jié)節(jié)n構(gòu)成。如能夠從圖5c看到的，結(jié)節(jié)n布置成在位置上與編織金屬網(wǎng)m的經(jīng)紗和緯紗對應的行和列。圖5e示出了結(jié)節(jié)n以及嵌入在丸粒材料中的金剛石g。對于該具體刀具來說，當以5平方毫米的接觸面積進行磨削時，通過橫跨各種抽點進行積分，估計近似有14,850個金剛石塊g在成形過程中將與工件接觸。

丸粒可以以連續(xù)陣列布置在刀具的整個加工表面上，如在圖5a所示的刀具中看到的那樣。圖5a中所示的更大刀具已經(jīng)用于磨削操作，并且在刀具接觸工件的環(huán)狀區(qū)域中，丸粒由于它們與碳化硅工件接觸已經(jīng)變黑。

在圖5b所示的刀具中，刀具上的丸粒84以不連續(xù)陣列布置。刀具的部分球形加工表面具有設有丸粒的外部環(huán)狀區(qū)域88、設有丸粒的中央圓形區(qū)域89和位于中央圓形區(qū)域和外部環(huán)狀區(qū)域之間的沒有丸粒的中間環(huán)狀區(qū)域90。沒有丸粒的環(huán)狀區(qū)域90允許通過簡單地改變刀具旋轉(zhuǎn)軸線和工件表面之間的進動角將刀具從磨削快速切換到非磨削，從而將刀具接觸區(qū)域從外部環(huán)狀區(qū)域88或內(nèi)部圓形區(qū)域89移動到“無丸?！眳^(qū)域90，而不用將刀具從工件抬離。在另選布置中，可以將丸粒從內(nèi)部圓形區(qū)域89省去，從而刀具具有與區(qū)域88對應的、設置有丸粒的形狀區(qū)域以及沒有丸粒的中央圓形區(qū)域。

丸粒中使用的研磨顆粒的示例為金剛石、立方氮化硼(cbn)、氧化鋁和二氧化硅。金剛石顆粒顯示用于成形硬陶瓷材料如碳化硅或碳化鎢(硬質(zhì)合金)。為了成形諸如鋼之類的金屬，cbn顆?？赡苁莾?yōu)選的，而為了成形軟材料諸如玻璃，則可以使用氧化鋁或二氧化硅顆粒。可以適當?shù)厥褂闷渌心ゲ牧蟻沓尚翁囟üぜ牧?。磨料的粒徑可以?到100μm。優(yōu)選地，磨料的粒徑從3到15μm。對于成形碳化硅來說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)保持在鎳或樹脂丸?；w中的粒徑為9μm的金剛石磨料是特別有效的。

現(xiàn)在參照圖5，該實施方式中的杯狀膜片82的內(nèi)部是中空空腔85，并且通過刀具的本體81中的中央開口86向中空空腔供應加壓流體，如箭頭f示意性所示。該流體可以是壓縮空氣或其它氣體，或者它可以是液體諸如油、液壓流體或水性液體。處理器9可以控制空腔內(nèi)流體的壓力以改變壓力，丸粒84通過該壓力在刀具8操作的同時被壓靠在工件上。

刀具制備

當將織物和磨料承載丸粒施加至刀具的加工表面時，使用諸如砂輪之類的刀具將由丸粒的暴露表面限定的總體外表面修整至所需的部分球形形狀，并且使其中心位于刀具的旋轉(zhuǎn)軸線h上。這優(yōu)選通過安裝至成形機器(將在該成形機器上使用刀具)的該刀具來進行，以便確保部分球形表面的精確成形，并且使該表面相對于旋轉(zhuǎn)軸線a、b和h精確定位。

為了使刀具準備好使用，必須調(diào)節(jié)丸粒的加工表面。調(diào)節(jié)循環(huán)涉及使刀具旋轉(zhuǎn)并將刀具壓靠在調(diào)節(jié)表面上，從而使得刀具的加工表面的每個部分都接觸該調(diào)節(jié)表面達足以將丸粒的加工表面磨損直到丸粒的表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且從該調(diào)節(jié)表面去除材料的速率變成基本恒定的時間。該調(diào)節(jié)表面優(yōu)選是一塊碳化硅或鋼，并且將該刀具壓靠在該調(diào)節(jié)表面上并使該刀具旋轉(zhuǎn)，從而刀具和調(diào)節(jié)表面之間的接觸區(qū)域在工件的整個加工表面上移動。該調(diào)節(jié)操作可能花費15或30分鐘或者可以更長。在調(diào)節(jié)循環(huán)過程中可以間隔地測量由該刀具去除材料的速率，并且當去除速率變穩(wěn)定時可以終止該調(diào)節(jié)循環(huán)。

調(diào)節(jié)表面可以為基本平坦表面，或者它可以成形為與刀具的加工表面互補。當使用平坦調(diào)節(jié)表面時，刀具的環(huán)狀區(qū)域?qū)⒔佑|調(diào)節(jié)表面，并且通過全部圍繞刀具軸線相對于調(diào)節(jié)表面的角度，能夠?qū)Φ毒叩乃袇^(qū)域進行調(diào)節(jié)。如果使用與刀具的加工表面互補的調(diào)節(jié)表面，則可能可以同時調(diào)節(jié)刀具的整個加工表面。例如，在部分球形刀具的情況下，可以提供足夠程度的互補部分球形凹調(diào)節(jié)表面，從而能夠使刀具的整個加工表面同時與調(diào)節(jié)表面接觸。

調(diào)節(jié)過程的目的是使金剛石成形為使得它們具有平坦暴露表面和略微傾斜的姿勢，且具有位于前部的碎屑袋以及位于后部的粘合劑豎直部(up-stand)。關于此點，金剛石的“前部”是當?shù)毒咝D(zhuǎn)并接觸工件時在該金剛石跨越工件行進的方向上考慮時的金剛石的前邊緣。在調(diào)節(jié)刀具中，丸粒的表面的“結(jié)節(jié)”形式減少并變光滑，并且暴露的研磨顆粒變平坦。

在調(diào)節(jié)操作過程中，部分球形刀具表面的環(huán)狀區(qū)域與調(diào)節(jié)表面移動地接觸。施加至刀具心軸以驅(qū)動刀具旋轉(zhuǎn)的力矩的測量結(jié)果可以用作由刀具施加調(diào)節(jié)表面的切向力的表示，并且可以根據(jù)該力測量結(jié)果來確定材料去除速率。因而可以監(jiān)測刀具的表面狀況，并且可以通過連續(xù)力矩測量結(jié)果的穩(wěn)定而檢測調(diào)節(jié)操作的完成。處理器9可以在顯示器上提供圖形或其它表示，以示出作用在刀具的加工表面的每個區(qū)域上的測量心軸力矩，從而機器操作員可以監(jiān)測調(diào)節(jié)操作的進展。處理器9可以針對刀具的每個環(huán)狀區(qū)域根據(jù)該測量的心軸力矩或測量的切向力來控制刀具相對于調(diào)節(jié)表面的運動，以確保刀具加工表面的所有區(qū)域都被調(diào)節(jié)到基本相同表面粗糙度。

另選地，可以通過周期性地停止調(diào)節(jié)操作并且使用顯微鏡等檢查刀具表面來監(jiān)測調(diào)節(jié)操作的進展。在該視覺技術中，可以獲得刀具的具體區(qū)域的一系列顯微圖，并且比較連續(xù)圖像以檢測丸粒表面結(jié)構(gòu)的變化。當連續(xù)圖像的比較表明已經(jīng)達到穩(wěn)定狀況，則可以結(jié)束調(diào)節(jié)過程。刀具表面的顯微圖可以記錄為數(shù)字圖像，并且可以通過處理器來進行連續(xù)顯微圖的比較，當兩個連續(xù)顯微圖之間的差異低于預定閾值時，該處理器可以發(fā)出表明調(diào)節(jié)過程完成的信號，并且刀具現(xiàn)在準備好使用。

如果調(diào)節(jié)操作在具有金剛石磨料并使用鋼工件的刀具上執(zhí)行，則可以縮短調(diào)節(jié)時間。認為這是由于鋼和金剛石中的碳原子之間的化學反應所致。

圖5f至5k為在刀具丸粒已經(jīng)在磨削過程中使用多次之后獲取的該刀具丸粒的表面的顯微圖。在圖5f中，看到了30秒操作之后的丸粒的表面。圖5g示出了16分鐘之后的表面，而圖5h至5k分別示出了三個小時、六個小時、九個小時和十一個小時操作之后的表面。

比較圖5f和5g，看到了表面特別是在照片的右手側(cè)處的表面的顯著變化。該變化是由于調(diào)節(jié)操作引起的，并且是對丸粒的表面進行光滑化處理，使得金剛石顆粒采取的形狀允許實現(xiàn)塑性磨削。通過比較圖5h至5k，可以看到，在接下來的11個小時的過程中，丸粒的表面結(jié)構(gòu)保持基本穩(wěn)定，且金剛石研磨顆粒的磨損非常緩慢。圖中的箭頭表示三個具體金剛石顆粒，比較它們的外觀，可以看到這些金剛石顆粒的暴露區(qū)域保持穩(wěn)定，表明磨料的磨損非常緩慢。

一旦已經(jīng)調(diào)節(jié)完刀具，則該刀具就準備好在成形操作中使用以將工件成形。

成形操作

為了在工件上執(zhí)行成形操作，將工件安裝在成形機器的z滑動機構(gòu)上。在所示的示例中，工件為通過銑削過程首先粗成形并且隨后具有沉積在待處理表面上的碳化硅涂層的石墨塊。工件的實際表面輪廓可以通過現(xiàn)場測量工件來確定，并且將該實際表面輪廓與期望表面輪廓相比較以產(chǎn)生工件表面圖，該工件表面圖表示在每個位置需要去除多少材料。

然后，在控制處理器9中計算并存儲在工件上移動刀具的刀具路徑，其中在該刀具路徑上的每個點處具有所需的材料去除量?？刂铺幚砥?然后控制工件和刀具的運動，從而刀具在工件表面上移動并去除多余材料，留下具有期望光潔度的工件表面。

圖6是在工具與自由形式工件表面接觸地移動時該刀具的示意性側(cè)視圖。刀具81的本體朝向工件表面s移動，直到丸粒84接觸工件表面并且彈性82變形，從而將丸粒84平坦地擠壓在工件表面s上。刀具本體81然后圍繞心軸軸線h旋轉(zhuǎn)，從而使得刀具的環(huán)狀區(qū)域中的丸粒84在工件表面的大體環(huán)狀區(qū)域中接觸工件表面s，并且跨越工件表面移動。如將從圖6認識到的，將刀具本體81(在圖中看到時)豎直地抬離將減小杯部82的變形，并且將減小工件表面s上的圓形接觸區(qū)域的直徑。

將刀具相對于工件保持在相同位置并且增加刀具內(nèi)的流體壓力導致丸粒84以增加的力壓靠在工件表面s上，但是不增加刀具和工件之間的接觸面積。

在成形操作過程中，刀具以10到1000mm/分鐘，優(yōu)選大約150mm/分鐘的受控速度在工件表面上平移地移動。刀具以大約50到1500rpm圍繞心軸軸線h旋轉(zhuǎn)。

在刀具在工件上移動的過程中，刀具和工件之間的接觸面積通過調(diào)節(jié)工件的表面和刀具的部分球形表面的中心之間的距離來改變。刀具壓靠在工件上的力通過控制刀具的杯部內(nèi)的流體壓力來控制，并且控制刀具旋轉(zhuǎn)速度和進動軸線方向，以確定在沿著刀具路徑的任一點處從工件去除材料的速率。

進動軸線的方向控制確定了在刀具路徑的每個點處刀具相對于工件的相對運動方向。丸粒在表面上的方向控制可以以拋光矯正物(artefact)不離開工件表面為目的來進行。另選地，丸粒在表面上的運動方向可以被控制成使得在表面上留下的任何拋光標記都在特定方向或多個方向上排列。刀具沿著刀具路徑移動的速度也被控制，以確保實現(xiàn)所需的表面光潔度。

在示例性過程中，在兩個步驟中磨削涂覆有cvdsic的石墨的樣品，第一步驟使用粘結(jié)在鎳丸粒中的9μm金剛石，而其次在最后一遍磨削中使用粘結(jié)在樹脂丸粒中的3μm金剛石。在最后一遍中，在刀具的杯部中使用0.5巴的低流體壓力。隨后測量工件的表面微觀形貌，并且顯示出在0.3和0.5nmra之間的低水平的微觀粗糙度。在工件表面上還清晰可見塑性磨削標記，表明已經(jīng)實現(xiàn)了塑性磨削。本發(fā)明的重要特征在于，使用小金剛石晶粒尺寸特別是低于9μm的晶粒尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)純塑性模式磨削。

刀具的杯部中的更高流體壓力以及刀具和工件之間的更小接觸區(qū)域致使在小區(qū)域上以更大速率從工件去除材料，且降低完工表面的光滑度。使用刀具和工件之間的大接觸面積和刀具內(nèi)的更低流體壓力來使工件成形將致使從工件去除材料的速率較低，但是可在更大面積上進行，并且將增加完工表面的光滑度。

為了通過形狀自適應磨削過程實現(xiàn)最佳結(jié)果，調(diào)整機器參數(shù)從而實現(xiàn)工件材料的塑形模式去除。在以上示例中，在工件表面材料為sic然后使用粒徑為9μm或更小的金剛石磨料以及設置有由樹脂或鎳形成的丸粒的刀具的情況下，可以調(diào)整機器參數(shù)以提供刀具和工件之間的從10到100mm²的接觸面積，正交于工件表面的大約0.5n/mm²的壓力。旋轉(zhuǎn)刀具，使得磨料在工件表面上以從20,000到80,000mm/分鐘的速度移動，并且該旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了每平方毫米接觸面積約0.3n的相切于工件表面的力。可以使用水或任何其它合適的流體作為磨削過程期間的冷卻劑，這是因為研磨顆粒粘結(jié)至丸粒。

觀察到了切向力和法向力都隨著刀具的杯部內(nèi)的流體壓力而線性增加，而心軸旋轉(zhuǎn)速度對切向力的大小影響很小或沒有影響。根據(jù)該結(jié)果，可以通過流體壓力和心軸旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)的組合來彼此獨立地控制磨削力和去除速率。流體壓力的增加將增加磨削力，而增加心軸旋轉(zhuǎn)速度將增加材料去除速率。

在切向力和與刀具接觸的工件表面區(qū)域的表面粗糙度的ra值之間存在相關性。認為這可能是由于刀具和工具表面之間的摩擦力隨著粗糙度變高而增加的緣故。因而可以預見到，通過監(jiān)測施加至刀具旋轉(zhuǎn)所圍繞的心軸的驅(qū)動力矩并將結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給處理器9，可以在成形操作過程中實現(xiàn)實時表面粗糙度評估。處理器9然后可以根據(jù)該力矩測量結(jié)果而在顯示器顯示輸出，示出通過磨削過程當前獲得的表面光潔度。

根據(jù)這些磨削力測量結(jié)果，可以計算sag過程的比能量。

從如下公式推導出比能量kz[j/mm³]：

kz＝(ftxvx)/q’

其中ft為切向力[n]，vs為切削速度(m/s)，q’為體積去除速率[mm³/s]。

針對各種丸粒材料和金剛石砂礫尺寸比較sag過程的平均比能量與其它傳統(tǒng)切削過程的實驗顯示，sag過程的平均比能量比傳統(tǒng)精細磨削高一階大小。該較高平均比能量表明，在材料去除過程中切削厚度減小，因而與所觀察到的工件塑性模式材料去除相關。

刀具的另選形狀

在以上描述的示例中，刀具具有部分球形表面。在其它實施方式中，刀具可以具有采取旋轉(zhuǎn)球體形式的加工表面，其中帶有丸粒的織物覆蓋該球體的表面。在又一個另選方案中，帶有丸粒的織物可以采取在球形帶輪上運行的帶的形式，其中該帶輪用來推動該帶與工件表面接觸。在由一個另選方案中，帶有丸粒的織物可以附裝至圓盤，或者附裝至該圓盤的圓周柱狀邊緣或者附裝至該圓盤的端面。

在以上所有示例中，將帶丸?？椢飰嚎吭诠ぜ系谋砻娑紝⑹强勺冃伪砻?，從而帶丸?？椢锟梢栽谠摽椢锱c工件之間的接觸區(qū)域上與該工件的形狀一致。

在以上描述的示例中，刀具可通過流體壓力而膨脹以改變施加在丸粒和工件之間的力。作為流體壓力的替換方案，刀具的中心可以由彈性材料如天然橡膠或人造橡膠或彈性塑料形成。該彈性材料可以是實心的，或者可以具有發(fā)泡結(jié)構(gòu)。這種實心或發(fā)泡芯體優(yōu)選具有30到60之間的邵氏a級硬度。盡管這將防止對刀具內(nèi)的內(nèi)部壓力的主動控制，但是在將丸粒壓靠在工件上的力與通過將其壓靠在工件上而施加至刀具的變形量之間將存在相關性。

對于具有部分球形加工表面和彈性材料芯體的刀具來說，丸粒被推靠至工件上的力將因而是但丸粒和工件之間的接觸面積的函數(shù)。在另一個替換實施方式中，刀具的中心可以由具有開孔泡沫結(jié)構(gòu)的彈性材料形成，并且可以使用與該開孔結(jié)構(gòu)連通的加壓流體的可控供應來改變刀具的內(nèi)部壓力。如果不供應流體壓力，則刀具將像僅僅具有實心彈性中心那樣作用。

在用于刀具結(jié)構(gòu)的另一個可選實施方式中，膜片82和柔性織物層83可以至少部分地限定刀具的內(nèi)部空腔，而該空腔可以填充有其粘性響應于流體中施加的剪切力而改變的非牛頓流體。一般來說，當流體經(jīng)受高剪切力時粘性將增加，諸如當流體本體快速變形時發(fā)生的。通過提供其柔性表面至少部分地限定填充有這種流體的空腔的刀具，該刀具的柔性表面將強烈抵抗刀具形狀的突然變化，但是能夠適應形狀的緩慢變化。一種這樣的非牛頓流體材料通俗來說被稱為“彈性橡皮泥”，并且通常由大約65％的二甲基硅氧烷(具有硼酸的端羥基聚合物)、大約17％的二氧化硅(晶狀石英)、大約9％的改性氫化蓖麻油(蓖麻油衍生物)、大約4％的聚二甲基硅氧烷、大約1％的十甲基環(huán)五硅氧烷、大約1％的丙三醇以及大約1％的二氧化鈦構(gòu)成。這種材料的另一個示例是用最少量的水組成的淀粉溶液。

通過在刀具壽命的各個階段在顯微鏡下觀察丸粒，可以確定研磨顆粒的數(shù)量和形狀對于10小時以上的磨削都保持穩(wěn)定。在金剛石研磨顆粒中發(fā)現(xiàn)了負的平均刀具前角，這說明了與該磨削過程有關的切削邊緣的長壽命和精細塑性區(qū)域。

sag過程中使用的磨削力的測量結(jié)果已經(jīng)揭示出，可以通過空氣壓力和心軸旋轉(zhuǎn)速度控制的組合彼此獨立地控制磨削力和去除速率。還建立了切向力和表面粗糙度之間的相關性，其啟示可通過監(jiān)測加工心軸力矩來進行實時表面狀況評估。通過該過程可以實現(xiàn)0.3和0.5nmra之間的表面微觀粗糙度。在使用sag過程磨削工件的過程中，針對工件表面上的各種位置測量并監(jiān)控施加至加工心軸以保持刀具的期望旋轉(zhuǎn)速率的力矩。通過控制操作的處理器9將所測量的力矩與預設參考值進行比較，當該力矩達到或低于該參考值時，處理器可以給出已經(jīng)達到所需表面粗糙度的指示。當對刀具在工件表面上的所有位置來說該力矩都達到預定值時，處理器可以給出已經(jīng)達到所需表面粗糙度的指示。另選地，當在工件表面上的一個或多個預定位置處該力矩已經(jīng)到達預定值時可以給出該指示?？梢詫⒃擃A設參考值輸入到處理器，并且該預設參考值可以根據(jù)刀具的特性和工件表面的材料而改變。

圖7是示出了對于各種磨削過程來說材料去除速率和表面光潔度之間的關系的圖。盡管可以使用傳統(tǒng)的超精度磨削來獲得小于0.1nmra的表面光潔度，但是從該圖將看到，這能夠以非常低的材料去除速率實現(xiàn)，從而這些磨削操作花費較長時間將材料從工件去除。使用砂輪的傳統(tǒng)固定磨料磨削能夠?qū)崿F(xiàn)高達500mm³/分鐘的非常高的去除速率，但是在這些去除速率時，可獲得的表面粗糙度超過1000nmra。使用sag過程，能夠通過1mm³/分鐘和大約500mm³/分鐘之間的相當大的去除速率實現(xiàn)粗糙度為1ra或更小的表面光潔度。通過使用sag技術，能夠快速生成需要光滑表面光潔度的工件，由于該技術允許從工件表面快速去除材料，而對光潔度沒有不利影響。

圖8是示出了使用本發(fā)明的成形過程生產(chǎn)模具零件和彎曲屏產(chǎn)品時的各個階段的一系列圖。在步驟801中，即在該過程的第一階段中，使用傳統(tǒng)技術加工石墨塊，使其大致達到用于彎曲玻璃顯示屏的模具部件的形狀。在步驟802中，在成形石墨塊的表面上沉積碳化硅層，該碳化硅層將形成模具表面。在步驟803中，使用sag過程將碳化硅涂層磨削并拋光至所需表面光潔度以形成一個模具零件，該模具零件將與第二模具零件相配合而形成模具空腔，玻璃可以在該模具空間中成型以生產(chǎn)具有光滑表面的玻璃部件。在步驟804中，將已經(jīng)通過加熱而軟化的一片玻璃804a放置在兩個模具部件之間，然后將這兩個模具部件合在一起而使玻璃形成模具空腔的形狀。在該示例中，模具零件被合在一起而將片材形成為彎曲玻璃部件。當玻璃充分冷卻時，將完整玻璃部件從模具移除。然后，在最終制造過程中將彎曲玻璃部件結(jié)合到顯示屏或其它產(chǎn)品諸如透鏡、可佩帶計算機顯示器806、移動電話807等中。