CN101134298A - 一种半固着磨粒磨具及其制造方法 - Google Patents

一种半固着磨粒磨具及其制造方法 Download PDF

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袁巨龙
王志伟
陈美伟
吕冰海
文东辉
戴勇
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浙江工业大学
湖南大学
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一种半固着磨粒磨具及其制造方法。该磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结,所述的磨具中的各个组分的质量百分比为:磨粒80%~90%,胶粘剂1%~10%,添加剂5%~15%。该磨具的制造方法包括以下步骤:(1)将磨粒、胶粘剂、添加剂混合,搅拌均匀,过筛并加水混合;(2)将混合料倒入模具内,浇注成型;(3)将浇注好的磨具进行消除气泡处理;(4)消除气泡后,将磨具放入烘箱内烘干固化,脱模后制得半固着磨粒磨具。本发明在保证高加工精度的同时获得较高的加工效率,实现高效的精密超精密加工。

Description

一种半固着磨粒磨具及其制造方法(一) 技术领域本发明属于精密超精密加工领域,尤其涉及一种半固着磨粒磨具 及其制造方法。(二) 背景技术磨粒加工是目前精密超精密加工的主要手段。磨粒加工又可大致 分为游离磨粒加工(包括研磨和抛光)和固着磨粒加工(如超精密磨 削)两类。固着磨粒加工具有高材料去除效率的特点,其加工精度曰 益逼近游离磨粒加工,但要求使用价格高昂的高精度、高刚性设备。 且由于强制进给引起的加工变质层较深,严重影响了产品的使用性能 和寿命。所以目前精密超精密加工仍以游离磨粒加工为主流。游离磨 粒加工对设备精度要求不高,加工精度高、加工变质层浅甚至没有。 但游离磨粒加工材料去除速率极低,且加工质量和一致性对加工环境 的洁净度十分敏感, 一旦硬质大颗粒侵入加工区域,即在被加工材料 表面产生深划痕,致使返工率和废品率增加,限制了加工效率的提高。(三) 发明内容为了克服现有的磨粒磨具制造方法的无法兼顾加工精度和加工效 率的不足,本发明提供一种在保证高加工精度的同时获得较高的加工 效率,实现高效的精密超精密加工的半固着磨粒磨具及其制造方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种半固着磨粒磨具,所述的磨具中的磨粒之间以半固着方式粘 结,所述的磨具中的各个组分的质量百分比为:磨粒80%〜90%,胶 粘剂1%〜10%,添加剂5%〜15%。进一步,所述的胶粘剂可为以下一种或几种混合:①淀粉类胶粘 剂、②植物胶类胶粘剂、③天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、 ⑤半合成物类胶粘剂、⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。更进一步,所述的磨具添加剂包括以下一种或几种混合:①防水 剂、②填充剂、③消泡剂。所述的防水剂为硅油或硅乳胶,其质量百分比为5%〜10%。 所述的消泡剂为磷酸三丁脂类消泡剂,其质量百分比为0.01%〜 1%。所述的填充剂为石墨、铜粉或两者的混合物,其质量百分比为 3%〜80/0。一种半固着磨粒磨具的制造方法,该制造方法包括以下步骤:(1) 将磨粒、胶粘剂、添加剂混合,搅拌均匀,过筛并加水混合;(2) 将混合料倒入模具内,浇注成型;(3) 将浇注好的磨具进行消除气泡处理;(4) 消除气泡后,将磨具放入烘箱内烘干固化,脱模后制得半固着磨 粒磨具。进一步,所述的(4)中,烘箱内30〜90'C温度下烘烤24~96小时。 本发明的技术构思为:由磨粒、胶粘剂和添加剂等组成的半固着 磨粒磨具中,磨粒通过胶粘剂以半固着的方式粘结在一起,粘结强度 介于游离与固着之间。在精密超精密加工过程中,较高的粘结强度与 良好的自锐性使半固着磨粒磨具能长时间保持较高的材料去除率。又 由于半固着磨粒磨具对硬质大颗粒具有的"陷阱"效应——侵入加工
区域的硬质大颗粒陷入磨具表层且所分担载荷与磨粒相同,有效缓解 甚至消除了硬质大颗粒多工件造成的损伤,保证了加工质量和一致性, 降低返工率及废品率,从而在保证高加工精度的同时获得较高的加工 效率。磨粒可以使用金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、人造金刚砂、碳化硅、碳化硼等。所使用的磨粒的粒径大约是30pm以下的,合适的 粒径范围是1〜30pm。可以作为胶粘剂的有马铃薯淀粉、玉米淀粉等 淀粉类,藻酸钠、半乳糖体、阿拉伯树胶等植物胶粘剂类,明胶、酪 蛋白等天然高分子类,甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧 基乙二胺等纤维素类,可溶性淀粉、糊精等半合成物类,聚乙烯醇、 丙烯酸钠、聚环氧乙烷等合成物类,醋酸树脂、丙烯酸树脂、酚醛树 脂等树脂类。为了达到使用目的,也可以采用两种或两种以上的胶粘 剂混合使用。由于磨具中磨粒是处于半固着状态的,因此磨具转速相对游离研 磨有了很大的提高,直径300mra的半固着磨粒磨具转速最高可以达到 350rpm,材料去除效率大幅提高。同时由于处于半固着状态的磨粒对 硬质大颗粒具有"陷阱"效应,可有效防止大颗粒产生的表面损伤, 有利于高加工精度的获得。本发明的有益效果主要表现在:1、在保证高加工精度的同时获得 较高的加工效率,实现高效的精密超精密加工;2、成本低。(四) 附图说明图1是半固着磨粒磨具制造方法的工艺流程图。(五) 具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步描述。 实施例1一种半固着磨粒磨具,所述的磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结,所述的磨具中的各个组分的质量百分比为:磨粒80%〜90%,胶 粘剂1%〜10°/。,添加剂5%〜15%。本实施例的磨粒为3000#碳化硅磨粒;所述的胶粘剂为淀粉类胶 粘剂,如马铃薯淀粉、玉米淀粉;所述的添加剂为硅油防水剂;各个 组分的质量百分比为:3000#碳化硅磨粒80%,淀粉类胶粘剂10%, 硅油防水剂10%。实施例2本实施例的磨粒为1000#碳化硼磨粒;所述胶粘剂为植物胶类胶 粘剂,如藻酸钠、半乳糖体、阿拉伯树胶;所述的添加剂为硅乳胶防 水剂;各个组分的质量百分比为:1000#碳化硼磨粒85%,植物胶类 胶粘剂10%,硅乳胶防水剂5%。其余结构与实施例l相同。实施例3本实施例的磨粒为1000#碳化硼磨粒;所述胶粘剂为天然高分子 类胶粘剂,如明胶、酪蛋白;所述的添加剂为硅油防水剂和磷酸三丁 脂类消泡剂;各个组分的质量百分比为:1000#碳化硼磨粒84%,天 然高分子类胶粘剂8%,硅油防水剂7%,磷酸三丁脂类消泡剂1%。其余结构与实施例l相同。实施例4本实施例的磨粒为1000#碳化硼磨粒;所述胶粘剂为纤维素类胶 粘剂,如甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧基乙二胺;所
述的添加剂为磷酸三丁脂类消泡剂;各个组分的质量百分比为:1000# 碳化硼磨粒90%,纤维素类胶粘剂9.5%,磷酸三丁脂类消泡剂0.5%。其余结构与实施例l相同。实施例5本实施例的磨粒为1000弁碳化硼磨粒;所述胶粘剂为半合成物类 胶粘剂,如可溶性淀粉、糊精;所述的添加剂为填充剂,如石墨;各 个组分的质量百分比为:1000#碳化硼磨粒89%,半合成物类胶粘剂 8%,石墨填充剂3%。其余结构与实施例l相同。实施例6本实施例的磨粒为1000#碳化硼磨粒;所述胶粘剂为合成物类胶 粘剂,如聚乙烯醇、丙烯酸钠、聚环氧乙垸;所述的添加剂为填充剂, 如铜粉;各个组分的质量百分比为:1000#碳化硼磨粒88%,半合成 物类胶粘剂7%,铜粉填充剂5%。其余结构与实施例l相同。实施例7本实施例的磨粒为1000#碳化硼磨粒;所述胶粘剂为树脂类胶粘 剂,如醋酸树脂、酚醛树脂;所述的添加剂为硅油防水剂、石墨填充 剂,如石墨和铜粉的混合物;各个组分的质量百分比为:1000#碳化硼 磨粒83%,半合成物类胶粘剂9%,石墨填充剂3%,铜粉填充剂5%。其余结构与实施例l相同。实施例8本实施例的磨粒为3000#碳化硅磨粒;所述的胶粘剂为淀粉类胶
粘剂和植物胶类胶粘剂的混合物;所述的添加剂为硅油防水剂、磷酸 三丁脂类消泡剂和石墨填充剂的混合物;各个组分的质量百分比为: 3000#碳化硅磨粒89%,淀粉类胶粘剂1%,植物胶类胶粘剂2%,硅 油防水剂5%,磷酸三丁脂类消泡剂0.05%,石墨填充剂3.95%;。其余结构与实施例l相同。实施例9本实施例的磨粒为3000#碳化硅磨粒;所述的胶粘剂为淀粉类胶 粘剂、植物胶类胶粘剂和天然高分子类胶粘剂的混合物;所述的添加 剂为磷酸三丁脂类消泡剂和石墨填充剂的混合物;各个组分的质量百 分比为:3000弁碳化硅磨粒86%,淀粉类胶粘剂1%,植物胶类胶粘剂 2%,天然高分子类胶粘剂6%,磷酸三丁脂类消泡剂0.5%,石墨填充 剂4.5%。其余结构与实施例l相同。实施例10参考图1, 一种半固着磨粒磨具的加工方法,该加工方法包括以 下步骤:(1) 将磨粒、胶粘剂、添加剂混合,各自的质量百分比为:磨粒80%〜 90%,胶粘剂1%〜10%,添加剂5%〜10%,搅拌均匀,过筛并加水 混合;(2) 将混合料倒入模具内,浇注成型;(3) 将浇注好的磨具进行消除气泡处理;(4) 消除气泡后,将磨具放入烘箱内烘干固化,脱模后制得半固着磨 粒磨具。 所述的(4)中,烘箱内30〜9(TC温度下烘烤24〜96小时。在所述 (1)中磨粒、胶粘剂、添加剂的具体物质,以及其质量百分比含量参 见实施例1~9。本实施例制造出的直径300mm的半固着磨粒磨具可承受的最高 转速为350rpm,适宜的加工载荷是0.1〜1MPa,适宜的转速是20〜 200rpm。用于单晶硅、不锈钢、光学玻璃等工件的高精度平面加工, 材料去除率在0.5〜5pm/min范围内,30分钟内即获得Ra0.01pm的光 滑表面。

Claims (8)

1.一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结,所述的磨具中的各个组分的质量百分比为:磨粒80%~90%,胶粘剂1%~10%,添加剂5%~15%。
2. 如权利要求1所述的一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的胶 粘剂可为以下一种或几种混合:①淀粉类胶粘剂、②植物胶类胶粘 齐t③天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、⑤半合成物类胶 粘剂、⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶"粘剂。
3. 如权利要求1所述的一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的磨 具添加剂包括以下一种或几种混合:①防水剂、②填充剂、③消泡 剂。
4. 如权利要求3所述的一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的防 水剂为硅油或硅乳胶,其质量百分比为5%〜10%。
5. 如权利要求3所述的一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的消泡剂为磷酸三丁脂类消泡剂,其质量百分比为0.01%〜1%。
6. 如权利要求3所述的一种半固着磨粒磨具,其特征在于:所述的填 充剂为石墨、铜粉或两者的混合物,其质量百分比为3%〜8%。
7. —种如权利要求1所述的半固着磨粒磨具的制造方法,该制造方法 包括以下步骤-(1) 将磨粒、胶粘剂、添加剂混合,搅拌均匀,过筛并加水混合;(2) 将混合料倒入模具内,浇注成型;(3) 将浇注好的磨具进行消除气泡处理;(4) 消除气泡后,将磨具放入烘箱内烘干固化,脱模后制得半固着磨 粒磨具。
8、如权利要求7所述的半固着磨粒磨具的制造方法,其特征在于:所述的(4)中,烘箱内30〜9(TC温度下烘烤24〜96小时。
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