CN101148034B - 多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具 - Google Patents

Abstract

一种多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，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70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由至少两种粒度等级的磨粒组成。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多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具。

Description

多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具

技术领域

本发明涉及精密超精密加工领域，尤其是一种半固着磨粒磨具。

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。固着磨粒加工具有较高材料去除效率的特点，其加工精度日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。

发明内容

为了克服现有的磨粒加工方法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多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，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70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由至少两种粒度等级的磨粒组成。

作为优选的一种方案：所述两种不同磨粒的粒度差在5个等级内。

作为优选的另一种方案：所述的磨粒的粒径范围为：0.01～30微米。

作为优选的再一种方案：所述的磨粒由两种粒度等级的磨粒组成，两种磨粒的重量比例范围：9∶1～1∶9。

进一步，所述的磨粒由三种粒度等级的磨粒组成。当然，也可以由四种、五种或更多种粒度等级的磨粒组成。

所述的磨粒可以为以下之一：氧化铝、金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈或氧化锆。

所述的结合剂包括胶粘剂和添加剂，其中各个组分占整个磨具的质量百分比为：胶粘剂1％～15％，添加剂5％～15％。

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。

所述的添加剂可为以下一种或几种混合：①防水剂、②填充剂、③消泡剂。

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，磨粒通过结合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。在半固着磨粒加工过程中，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能力。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，可有效缓解甚至消除硬质大颗粒对工件造成的损伤，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。

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300mm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。

半固着磨粒磨具具有加工精度高、加工效率高的优点，可有效降低超精密加工中工件精度对磨粒粒度分布均匀程度的敏感性，降低工件返修率，进而提高生产效率，降低成本。半固着磨粒磨具的结构特征是：磨粒构成骨架结构，磨粒之间由结合剂桥连接，磨具中有大量孔隙。不能使用铸铁、陶瓷等硬结合剂，否则磨具将不具有半固着特征，因而只能使用树脂、橡胶等软结合剂，磨具结合强度较低，为防止磨具破坏，磨具工作转速不能过高，最终导致加工效率的提高受到限制。

多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具由磨粒、胶粘剂和添加剂等组成。磨粒包含多个粒度等级，一般是两个粒度等级。粗磨粒在磨具中承担骨架作用，细粒度磨粒对粗粒度磨粒之间的孔隙进行填充，磨粒之间由结合剂桥连接。当磨具受到外载荷作用时，骨架结构的变形与破坏不仅受到结合剂桥黏结力、粗粒度磨粒之间的摩擦力的阻碍，也受到细粒度磨粒之间的及其对粗粒度磨粒的摩擦力的阻碍，从而在不改变结合剂种类的情况下增加半固着磨粒磨具强度。但细粒度磨粒的填充同时使半固着磨粒磨具的孔隙率降低，不利于容屑，因此细粒度磨粒的比例须在适当范围之内。添加剂起到防水、消泡等作用。

磨粒可以使用氧化铝、金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈、氧化锆。所使用的磨粒的粒径大约是30μm以下的，合适的粒径范围是0.01～30μm。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。

多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具的制造过程包括配料、搅拌、浇注、消泡、烘干固化、脱模等步骤。

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；2、提高磨具的结合强度；3、提高了加工效率。

附图说明

图1是本发明的半固着磨粒磨具的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，由气孔1、粗磨粒2、结合剂3和细磨粒4组成。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70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由两种粒度等级的磨粒组成，包括粗磨粒2、细磨粒4。

所述的半固着磨粒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70％～94％，结合剂6％～30％。所述的磨粒可为以下之一：氧化铝、金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈、氧化锆。

所述两种不同磨粒的粒度差在5个等级内。所述的磨粒的粒径范围为：0.01～30微米。所述的磨粒由两种粒度等级的磨粒组成，两种磨粒的重量比例范围：9∶1～1∶9。

所述的磨粒可由三种粒度等级的磨粒组成。当然，也可以由四种、五种或更多种粒度等级的磨粒组成。

磨粒粒度可为GB2477-81《磨料粒度及其组成》中的两种或两种以上混合。可以使用任何粒径的两种磨粒，但一般使用0.01～30微米的两种磨粒进行混合比较合适。所述结合剂包括胶粘剂1％～15％，添加剂5％～15％。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。所述的磨具添加剂可为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、硅乳胶(二甲基甲硅烷)、甲基二烯聚硅氧烷或石蜡，其质量百分比为3％～8％。所述的消泡剂为辛醇、磷酸三丁脂类消泡剂，其质量百分比为0～1％。所述的填充剂为石墨、铜粉、铝粉或其混合物，其质量百分比为0～8％。

多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具的制造方法，包括以下步骤：(1)将磨粒、胶粘剂、添加剂混合，各自的质量百分比为：磨粒70％～94％，胶粘剂1％～15％，添加剂5％～15％，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30～90℃温度下烘烤24～96小时。

实施例1

本实施例的磨粒为1000#和3000#碳化硅磨粒；胶粘剂为植物胶类胶粘剂，如藻酸钠、半乳糖体、阿拉伯树胶；添加剂为硅油防水剂和铝粉填充剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2.5千克，1000#和3000#碳化硅磨粒共占总质量的70％，比例1000#∶3000#＝7∶3，植物类胶粘剂15％，硅油防水剂7％，铝粉填充剂8％。

实施例2

本实施例的磨粒为1000#和2000#氧化铝磨粒；胶粘剂为淀粉类胶粘剂，如马铃薯淀粉、玉米淀粉；添加剂为硅乳胶防水剂和磷酸三丁脂类消泡剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2千克，1000#和2000#氧化铝磨粒共占总质量的82％，比例1000#∶2000#＝9∶1，淀粉类胶粘剂6.6％，硅乳胶防水剂5％，磷酸三丁脂类消泡剂0.4％。

实施例3

本实施例的磨粒为600#和2000#碳化硼磨粒；胶粘剂为天然高分子类胶粘剂，如明胶、酪蛋白；添加剂为硅乳胶防水剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重1.8千克，600#和2000#碳化硼磨粒共占总质量的94％，比例600#∶2000#＝3∶7，天然高分子类胶粘剂1％，硅乳胶防水剂5％。

实施例4

本实施例的磨粒为1000#和4000#金刚砂磨粒；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；添加剂为甲基二烯聚硅氧烷防水剂和磷酸三丁脂类消泡剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2.5千克，1000#和4000#金刚砂磨粒共占总质量的80％，比例1000#∶4000#＝2∶8，纤维素类胶粘剂11.5％，甲基二烯聚硅氧烷防水剂8％，磷酸三丁脂类消泡剂0.5％。

实施例5

本实施例的磨粒为1000#和3000#石榴石磨粒；胶粘剂为半合成物类胶粘剂，如可溶性淀粉、糊精；添加剂为硅乳胶防水剂，石墨填充剂和辛醇消泡剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重1.5千克，1000#和3000#氧化铝磨粒共占总质量的75％，比例1000#∶3000#＝3∶7，半合成物类胶粘剂9％，硅乳胶防水剂8％，石墨填充剂7％，辛醇消泡剂1％。

实施例6

本实施例的磨粒为2000#和4000#碳化硼磨粒；胶粘剂为合成物类胶粘剂，如聚乙烯醇、丙烯酸钠、聚环氧乙烷；添加剂为铜粉填充剂和磷酸三丁脂消泡剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2千克，2000#和4000#碳化硼磨粒共占总质量的87％，比例2000#∶4000#＝5∶5，合成物类胶粘剂7.8％，铜粉填充剂5％，磷酸三丁脂类消泡剂0.2％。

实施例7

本实施例的磨粒为600#和4000#氧化铝磨粒；胶粘剂为树脂类胶粘剂，如醋酸树脂、酚醛树脂；添加剂为硅油防水剂和石墨填充剂；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2.5千克，2000#和1000#氧化铝磨粒共占总质量的90.5％，比例2000#∶1000#＝8∶2，树脂类胶粘剂3％，石墨填充剂3％，石蜡防水剂3％，辛醇消泡剂0.5％。

实施例8

本实施例的磨粒为2000#和3000#碳化硅磨粒；胶粘剂为淀粉类胶粘剂和植物胶类胶粘剂的混合物；添加剂为铝粉填充剂和硅油防水剂，各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2千克，2000#和3000#碳化硅磨粒共占总质量的85％，比例2000#∶1000#＝6∶4，淀粉类胶粘剂3％，植物胶类胶粘剂5％，铝粉填充剂3％，硅油防水剂3.9％，磷酸三丁脂类消泡剂0.1％。

实施例9

本实施例的磨粒为600#和3000#氧化铝磨粒；胶粘剂为淀粉类胶粘剂；添加剂分为填充剂和防水剂，填充剂为铜粉和铝粉的混合物，防水剂为硅油；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2.5千克，2000#和1000#氧化铝磨粒共占总质量的78％，比例600#∶3000#＝1∶9，淀粉类胶粘剂13％，铜粉和铝粉填充剂3％，硅油防水剂6％。

实施例10

本实施例的磨粒为1000#，2000#和3000#碳化硅磨粒；胶粘剂为合成物类胶粘剂；添加剂分为填充剂、防水剂和消泡剂，填充剂为石墨，防水剂为硅乳胶，消泡剂为辛醇；各个组分的质量百分比为：磨具质量共重2千克，1000#，2000#和3000#碳化硅磨粒共占总质量的88％，比例1000#∶2000#∶3000#＝5∶3∶2，合成物类胶粘剂5％，石墨填充剂2.8％，硅乳胶防水剂4％，辛醇消泡剂0.2％。

Claims (10)

1. 一种多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，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70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由至少两种粒度等级的磨粒组成。 

2. 如权利要求1所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述两种不同磨粒的粒度差在5个等级内。 

3. 如权利要求1所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的磨粒的粒径范围为：0.01～30微米。 

4. 如权利要求2所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的磨粒的粒径范围为：0.01～30微米。 

5. 如权利要求1-4之一所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的磨粒由两种粒度等级的磨粒组成，两种磨粒的重量比例范围：9∶1～1∶9。 

6. 如权利要求1-4之一所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的磨粒为以下之一：氧化铝、金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈或氧化锆。 

7. 如权利要求5所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的磨粒为以下之一：氧化铝、金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬、氧化铈或氧化锆。 

8. 如权利要求1-4之一所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具， 其特征在于：所述的结合剂包括胶粘剂和添加剂，其中各个组分占整个磨具的质量百分比为：胶粘剂1％～15％，添加剂5％～15％。 

9. 如权利要求8所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的胶粘剂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。 

10. 如权利要求8所述的多级粒度磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于：所述的添加剂为以下一种或几种混合，①防水剂、②填充剂、③消泡剂。