CN104275650A - 一种具备抛光性能的无磨粒α-Fe基砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备抛光性能的无磨粒α-Fe基砂轮，主要有砂轮基体、结合剂层块体、安装孔等组成，其砂轮主要特征是不含金刚石磨粒，结合剂配方为：在现有铁基砂轮配方的基础上，增加α-铁粉，其配方成分比例（重量）为：α-铁粉（60%-80%）、铜粉（10%-30%）锡粉（1%-10%）、镍粉（1%-10%）、石墨（1%-10%）。首先将结合剂块体2压制、烧结完成，然后在1处沿圆周钎焊在砂轮基体3上，组合成一个砂轮整体，如图所示。主要用于在线电解修锐磨削技术中，砂轮接电解电源阳极，修锐电极接修锐电源阴极，在通电的同时，在阴阳极间浇注电解液，于是砂轮表面结合剂被电解，形成富含α-Fe2O3的氧化膜，α-Fe2O3本身是优异的抛光剂，因此能实现对工件表面的精密抛光。

Description

一种具备抛光性能的无磨粒α-Fe基砂轮
技术领域
本发明属于磨削加工技术领域，尤其涉及到在线电解修锐(Electrolytic In-process Dressing，ELID)技术中应用的砂轮。 
背景技术
现有ELID磨削技术能够实现砂轮钝化后的在线电解修锐，修锐使砂轮表面结合剂电解，形成氧化膜，并涂覆在砂轮表面。最新的研究表明，该氧化膜主要成分是铁的各种氧化物，其中有少量的α-Fe2O3，该氧化膜中的α-Fe2O3是一种优良的研磨剂，在磨削的同时，能够对已加工表面起到辅助抛光作用。但是由于氧化膜中α-Fe2O3的含量较少，抛光性能较低。 
针对现有ELID磨削技术砂轮表面氧化膜α-Fe2O3含量少，抛光能力低的问题，现在已有的几种砂轮如下： 
（1）现有的砂轮有铁基砂轮、铸铁纤维基砂轮，采用配方的主要成分是铁粉（铸铁粉）、铜粉，附加的添加剂有锡粉、镍粉、石墨等，按一定比例机械混合后，在一定压力下压制成毛坯，在烧结炉内按一定的烧结工艺进行烧结，使毛坯结构进一步致密化，达到砂轮所需的强度、硬度等性能要求。 
（2）多孔铁基砂轮、铜基砂轮以及树脂-铁基砂轮等。多孔基砂轮的在砂轮配方中加入造孔剂，烧结时造孔剂气化在结合剂内形成孔洞，能够起到容纳切屑、避免砂轮堵塞的作用，提高切削性能。铜基砂轮是砂轮配方的主要成分是铜，该砂轮也能被电解，是ELID磨削应用的砂轮之一。树脂-铁基砂轮是在砂轮结合剂配方中添加树脂成分，电解时铁基结合剂被电解，而树脂则起到承托、把持磨粒的作用，由于磨削时结合剂有树脂，因而该砂轮硬度降低，能够避免磨削时结合剂划伤工件已加工表面。 
（3）奥氏体高强度铁基砂轮。该砂轮采用铁粉熔化后浇注的方式获得。其结合剂主要成分是处于奥氏体相的铁碳合金。 
无论是铁基、铸铁纤维基、多孔铁基砂轮，还是铜基砂轮机树脂-铁基砂轮，都无法在砂轮电解后形成的氧化膜中提高α-Fe2O3的含量，因此并没有从根本上提高砂轮的抛光性能。而奥氏体高强度铁基砂轮，其结合剂成分主要是γ-Fe和碳的固溶体，该砂轮在电解时能形成氧化膜，该氧化膜在一定条件下能够转化成α-Fe2O3，提高氧化膜中α-Fe2O3的含量，但是由于砂轮结合剂镶嵌有磨粒，因此该砂轮是以磨削为主，抛光为辅。 
发明内容
由于上述几种砂轮不能提供抛光性能，或抛光性能较弱，针对增加砂轮抛光性能的问题，本发明提供了一种新的砂轮形式，即α-铁基无磨粒抛光砂轮。该砂轮结合剂中不含有磨粒，只有α-铁、铜、添加剂等成分，电解时形成氧化膜中富含α-Fe2O3成分，因此能对磨削表面进行抛光加工，进一步改善ELID磨削精度。 
本发明在现有铁基砂轮配方的基础上，增加α-铁粉，去除金刚石磨粒，其配方成分比例（重量）为：α-铁粉（60%-80%）、铜粉（10%-30%）锡粉（1%-10%）、镍粉（1%-10%）、石墨（1%-10%）。铜粉的加入是为了改善砂轮机械性能，锡粉和镍粉则可以在烧结时预先熔化成液相，分散于铁粉、铜粉之间，改善烧结效果。石墨的加入一方面能够补偿烧结造成的碳损失，另一方面石墨分散于结合剂内部，能起到润滑作用。 
为便于压制毛坯和烧结，将砂轮结合剂层沿圆周分成若干等分，每一等分的结合剂层可以单独进行压制、烧结，然后用钎焊的方法将每个结合剂层钎焊在砂轮基体上，组合成砂轮。每一等分的结合剂层块体示意图如图1所示，砂轮组合体如图2所示。 
本发明是这样实现的，其基本步骤是：1、块体的制备。按一定比例将上述配方混合后，在800MPa压力机上压制成型，制成预烧结毛坯。然后在进行烘干机上对预烧结毛坯进行烘干。最后在碳保护条件下，按预定烧结工艺进行烧结。其烧结工艺如图3所示，快速升温到250℃，保温2-5分钟，再升温至500℃，保温3-6分钟，再升温至720℃，保温3-5分钟，最后升温至810℃，保温5-10分钟，随炉冷却至室温。 
2、块体组合成砂轮。将得到的块体以钎焊的形式，钎焊在砂轮基体上，组合成砂轮。如图2所示。 
3、整形。组合后的砂轮块体在基体上分布高度不一致，需要用电火花整形的方式蚀除高点，使砂轮的圆柱度、圆度满足使用要求。 
4、电解。在整形结束后将砂轮接入ELID修锐电源，在阴阳极间通入电解液、接通电源后对砂轮进行电解，同时进行磨削抛光，在磨削高温的作用下，此时砂轮表面生成氧化膜的主要成分发生转化，主要以α-Fe2O3为主，因此达到了增加砂轮表面氧化膜中α-Fe2O3的含量、提高砂轮抛光效率、增加抛光精度的效果。 
进一步，本发明所用烧结方法有很多种，比如热压烧结、真空烧结、等离子体活化烧结等，用别的烧结手段也能够达到，应视为本专利保护的领域之一。 
进一步，采用整体烧结的方式得到整体式砂轮，和本发明采用的分块式烧结、再组合的方式虽然外表形式不同，但效果是相同的，只是整体式砂轮烧结工艺更加严格，因此应 视为本专利保护的领域之一。 
进一步，本发明为不含磨粒的，只有结合剂成分的抛光用砂轮。 
进一步，本发明砂轮配方是在原有配方基础上添加α-铁粉，调整各组分的比例，使之适合于生成无磨粒α-铁基砂轮。其配方成分比例（重量）为：α-铁粉（60%-80%）、铜粉（10%-30%）锡粉（1%-10%）、镍粉（1%-10%）、石墨（1%-10%）。 
进一步，本发明的烧结工艺是对烧结工艺进行更新，烧结后生成无磨粒α-铁基砂轮。其烧结工艺为：快速升温到250℃，保温2-5分钟，再升温至500℃，保温3-6分钟，再升温至720℃，保温3-5分钟，最后升温至810℃，保温5-10分钟，随炉冷却至室温。 
进一步，本发明采用分块压制、烧结，整体组合成砂轮的形式，便于压制毛坯、烧结及组合修整。 
附图说明
图1是砂轮结合剂块体图。 
图2是组合体砂轮图。 
图3是α-铁基无磨粒砂轮烧结工艺图。 

Claims (5)

1.一种无磨粒α-铁基砂轮，其特征在于，砂轮不含有磨粒，其抛光性能的形成依赖于砂轮结合剂中α-铁电解和高温反应生成的α-Fe2O3。
2.根据权利要求1所提出的无磨粒α-铁基砂轮，其特征在于采用独特的砂轮结合剂配方，即在原有的配方基础上添加α-铁粉，并改善砂轮各组分的配比，其配方成分比例（重量）为：α-铁粉（60%-80%）、铜粉（10%-30%）锡粉（1%-10%）、镍粉（1%-10%）、石墨（1%-10%）。
3.根据权利要求1所提出的无磨粒α-铁基砂轮，其特征在于采用碳保护烧结工艺，其烧结工艺如图3所示，快速升温到250℃，保温2-5分钟，再升温至500℃，保温3-6分钟，再升温至720℃，保温3-5分钟，最后升温至810℃，保温5-10分钟，随炉冷却至室温。
4.根据权利要求1所提出的无磨粒α-铁基砂轮，其特征在于结合剂层使用分块式压制毛坯、分块烧结、最后和基体组装成砂轮整体的形式。
5.根据权利要求1所提出的无磨粒α-铁基砂轮，其特征在于每块结合剂层均采用钎焊的方式和砂轮基体连接。
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