CN104400671A - 一种高光磨削磨具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高光磨削磨具及其制造方法，包括由磨料、结合剂和添加剂结合而成的磨具主体，所述磨具主体中设有气孔，所述磨具主体中磨料、结合剂、添加剂和气孔体的积比为28％-50％、12％-25％、15％-30％和10％-20％，所述磨料为CeO2、MgO、Fe2O3中的一种；所述结合剂为酚醛树脂；所述添加剂为碳酸氢钠或/和硫酸锌。由于选用莫氏硬度低于光学零件的CeO2、MgO、Fe2O3磨料，不会对光学零件的表面产生深的加工痕迹，容易达到较高的表面质量；酚醛树脂的结合剂，力学性能较为突出，磨具能够适应高温磨削抛光环境；碳酸氢钠或/和硫酸锌的添加剂，能够在干式磨削抛光过程中改善光学零件表面活性。

Description

一种高光磨削磨具及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种磨削工具，特别是一种高光磨削磨具及其制造方法。
背景技术
在光学系统中的一些光学零件对于表面加工质量要求非常高，现有的中等加工精度已经完全不能满足市场上对光学零部件的要求，现有磨削抛光主要采用抛光液及化学抛光的方法，这些方法磨削抛光效率较低、工件表面会造成亚表面损伤层。
发明内容
本发明提供一种高光磨削磨具及其制造方法，以解决现有的磨削抛光效率较低、工件表面会造成亚表面损伤层的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高光磨削磨具，包括由磨料、结合剂和添加剂结合而成的磨具主体，所述磨具主体中设有气孔，所述磨具主体中磨料、结合剂、添加剂和气孔体的积比为28％-50％、12％-25％、15％-30％和10％-20％，,所述磨料为CeO2、MgO、Fe2O3中的一种；所述结合剂为酚醛树脂；所述添加剂为碳酸氢钠或/和硫酸锌。
本发明的有益效果是：光学系统中的光学零件的莫氏硬度在6-7之间，在零件最终表面磨削抛光过程中，由于选用莫氏硬度低于光学零件的CeO2、MgO、Fe2O3磨料，不会对光学零件的表面产生深的加工痕迹，容易达到较高的表面质量；酚醛树脂的结合剂，耐老化性、耐热性、高温下的摩擦性能及力学性能较为突出，磨具能够适应高温磨削抛光环境；碳酸氢钠或/和硫酸锌的添加剂，能够在干式磨削抛光过程中改善光学零件表面活性的作用。
进一步，所述磨料为CeO2，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为28％、12％、30％、20％。
采用上述进一步方案的有益效果是：磨削磨具的平均材料去除率为90.5nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.65nm。
进一步，所述磨料为MgO，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为50％、25％、15％、10％。
采用上述进一步方案的有益效果是：磨削磨具的平均材料去除率为55.4nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.98nm。
进一步，所述磨料为Fe2O3，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为40％、20％、30％、10％。
采用上述进一步方案的有益效果是：磨削磨具的平均材料去除率为65.2nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.82nm。
本发明还提供一种高光磨削磨具的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：结合剂、添加剂颗粒筛选：结合剂选用细粒度的粉料939P酚醛树脂，添加剂选用碳酸氢钠；用研钵研磨所述结合剂、添加剂，然后用网格尺寸为50um的筛网过筛结合剂、添加剂；
步骤2,粉料称重：使用精密电子天平分别称量磨料和所述结合剂、添加剂；
步骤3,粉料烘干：使用烘干机，在50℃下恒温烘烤45分钟；
步骤4,粉料球磨：使用行星齿轮式球磨机进行混料，混合时间24小时，电极转速260r/min；
步骤5，模具涂油：在模具表面抹一层薄油膜；
步骤6，填料：将称量完成的粉料用药匙填在磨具型腔的中间位置；
步骤7，热压成型：将整个磨具放在热压机上，热压机温度设定为185+/-5℃，热压时间设定为40min，热压完成后保温5min；
步骤8，二次固化：磨具热压后再进行二次固化；
步骤9，质量检查：检验二次固化后的磨具质量。
本发明的有益效果是：粉料具有良好的分散性、便于磨具成型；磨料均匀分布在模具型腔中，很好地控制磨具的静平衡和形位公差；合适的温度，避免了制备过程中磨具的裂纹。
进一步，所述二次固化的温度曲线为：25℃-160℃：200min、160℃-180℃：450min、180℃-25℃：50min。
采用上述进一步方案的有益效果是：温度曲线固化，增强了磨具的强度，提高了磨削能力，使磨具的性能达到最佳。
附图说明
图1是本发明高光磨削磨具的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一，磨具中CeO2磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为28％、12％、30％、20％
按照以下配方准备磨具制备的原料：
CeO2：18.31g，
939P酚醛树脂：1.34g，
碳酸氢钠：6.37g，
硫酸锌：1.79g。
具体制备步骤如下：
步骤1，结合剂、添加剂颗粒筛选：选用细粒度的粉料939P酚醛树脂、碳酸氢钠、硫酸锌，用研钵研磨研散粉料中的固结小团，然后用网格尺寸为50um的筛网过筛获得松散均匀的粉料；
步骤2，粉料称重：使用精密电子天平分别称量CeO2，939P酚醛树脂，碳酸氢钠和硫酸锌；安上述磨具配料表中各组成成分质量的120％称重投料；
3)粉料烘干：使用烘干机，在50℃下恒温烘烤45分钟，改善粉料的分散性，使用料具有良好的成形性，有利于压制成型后得到组织更均匀的磨具；
4)粉料球磨：使用行星齿轮式球磨机进行混料，混合时间24小时，电极转速260r/min，混料的粉料不要超过球磨罐容量的3/4，搭配使用不同直径的钢球，使各组分充分混合均匀；
5)模具涂油：在模具表面抹一层薄油膜，方便脱模；先将模具擦拭干净，用干净软布将黄油均匀涂抹在模具芯棒、压棒和衬体表面，再用干净的软布将多余的黄油擦拭干净，避免对磨具造成污染；
6)填料：将称量完成的粉料用药匙填在磨具型腔的中间位置，然后将磨料朝型腔半径方向摊开，使磨料均匀分布在模具型腔中；
7)热压成型：将整个磨具放在热压机上，热压机温度设定为185+/-5℃，热压时间设定为40min，热压完成后保温5min；
8)二次固化：磨具热压后再进行二次固化；温度曲线为：25℃-160℃：200min、160℃-180℃：450min、180℃-25℃：50min；
9)质量检查：打磨成型后按照标准检验磨具质量。
实施例二，磨具中的MgO磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为50％、25％、15％、10％。
按照以下配方准备磨具制备的原料：
MgO：20.52g，
939P酚醛树脂：3.50g，
碳酸氢钠：2.66g，
硫酸锌：1.12g。
实施例三，磨具中的Fe2O3磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为40％、20％、30％、10％。
按照以下配方准备磨具制备的原料：
Fe2O3：19.42g，
939P酚醛树脂：2.26g，
碳酸氢钠：4.30g，
硫酸锌：1.82g。
上述两个实施例的制备步骤与实施例一相同。
检验实施例，分别对上述实施例一至三的磨具研磨性能指标进行检验。
使用的玻璃试件的规格为：
密度：2.51g/cm3,
努氏硬度：595kg/mm2,
杨氏模量：82X103kN/mm2,
软化点：719℃，
热导率：1.1W/m.℃。
磨削抛光的实验条件：
工件转速：600r/min，
磨具转速：120r/min，
压力：10N，
磨具往复运动：20次/分，
磨削方式：干磨。
随着磨削抛光的不断进行，玻璃试件的毛面渐渐变成半透明，最终呈现镜面。这是因为，磨具上的磨料不断划擦、撞击试件的表面，但是磨料的硬度小于试件的硬度，不会在试件上产生行的划痕，随着磨削的进行，温度等渐渐达到固相化学反应的条件，材料的去除率增大，试件渐渐变成半透明，最终呈现镜面。
最终试件检验结果显示：
实施例一：磨削磨具的平均材料去除率为90.5nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.65nm。
实施例二：磨削磨具的平均材料去除率为55.4nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.98nm。
实施例三：磨削磨具的平均材料去除率为65.2nm/min，其加工后的工件表面粗糙度达到0.82nm。
上述磨具可以使零件达到较高的材料去除率和很好的表面粗糙度，具有突出的磨削抛光性能。
以上对本发明高光磨削磨具及其制造方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种高光磨削磨具，包括由磨料、结合剂和添加剂结合而成的磨具主体，所述磨具主体中设有气孔，其特征在于，所述磨具主体中磨料、结合剂、添加剂和气孔体的积比为28％-50％、12％-25％、15％-30％和10％-20％，,所述磨料为CeO2、MgO、Fe2O3中的一种；所述结合剂为酚醛树脂；所述添加剂为碳酸氢钠或/和硫酸锌。
2.根据权利要求1所述的高光磨削磨具，其特征在于，所述磨料为CeO2，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为28％、12％、30％、20％。
3.根据权利要求1所述的高光磨削磨具，其特征在于，所述磨料为MgO，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为50％、25％、15％、10％。
4.根据权利要求1所述的高光磨削磨具，其特征在于，所述磨料为Fe2O3，所述磨料、结合剂、添加剂和气孔的体积比为40％、20％、30％、10％。
5.一种高光磨削磨具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：结合剂、添加剂颗粒筛选：结合剂选用细粒度的粉料939P酚醛树脂，添加剂选用碳酸氢钠；用研钵研磨所述结合剂、添加剂，然后用网格尺寸为50um的筛网过筛结合剂、添加剂；
步骤2,粉料称重：使用精密电子天平分别称量磨料和所述结合剂、添加剂；
步骤3,粉料烘干：使用烘干机，在50℃下恒温烘烤45分钟；
步骤4,粉料球磨：使用行星齿轮式球磨机进行混料，混合时间24小时，电极转速260r/min；
步骤5，模具涂油：在模具表面抹一层薄油膜；
步骤6，填料：将称量完成的粉料用药匙填在磨具型腔的中间位置；
步骤7，热压成型：将整个磨具放在热压机上，热压机温度设定为185+/-5℃，热压时间设定为40min，热压完成后保温5min；
步骤8，二次固化：磨具热压后再进行二次固化；
步骤9，质量检查：检验二次固化后的磨具质量。
6.根据权利要求5所述的高光磨削磨具的制造方法，其特征在于，所述二次固化的温度曲线,为：25℃-160℃：200min、160℃-180℃：450min、180℃-25℃：50min。
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