CN105215795B - 非晶合金产品异形面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工非晶合金产品异形面的方法，包括以需要加工的非晶合金产品的型面为模具形状，制备与之型面相同的切削砂轮；利用切削砂轮在普通砂轮的基础上切削制备出仿形砂轮，最后利用仿形砂轮直接加工非晶合金产品。本发明可实现对非晶合金产品多种异形面的抛磨加工，且成本低廉。

Description

非晶合金产品异形面加工方法

技术领域

本发明涉及一种非晶合金的机械加工方法，具体涉及一种利用仿形砂轮对具有异形面的非晶合金产品进行机械加工的方法。

背景技术

非晶合金是近十几年来迅速发展起来的新型材料，其特点为构成合金的原子呈拓扑无序状排列，从而结构上不存在晶界、堆垛、层错等缺陷。正因为具有上述结构特点，非晶合金材料具有不同于普通结晶态金属材料的理化特性和力学特性。非晶合金具有高硬度、高强度、高耐磨损性、高耐腐蚀性、高弹性极限，除此之外还具有低熔点，可以在压铸成形后获得优良的机械性能，这些优点使得非晶材料在消费类电子产品中应用前景广阔。

非晶合金的产品多采用铸造的方式获得，对于普通造型的产品，如正方形、矩形、长方体框架等利用模具设计出产品，经过后期机械加工，如CNC、喷砂、砂轮抛磨等工艺即可得到成品。然而，当产品中出现异形面，如圆弧面、凸面、不规则形面时，若想直接通过铸造的方法获得，则大大增加了模具的复杂程度和成型工艺的难度；而如果采用CNC或手动刀具加工的方式，则费时费力，加工成本极高，而且，由于非晶合金的高硬度和脆性，利用CNC或手动刀具加工的方式对刀具是一项极大地考验；而砂轮抛磨虽然效率高，抛磨出来的表面效果较好，但是砂轮往往仅有一个圆周磨面，无法对更复杂的异形面进行加工。同时还需解决在加工过程中，非晶合金产品表面过热后易导致产品结晶，进而影响产品品质的问题。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种制备仿形砂轮，然后利用仿形砂轮再对具有异形面的非晶合金产品进行机械加工的方法。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

1、以需要加工的非晶合金产品的型面为模具形状，制备与之型面相同的切削砂轮；非晶合金产品的异形面一般为弧形面、凸面、不规则平滑表面，而砂轮成型方法为粉末冶金，利用粉末冶金的方法制备弧形面、凸面、不规则平滑表面相同形面的砂轮从工艺上来说较为容易。

2、利用切削砂轮在普通砂轮的基础上切削制备出仿形砂轮；使用切削砂轮直接抛磨普通的具有圆周磨面的砂轮即可得到与非晶合金产品异形面相匹配的对应表面。

切削砂轮和仿形砂轮所用磨料为棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、单晶刚玉、碳化硅、碳化硼、莫来石、金刚石、立方氮化硼中的一种或几种，根据多加工的产品来定。仿形砂轮加工超高硬度合金宜使用金刚石、立方氮化硼这些较硬的磨料，刚玉类磨料、碳化硼磨料可加工高硬度合金。在精细抛磨工艺中，仿形砂轮使用莫来石作为磨料具有极好的效果，莫来石稳定、耐高温，由于其主要成分中含有氧化硅，所以能够和仿形砂轮中使用的树脂结合剂有非常好的结合力，且能够增加砂轮整体的韧性和延展性，这些优良的品质使莫来石仿形砂轮在精细抛磨非晶合金产品的过程中能够对复杂的异形结构的边角处有非常好的抛磨效果。

进一步地，切削砂轮选用磨料粒度为30-70号，仿形砂轮选用磨料粒度为30-280号及W40-W5号。仿形砂轮由于要直接加工非晶合金产品，故磨料粒度根据所加工产品的要求，既可以使用30-46号较粗粒度进行粗加工，也可以使用微粉级别的W40乃至更为细腻的磨料。而切削砂轮仅作为加工仿形砂轮的工具使用，无需过于细腻，使用30-70号的砂轮既可以达到快速加工仿形砂轮的目的，又不会对切削砂轮的制备和工艺提出过高的要求，平衡了需求与制造成本。

进一步地，切削砂轮磨料的粒度大于仿形砂轮的磨料粒度。切削砂轮磨料粒度大于仿形砂轮不仅可以使切削加工仿形砂轮的过程迅速，而且由于两者粒度不一样，加工时两砂轮表面接触不紧密，便于仿形砂轮表面加工时磨出的磨料细粉及时从砂轮表面脱落，不影响后续加工及加工后的仿形砂轮表面。

进一步地，切削砂轮和仿形砂轮可选硬度等级为M、N、P、Q、R、S、T、Y。仿形砂轮对非晶合金进行精磨和成型加工时，不宜使用较软的砂轮，因为非晶合金硬度高，硬度低的砂轮不仅无法对非晶合金进行有效抛磨，而且软砂轮与非晶合金面的接触极易产生高温影响产品品质。M、N、P、Q、R、S级别硬度的砂轮适合对正常的非晶合金产品进行抛磨加工，T、Y硬度级别的砂轮则适合加工极硬的非晶合金产品。

进一步地，切削砂轮的硬度不小于仿形砂轮。为保证切削砂轮能够有效加工仿形砂轮以及切削砂轮在完成制备仿形砂轮后可用来修正使用过的仿形砂轮，达到一物多用的目的，切削砂轮的硬度宜大于或等于仿形砂轮。

进一步地，切削砂轮结合剂使用树脂结合剂、金属结合剂或陶瓷结合剂中的一种，仿形砂轮结合剂使用树脂结合剂。切削砂轮仅作为加工工具使用，故与磨料相适应的树脂结合剂、金属结合剂或陶瓷结合剂都可使用。这些结合剂中，树脂结合剂可承受较大的磨削压力，相比其他的结合剂磨削效率高、具备良好的韧性、可塑性和延展性，可协助提高表面质量。尤其是在砂轮加工非晶合金产品过程中，如果产生高热，则首先砂轮中的树脂结合剂会发生碳化，使钝化的砂轮磨料自动脱落，漏出新的锋利的磨力，降低了磨削区域的热量，避免非晶合金工件的表面烧伤，所以仿形砂轮结合剂宜使用树脂结合剂。

进一步地，切削砂轮组织号可选4-12，所述仿形砂轮组织号可选0-8。切削砂轮作为加工砂轮，过与松散或过于密实的结构都不适宜；仿形砂轮用于加工较硬的非晶合金产品，使用0-8号偏紧密结构的砂轮，适宜于产品的成型、精密磨削。

进一步地，仿形砂轮制备材料中还添加有占体积比为1-5%的无机碱。普通工业用无机碱在100-140℃时会部分分解，从而产生少许气体来保证砂轮结构中有足够的气孔进行容屑和冷却的作用。

3、利用仿形砂轮直接加工非晶合金产品。可使用上述方法加工的非晶合金为锆基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、铜基非晶合金、钛基非晶合金、镍基非晶合金。

本发明具有如下有益效果：

1、可实现对非晶合金产品多种异形面的抛磨加工。

2、切削砂轮和仿形砂轮制备工艺简单，成本低。

3、砂轮抛磨非晶产品的工艺简单易操作，加工异形面成本比CNC低得多。

4、砂轮抛磨过程产生的热量低，不会在非晶合金产品表面产生高热从而影响非晶产品品质。

附图说明

图1-图7为切削砂轮和仿形砂轮的7中不同加工面。

图中标号说明：

11、21、31、41、51、61、71分别为7种不同的切削砂轮；

12、22、32、42、52、62、72分别为对应11、21、31、41、51、61、71切削砂轮加工的仿形砂轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：高硬锆基非晶合金产品加工

（1）如图1所示，加工产品型面为圆弧形，按照该形状制备与之型面相同的切削砂轮，切削砂轮和仿形砂轮的选择按照下表。

（2）利用切削砂轮在普通砂轮上切削制备出与圆弧面对应的凹弧面仿形砂轮；

（3）直接利用仿形砂轮加工非晶合金产品，即得到具有圆弧型面的非晶合金产品，产品表面呈镜面光，粗糙度小于0.05μm。

实施例2：铁基非晶合金产品加工

（1）如图4所示，加工产品型面为波浪形，按照该形状制备与之型面相同的切削砂轮，切削砂轮和仿形砂轮的选择按照下表。

（2）利用切削砂轮在普通砂轮上切削制备出与波浪形面对应的波浪凹面仿形砂轮；

（3）直接利用仿形砂轮加工非晶合金产品，即得到具有波浪形型面的非晶合金产品，产品表面粗糙度小于0.1μm。

实施例3：铜基非晶合金产品加工

（1）如图7所示，加工产品型面为凸锥形，按照该形状制备与之型面相同的切削砂轮，切削砂轮和仿形砂轮的选择按照下表。

（2）利用切削砂轮在普通砂轮上切削制备出与凸锥面对应的凹锥面仿形砂轮；

（3）直接利用仿形砂轮加工非晶合金产品，即得到具有凹锥型面的非晶合金产品，产品表面粗糙度小于0.5μm。

上述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种加工非晶合金产品异形面的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：以需要加工的非晶合金产品的型面为模具形状，制备与之型面相同的切削砂轮；

步骤二：利用切削砂轮在普通砂轮的基础上切削制备出仿形砂轮；

步骤三：利用仿形砂轮直接加工非晶合金产品；

所述切削砂轮磨料的粒度大于仿形砂轮的磨料粒度，切削砂轮的硬度不小于仿形砂轮；

所述切削砂轮结合剂使用树脂结合剂、金属结合剂或陶瓷结合剂中的一种，所述仿形砂轮结合剂使用树脂结合剂，所述仿形砂轮制备材料中还添加有占体积比为1-5% 的无机碱；

所述非晶合金为锆基非晶合金、铁基非晶合金、铝基非晶合金、铜基非晶合金、钛基非晶合金、镍基非晶合金。

2.根据权利要求1 所述加工非晶合金产品异形面的方法，其特征在于：所述切削砂轮和仿形砂轮所用磨料为棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、单晶刚玉、碳化硅、碳化硼、莫来石、金刚石、立方氮化硼中的一种或几种。

3.根据权利要求1 所述加工非晶合金产品异形面的方法，其特征在于：切削砂轮磨料粒度为30-70 号，仿形砂轮磨料粒度为30-280 号、W40-W5 号。

4.根据权利要求1 所述加工非晶合金产品异形面的方法，其特征在于：所述切削砂轮和仿形砂轮可选硬度等级为M、N、P、Q、R、S、T、Y。

5.根据权利要求1 所述加工非晶合金产品异形面的方法，其特征在于：所述切削砂轮组织号可选4-12，所述仿形砂轮组织号可选0-8。