CN105856081B - 一种微钻用精磨超硬砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微钻用精磨超硬砂轮及其制备方法，属于超硬材料及制品技术领域。本发明的微钻用精磨超硬砂轮包括基体和磨料层，所述磨料层包括如下重量份数的组分：磨料44‑88份、结合剂60.3‑87.9份、填料100.8‑142份，所述结合剂由重量比为1:1‑3的聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂组成，所述填料为碳化硅、聚四氟乙烯、氧化铈。本发明的微钻用精磨超硬砂轮提高了砂轮的韧性和耐磨性能，改善了砂轮在加工工件过程中的抗震减震性能，提高了工件的质量。

Description

一种微钻用精磨超硬砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微钻用精磨超硬砂轮及其制备方法，属于超硬材料及制品技术领域。
背景技术
微型钻头(钻头直径≤1mm)主要应用于电子元器件、精密模具、航空航天等行业的钻孔加工。随着科技发展水平的提高，精密设备和超精密电子元器件的需求越来越大，精度要求也越来越高，对相应的加工用超细微钻(钻头直径≤0.2mm)的质量也提出了更高的要求，而微钻的钻尖主刀面刃口质量是影响微钻质量的关键因素。
在微钻的生产加工过程中，需要使用刃部外圆磨砂轮、刃部开槽砂轮、钻尖副刀面半精磨砂轮和主刀面精磨砂轮等进行磨削加工。微钻钻尖的质量与所用钻尖磨削砂轮有较大关系，当砂轮设计不合理时，在微钻钻尖主刀面磨削加工过程中会造成光洁度差、崩口、锯齿、大小面或偏心等缺陷的产生，进而导致加工出的微钻出现废品现象，成品率降低；同时如果砂轮设计不合理，会造成修整频繁，工人劳动强度增大，砂轮的使用寿命降低。
现有技术中，一般通过对微钻磨削砂轮的结构进行优化来解决上述问题，如授权公告号为CN203245742U的中国实用新型专利(授权公告日为2013年10月23日)公开了一种微钻刃半精磨用树脂砂轮，其基体的圆周面是三阶梯形状，磨料层覆盖在所述基体的三阶梯形状的圆周面上。该树脂砂轮可以减少修磨量，降低砂轮的变形程度，提高砂轮使用寿命。授权公告号为CN204772141U的中国实用新型专利(授权公告日为2015年11月18日)公开了一种微钻刃开槽用树脂砂轮，砂轮基体侧面绕设有一圈磨料容置槽，该树脂砂轮能够减少修磨量，降低砂轮的变形程度，提高砂轮的使用寿命。授权公告号为CN201625801U的中国实用新型专利(授权公告日为2010年11月10日)公开了一种用于电路板钻孔的微型钻头及其专用加工砂轮，包括用于加工微型钻头柱状钻身的螺旋状沟槽的凸缘，所述凸缘与钻身接触的最宽处的宽度超过所述待加工的微型钻头的钻身直径的85％，该砂轮能够很好地加工出微钻的排屑沟槽，提高微钻的排屑性能。
通过对砂轮的结构进行改进，能够提高砂轮的性能，进而提高加工出的微钻的结构和性能。但是，由于无法改变砂轮的磨料层的韧性和耐磨性，从而无法从根本上提高砂轮的磨削性能和使用寿命，并提高磨削工件的成品率。
从砂轮磨料层的成分方面进行改进是从根本上提高砂轮磨削性能和使用寿命的一种有效手段。申请公布号为CN103264359A的中国发明专利(申请公布日为2013年8月28日)公开了一种微钻刃半精磨用树脂砂轮及其制作方法，该树脂砂轮包括设置在基体上的磨料层，该磨料层由下述重量百分数的原料制备而成：酚醛树脂粉13.21％-19.05％、金刚石粉45％-54％、铜粉28.33％-35.95％、酚醛树脂湿润剂2％-5％、冰晶石粉3％-8％。该树脂砂轮通过减小压制气孔，减少夹渣以便树脂粉很好地粘附于磨料的表面，利于成型，并保持磨料层的强度以达到提高砂轮的耐磨度和硬度目的，从而在使用本发明时可降低砂轮的修整次数，提高生产效率，提高砂轮的使用寿命。但是该类树脂砂轮仅仅用于微钻刃部的半精磨加工，不能应用于微钻钻尖的精磨加工，而且这种砂轮的磨料层与基体结合力较低，易导致砂轮韧性低、耐磨性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种韧性高、耐磨性好的微钻用精磨超硬砂轮。本发明的目的还在于提供一种上述微钻用精磨超硬砂轮的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的微钻用精磨超硬砂轮的技术方案如下：
一种微钻用精磨超硬砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层包括如下重量份数的组分：磨料44-88份、结合剂60.3-87.9份、填料100.8-142份，所述结合剂由重量比为1:1-3的聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂组成，所述填料为碳化硅、聚四氟乙烯、氧化铈。
为了进一步提高砂轮的耐磨性，所述碳化硅、聚四氟乙烯、氧化铈的重量比为51.2-80:4.8-6:33.6-56。
为了便于加工，所述基体为铝或者铝合金。
为了提高微钻钻尖刀面的加工效果，所述填料的粒径不大于10μm。其中碳化硅的粒径不大于2μm。
所述磨料为金刚石。所述磨料的粒度为M4/8-M0/1。所述磨料层中磨料浓度为50-150。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮适用于超细微钻，一般的，所述微钻的钻头的直径不大于0.2mm。
所述聚酰胺树脂为热塑性树脂，所述聚酰亚胺树脂为热固性树脂。所述热塑性聚酰胺树脂进一步优选为PA1012，所述热固性聚酰亚胺树脂进一步优选为如表1所示的热固性聚酰亚胺树脂粉。
表1 热固性聚酰亚胺树脂粉的参数
项目 参数
外观 粉末状
熔点(℃) 105～135
≤40μm粒径比例(％) ≥95
马丁耐热(℃) ≥260
DMF不溶物含量(％) ＜5
170℃凝胶时间(S) 150～600
所述微钻用精磨超硬砂轮的砂轮规格为6A2、11A2或12A2。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法的技术方案如下：
上述的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法，包括如下步骤：
将磨料、结合剂、填料均匀混合，在170-250℃下压制在基体上并保温15-60min，即得。
所述压制的压力为20-200MPa。压制所使用的成型设备为200吨压机。
为了充分提高各组分原料混合的均匀性，所述均匀混合采用如下方式：先研磨混合30min，再筛混5-6次。其中，筛混的具体步骤为：1)选用200目以细筛网及干净毛刷；2)将原料置于筛网上，用毛刷将原料刷过筛网；3)将过筛后的原料搅拌均匀；4)上述操作步骤2)和3)重复4-5次，即得到均匀混合的混合料。
将磨料、结合剂、填料均匀混合后，投入专用的模具型腔中，刮料至均匀。
所述保温后进行进行固化处理。所述固化处理的方法为：将成型后砂轮毛坯均匀放置于烘箱中，从室温经过2h升至200℃；保温10h后降温，取出砂轮即可。
固化后的砂轮进行加工制成砂轮半成品。砂轮半成品进行检验及动平衡处理。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮针对超细微钻钻尖在加工过程中存在的主副刀面刃口质量差、加工过程中易断针、成品率低等问题，采用聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂作为结合剂，提高了砂轮的韧性和耐磨性能，改善了砂轮在加工工件过程中的抗震减震性能，提高了工件的质量。在满足0.2mm直径以下微钻钻尖主刀面加工质量的前提下提高了磨削工件的成品率，本发明的微钻用精磨超硬砂轮加工0.2mm以下的微钻时，成品率可以达到95％-97％，砂轮单次修整周期内加工微钻的数量可以达到8000-20000支，能够使加工直径0.2mm及以下微钻的成品率提高20％以上，砂轮耐用度提高15％以上，同等规格砂轮寿命提高30％以上，降低了砂轮的修整频率，提高了砂轮的性价比。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮能够针对直径为0.2mm及以下的微钻钻尖主刀面进行精密磨削加工，加工后的磨削工件在显微镜下显示无超过直径5％的锯齿和崩口现象。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法操作简便，能够使结合剂与磨料和填料紧密结合同时又能提高形成的磨料层的韧性和耐磨性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的微钻用精磨超硬砂轮的结构示意图；
图2为本发明的实施例2的微钻用精磨超硬砂轮的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的微钻用精磨超硬砂轮包括基体2和磨料层1，基体为铝，磨料层由如下重量的组分组成：30.15g聚酰胺PA1012，30.15g聚酰亚胺，该聚酰亚胺采用如表1所示的热固性聚酰亚胺树脂粉，44g粒度为M4/8的金刚石，80g粒径为M1/2的碳化硅，6g粒径≤10μm的聚四氟乙烯(PTFE)，56g粒径≤10μm的氧化铈。
上述微钻用精磨超硬砂轮的制备方法包括如下步骤：
1)按照上述重量称取结合剂热塑性聚酰胺树脂粉PA1012和热固性聚酰亚胺树脂粉、磨料金刚石粉、碳化硅粉、氧化铈粉；将称好的原料混合，搅拌均匀后研磨混合30min，然后筛混5次，得成型料；其中筛混的具体步骤为：选用200目以细筛网及干净毛刷；将原料置于筛网上，用毛刷将原料刷过筛网；将过筛后的原料搅拌均匀；上述操作步骤重复4次，即得；
2)取一定量的上述成型料均匀投入砂轮模具型腔中，刮料至均匀，压制到基体上，压制温度为200℃，压力为25MPa，保温15min，得砂轮毛坯；
3)将上述砂轮毛坯置于烘箱中按照如下方式进行后固化：将保温后的砂轮毛坯均匀放置于烘箱中；打开烘箱，使烘箱温度从室温经过2h升至200℃；于200℃保温10h；降温，取出砂轮；然后按照图纸要求加工到需要的尺寸，得砂轮半成品；
4)将上述砂轮半成品进行检验并进行动平衡处理。
本实施例的微钻用精磨超硬砂轮型号为6A2，规格为D75×T35×H13.5×X10×W2，本实施例中的微钻用精磨超硬砂轮加工的微钻为PCB微型钻头，直径为0.2mm，微钻钻尖主刀面的成品率达到96％，砂轮耐用度(单次修整周期内加工微钻的数量)达到8000支以上。
实施例2
如图2所示，本实施例的微钻用精磨超硬砂轮包括基体4和磨料层3，基体为铝，磨料层由如下重量的组分组成：29.3g聚酰胺PA1012，58.6g聚酰亚胺，该聚酰亚胺采用如表1所示的热固性聚酰亚胺树脂粉，88g粒度为M2/4的金刚石，51.2g粒径为M0/1的碳化硅，4.8g粒径粒径≤10μm的的聚四氟乙烯(PTFE)，44.8g粒径≤10μm的氧化铈。
上述微钻用精磨超硬砂轮的制备方法包括如下步骤：
1)按照上述重量称取结合剂热塑性聚酰胺树脂粉PA1012和热固性聚酰亚胺树脂粉、磨料金刚石粉、碳化硅粉、氧化铈粉；将称好的原料混合，搅拌均匀后研磨混合40min，然后筛混6次，得成型料；其中筛混的具体步骤为：选用200目以细筛网及干净毛刷；将原料置于筛网上，用毛刷将原料刷过筛网；将过筛后的原料搅拌均匀；上述操作步骤重复5次，即得；
2)取一定量的上述成型料均匀投入砂轮模具型腔中，刮料至均匀，压制到基体上，压制温度为230℃，压力为30MPa，保温20min，得砂轮毛坯；
3)将上述砂轮毛坯置于烘箱中按照如下方式进行后固化：将保温后的砂轮毛坯均匀放置于烘箱中；打开烘箱，使烘箱温度从室温经过2h升至200℃；于200℃保温10h；降温，取出砂轮；然后按照图纸要求加工到需要的尺寸，得砂轮半成品；
4)将上述砂轮半成品进行检验并进行动平衡处理。
本实施例的微钻用精磨超硬砂轮型号为11A2，规格为D75×T25×H31.75×X10×W2，本实施例中的微钻为PCB微型钻头，直径为0.1mm，采用上述微钻用精磨超硬砂轮在全自动磨尖机上加工该微钻，微钻钻尖主刀面的成品率达到95％，砂轮耐用度(单次修整周期内加工微钻的数量)达到10000支以上。
实施例3
本实施例的微钻用精磨超硬砂轮包括基体和磨料层，基体为铝，磨料层由如下重量的组分组成：15.2g聚酰胺PA1012，45.6g聚酰亚胺，该聚酰亚胺采用如表1所示的热固性聚酰亚胺树脂粉，66g粒度为M1/2的金刚石，67.2g粒度为M0/1的碳化硅，4.8g粒径≤10μm的聚四氟乙烯(PTFE)，33.6g粒径≤10μm的氧化铈。
上述微钻用精磨超硬砂轮的制备方法包括如下步骤：
1)按照上述重量称取结合剂热塑性聚酰胺树脂粉PA1012和热固性聚酰亚胺树脂粉、磨料金刚石粉、碳化硅粉、氧化铈粉；将称好的原料混合，搅拌均匀后研磨混合35min，然后筛混5次，得成型料；其中筛混的具体步骤为：选用200目以细筛网及干净毛刷；将原料置于筛网上，用毛刷将原料刷过筛网；将过筛后的原料搅拌均匀；上述操作步骤重复4次，即得；
2)取一定量的上述成型料均匀投入砂轮模具型腔中，刮料至均匀，压制到基体上，压制温度为240℃，压力为40MPa，保温25min，得砂轮毛坯；
3)将上述砂轮毛坯置于烘箱中按照如下方式进行后固化：将保温后的砂轮毛坯均匀放置于烘箱中；打开烘箱，使烘箱温度从室温经过2h升至200℃；于200℃保温10h；降温，取出砂轮；然后按照图纸要求加工到需要的尺寸，得砂轮半成品；
4)将上述砂轮半成品进行检验并进行动平衡处理。
本实施例的微钻用精磨超硬砂轮型号为11A2，规格为D75×T25×H31.75×X10×W2，本实施例中的微钻为PCB微型钻头，直径为0.15mm，采用上述微钻用精磨超硬砂轮在全自动磨尖机上加工该微钻，微钻钻尖主刀面的成品率达到97％，砂轮耐用度(单次修整周期内加工微钻的数量)达到1.2万支以上。
本发明的微钻用精磨超硬砂轮加工0.2mm以下的微钻时，成品率可以达到95％-97％，砂轮耐用度(单次修整周期内加工微钻的数量)可以达到8000-1.2万支。

Claims (6)

1.一种微钻用精磨超硬砂轮，其特征在于，包括基体和磨料层，所述磨料层包括如下重量份数的组分：磨料44-88份、结合剂60.3-87.9份、填料100.8-142份，所述结合剂由重量比为1:1-3的聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂组成，所述填料为碳化硅、聚四氟乙烯、氧化铈，碳化硅、聚四氟乙烯、氧化铈的重量比为51.2-80:4.8-6:33.6-56；
所述磨料为金刚石，磨料的粒度为M4/8-M0/1；
所述填料的粒径不大于10μm，其中碳化硅的粒径不大于2μm；
所述聚酰胺树脂为PA1012；
所述聚酰亚胺树脂为热固性树脂，熔点105-135℃，马丁耐热≥260℃，170℃凝胶时间150~600s。
2.根据权利要求1所述的微钻用精磨超硬砂轮，其特征在于，所述基体为铝或者铝合金。
3.如权利要求1所述的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法，其特征在于，包括：将磨料、结合剂、填料均匀混合，在170-250℃下压制在基体上并保温15-60min，即得。
4.根据权利要求3所述的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为20-200MPa。
5.根据权利要求3所述的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法，其特征在于，所述均匀混合采用如下方式：先研磨混合30min，再筛混5-6次。
6.根据权利要求3所述的微钻用精磨超硬砂轮的制备方法，其特征在于，所述保温后进行固化处理。
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