CN106272126A - 一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法 - Google Patents

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张大将
黄辉
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Abstract

本发明公开了一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，包括：步骤一、将含有光固化剂和活性合金粉末的结合剂涂覆在磨轮基体工作面上，再将磨粒撒在结合剂上；步骤二、依据磨粒排布图案驱动聚焦光束光斑对结合剂进行区域性扫描照射固化，使得光束照射到的结合剂中的光固化剂发生光诱导固化；步骤三、清除没有被光束照射固化的结合剂和磨粒；步骤四、对带有临时光固结合层的磨轮基体进行钎焊加热、保温，临时光固化结合层中的光固化剂分解，活性合金粉末熔化后将磨粒牢固连接在磨轮基体上。利用光束对磨轮表面的结合剂进行选择性照射固化，再通过钎焊加热使活性合金粉末熔化后将磨粒牢固连接在磨轮基体上，可以实现各种复杂排布图案的制作，极大提高了制作效率。

Description

一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法
技术领域
本发明涉及一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，属于磨料工具制备领域。
背景技术
磨削加工是机械零件精密成型与高质量表面获得的主要加工方式，广泛应用于金属、陶瓷、光学晶体等材料的高效精密加工。对磨削加工而言，磨轮对加工过程及加工后工件表面质量以及加工成本极其为重要，是构成高效、精密磨削技术的关键。由于磨削实际上是通过固结在磨轮表面的众多磨料对材料的微量去除从而实现工件材料的整体去除加工，因此磨轮表面磨粒的分布对磨轮性能影响巨大。一直以来，人们都在努力如何使得磨料或微磨粒群能够按一定方式分布在磨轮表面，以确保磨粒间能均匀承担切削载荷，从而有效提高磨粒的磨削性能。
现有很多专利都是采用网筛法、模板法、隔板排布等方式，如中国发明专利公开号CN1528565A中公布了一种基于壳模布料的方法、中国发明专利公开号CN1528565A中公布了一公布了一种带图案优化的磨料制备技术、中国发明专利号CN101073882公布了一种磨料三维多层可控优化排布电镀工具制备方法等，都一定程度上实现了磨料按一定形式排布的磨轮制作。但是依然存在很多难题，主要体现在：(1)由于受于网筛、孔板等制作的影响，复杂图案排布很难实现；(2)网筛，孔板的方法主要应用于平面磨盘的制备，而对于带有弧面等形状的磨轮制备显然无能为力；(3)由于网筛、孔板等空洞小，结合剂及磨料涂覆困难，因此现有方法效率是十分低下。也因为如此，尽管在磨料图案排布提出多年后的今天依然无法看到起大规模的应用。寻找更自由、便捷、高效的磨料图案分布磨轮制备技术显然极为迫切。
发明内容
本发明提供了一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，包括：
步骤一、将含有光固化剂和活性合金粉末的结合剂涂覆在磨轮基体工作面上，再将磨粒撒在结合剂上；
步骤二、依据磨粒排布图案驱动聚焦光束光斑对结合剂进行区域性扫描照射固化，使得光束照射到的结合剂中的光固化剂发生光诱导固化，借助此固化作用从而将磨粒和活性合金粉末临时粘固在磨轮基体上，从而在磨轮机体表面得到与预期磨粒排布图案一致的临时光固结合层；
步骤三、清除没有被光束照射固化的结合剂和磨粒；
步骤四、对带有临时光固结合层的磨轮基体进行钎焊加热、保温，临时光固化结合层中的光固化剂分解，活性合金粉末熔化后将磨粒牢固连接在磨轮基体上，停止加热之后冷却即得到磨料图案排布钎焊磨轮。
一较佳实施例之中：所述结合剂是加热可熔化的金属合金焊料，其组分至少包括铬、钴、钛、铁、铝金属合金当中的一种。
一较佳实施例之中：所述结合剂包括65％NiCrP粉末和35％乙烯基酯树脂，或65％NiCrBSi粉末和35％乙烯基酯树脂。
一较佳实施例之中：所述光固化剂是含有1-10％的光引发剂、同时含有丙烯酰氧基、或甲基丙烯酰氧基、或丙烯基、或环氧基团、或乙烯基醚的树脂。
一较佳实施例之中：所述磨粒是金刚石、或立方氮化硼、或氧化锆、或氧化铝、或硬质合金、或氮化硅、或碳化硅；所述磨粒的直径是10-2000μm。
一较佳实施例之中：所述磨粒的直径40-80μm，或者，所述磨粒的粒度140-170目。
一较佳实施例之中：所述光束照射在磨轮基体表面的光斑直径为0.01-10mm；所述光束为波长250-420nm的紫外光，或者，波长为400-800nm的可见光。
一较佳实施例之中：所述光束功率40-50W，光束宽度1-3mm，扫描速度5-20mm/min。。
一较佳实施例之中：步骤四中钎焊加热、保温在真空度10-4-10-3Pa的环境下进行。
一较佳实施例之中：步骤四中钎焊加热、保温在惰性气体保护气氛下进行。
一较佳实施例之中：步骤四中先加热到400-600摄氏度并保温20-40分钟，然后再继续加热至1030-1050摄氏度并保温3-8分钟；或者，步骤四中先加热到400-600摄氏度并保温20-40分钟，然后再继续加热至970-1000摄氏度并保温3-8分钟。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
结合剂含有光固化剂和活性合金粉末，利用光束对磨轮表面的结合剂进行选择性照射固化，再通过钎焊加热使活性合金粉末熔化后将磨粒牢固连接在磨轮基体上，可以实现各种复杂排布图案的制作，可实现细粒度磨粒群分布可控排布，极大提高了制作效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了磨轮基体的立体示意图。
图2绘示了磨轮基体工作面涂覆结合剂的立体示意图。
图3绘示了磨轮基体工作面撒上磨粒的立体示意图。
图4绘示了光束照射结合剂层并形成临时光固结合层的立体示意图。
图5绘示了去掉没有被光照固化的结合剂和磨粒并经过加热得到的磨料图案排布钎焊磨轮示意图。
具体实施方式
实施例一：
请参照图1至图5，基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法包括四个步骤：
步骤一，将含有光固化剂和活性合金粉末的结合剂2均匀铺展在磨轮基体1上，将磨粒3均匀撒在结合剂2上。所述结合剂2优选含65％NiCrBSi粉末和35％乙烯基酯树脂。所述磨轮基体1优选45号钢。所述磨粒优选金刚石，直径40-80um。
步骤二，采用光束4按所设计的磨粒排布图案对结合剂2进行区域选择性扫描照射固化，使得光束3照射过的结合剂2中的光固化剂发生固化并形成临时光固化结合层，借助临时光固化结合层作用从而将磨粒3和活性合金粉末临时粘固在磨轮基体1上，从而在磨轮机体1表面得到与预期磨粒排布图案一致的临时光固结合层。所述光速4的功率40W，光束宽度2mm,扫描速度10mm/min。所述光速4优先紫外光，波长为250-420nm。
步骤三，待光速3扫描完成后去除未被扫描固化的结合剂2及磨料3，从而在磨轮基体上表面仅留下呈所需图案排布形式的临时光固结合层。
步骤四，将磨轮基体1送入加热炉进行钎焊加热，真空度10-4Pa，加热到400-600摄氏度保温30分钟，使得临时光固结合层中的光固化剂在高温下分解，继续加热至1030-1050摄氏度并保温3-8分钟，使得活性合金粉末熔化后将磨粒3与磨轮基体牢固连接，随后冷却取出得到所设计的磨料图案排布钎焊磨轮。
实施案例二：
请参照图1至图5，基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法包括四个步骤：
步骤一，将含有光固化剂和活性合金粉末的结合剂2均匀铺展在磨轮基体1上，将磨粒3均匀撒在结合剂2上。所述结合剂2优选含65％NiCrP粉末和35％乙烯基酯树脂。所述磨轮基体1优选45号钢。所述磨粒优选金刚石，粒度140-170。
步骤二，采用光束4按所设计的磨粒排布图案对结合剂2进行区域选择性扫描照射固化，使得光束3照射过的结合剂2中的光固化剂发生固化并形成临时光固化结合层，借助临时光固化结合层作用从而将磨粒3和活性合金粉末临时粘固在磨轮基体1上，从而在磨轮机体1表面得到与预期磨粒排布图案一致的临时光固结合层。所述光速4的功率50W，光束宽度1mm,扫描速度15mm/min，波长为400-800nm有可见光。
步骤三，待光速3扫描完成后去除未被扫描固化结合剂2及磨料3，从而在磨轮基体1上表面仅留下呈所需图案排布形式的临时光固结合层。
步骤四，将磨轮基体1送入带有惰性气体保护气氛的加热炉进行钎焊加热，，加热到400-600摄氏度保温30分钟，使得临时光顾结合层中的光固化剂在高温下分解，继续加热至970-1000摄氏度并保温3-8分钟，使得活性合金粉末熔化后将磨粒与基体牢固连接，随后冷却取出得到所设计的磨料图案排布钎焊磨轮。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于，包括：
步骤一、将含有光固化剂和活性合金粉末的结合剂涂覆在磨轮基体工作面上，再将磨粒撒在结合剂上；
步骤二、依据磨粒排布图案驱动聚焦光束光斑对结合剂进行区域性扫描照射固化，使得光束照射到的结合剂中的光固化剂发生光诱导固化，借助此固化作用从而将磨粒和活性合金粉末临时粘固在磨轮基体上，从而在磨轮机体表面得到与预期磨粒排布图案一致的临时光固结合层；
步骤三、清除没有被光束照射固化的结合剂和磨粒；
步骤四、对带有临时光固结合层的磨轮基体进行钎焊加热、保温，临时光固化结合层中的光固化剂分解，活性合金粉末熔化后将磨粒牢固连接在磨轮基体上，停止加热之后冷却即得到磨料图案排布钎焊磨轮。
2.根据权利要求1所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述结合剂是加热可熔化的金属合金焊料，其组分至少包括铬、钴、钛、铁、铝金属合金当中的一种。
3.根据权利要求2所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述结合剂包括65％NiCrP粉末和35％乙烯基酯树脂，或65％NiCrBSi和35％乙烯基酯树脂。
4.根据权利要求1所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述光固化剂是含有1-10％的光引发剂、同时含有丙烯酰氧基、或甲基丙烯酰氧基、或丙烯基、或环氧基团、或乙烯基醚的树脂。
5.根据权利要求1所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述磨粒是金刚石、或立方氮化硼、或氧化锆、或氧化铝、或硬质合金、或氮化硅、或碳化硅；所述磨粒的直径是10-2000μm。
6.根据权利要求5所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述磨粒的直径40-80μm，或者，所述磨粒的粒度140-170目。
7.根据权利要求1所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述光束照射在磨轮基体表面的光斑直径为0.01-10mm；所述光束为波长250-420nm的紫外光，或者，波长为400-800nm的可见光。
8.根据权利要求7所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述光束功率40-50W，光束宽度1-3mm，扫描速度5-20mm/min。
9.根据权利要求1所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：步骤四中钎焊加热、保温在真空度10-4-10-3Pa的环境，或惰性气体保护环境下进行。
10.根据权利要求9所述的基于光固化制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：步骤四中先加热到400-600摄氏度并保温20-40分钟，然后再继续加热至1030-1050摄氏度并保温3-8分钟；或者，步骤四中先加热到400-600摄氏度并保温20-40分钟，然后再继续加热至970-1000摄氏度并保温3-8分钟。
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