CN106312849B - 一种基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，包括：步骤一、将结合剂涂覆在磨轮基体工作面上；步骤二、依据磨料排布图案驱动激光聚焦光斑对结合剂进行扫描熔覆加热，使得被激光加热到的结合剂熔化并与磨轮基体形成牢固连接的熔覆层；步骤三、清除没有被激光熔覆加热的结合剂，并削平熔覆层的上表面从而使得熔覆层的厚度一致；步骤四、将磨料撒植在磨轮基体工作面上，依次对磨轮基体进行加热、保温、冷却，使位于熔覆层的磨料与熔覆层粘结在一起，最后，去除没有粘结在熔覆层上的磨料。充分利用数控驱动激光局部选择性熔覆优势，可实现复杂磨料图案排布磨盘制作；通过定厚的结合剂熔覆层在熔化连接金刚石，有效提高磨轮的磨削特性；避免了模板、筛网法实施时定位、网孔堵塞等问题，极大提高了制作效率。

Description

一种基于激光预熔覆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激光预熔覆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，因此磨轮表面磨料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料群能够按一定方式分布在磨轮表面，以确保磨料间能均匀承担切削载荷，从而有效提高磨料的磨削性能。
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中公布了一公布了臆想带图案优化的磨料制备技术、中国发明专利号CN101073882一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影响。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激光预熔覆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：
一种基于激光预熔覆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、将结合剂涂覆在磨轮基体工作面上；
步骤二、依据磨料排布图案驱动激光聚焦光斑对结合剂进行扫描熔覆加热，使得被激光加热到的结合剂熔化并与磨轮基体形成牢固连接的熔覆层；
步骤三、清除没有被激光熔覆加热的结合剂，并削平熔覆层的上表面从而使得熔覆层的厚度一致；
步骤四、将磨料撒植在磨轮基体工作面上，依次对磨轮基体进行加热、保温、冷却，使位于熔覆层的磨料与熔覆层粘结在一起，最后，去除掉磨轮基体工作面上没有粘结在熔覆层上的磨料。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.采用数控技术驱动激光扫描加热，可以实现各种复杂排布图案的制作。
2、通过定厚的结合剂熔覆层再熔化连接金刚石，可以有效避免了结合剂层厚度不均引起的磨料等高性不足缺陷，极大提高了磨轮磨料的等高性，进而有效提高磨轮的磨削特性，
3、避免了模板、筛网法实施时定位、网孔堵塞等问题，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绘示了磨轮基体的横截面示意图。
图3绘示了磨轮基体工作面涂覆结合剂的立体示意图。
图4绘示了磨轮基体工作面涂覆结合剂的横截面示意图。
图5绘示了激光加热结合剂形成熔覆层的立体示意图。
图6绘示了激光加热结合剂形成熔覆层的横截面示意图。
图7绘示了削平熔覆层之后的磨轮基体立体示意图。
图8绘示了削平熔覆层之后的磨轮基体横截面示意图。
图9绘示了将磨料撒植在磨轮基体工作表面的立体示意图。
图10绘示了将磨料撒植在磨轮基体工作表面的横截面示意图。
图11绘示了去除掉没有粘结在熔覆层上的磨料的磨轮基体立体示意图。
图12绘示了去除掉没有粘结在熔覆层上的磨料的磨轮基体横截面示意图。
具体实施方式
本发明提供三个实施例详细介绍磨轮的制作方法，请分别参照图1至图12。
实施例一：
步骤一，将结合剂2均匀铺展在磨轮基体1上，如图1至图4，结合剂2优选NiCrBSi粉末，磨轮基体1优选45号钢。
步骤二，采用YAG脉冲激光3按所设计的磨料排布图案对结合剂2进行区域扫描熔覆加热，使得激光扫描加热过的结合剂熔化并形成熔覆层4，如图5和图6所示，脉冲激光峰值功率200w、脉宽5ms、脉冲频率30Hz、扫描速度20mm/min。
步骤三，待激光扫描完成后去除未被扫描加热结合剂，并对熔覆层4进行定厚度磨削，厚度为50um，从而在磨轮基体上表面形成等高度的熔覆层4，如图7和图8所示。
步骤四，将金刚石磨料5撒植在磨轮基体1表面，磨料5直径120～140um，如图9和图10所示；然后，将撒植有金刚石磨料5的磨轮基体1送入加热炉进行钎焊加热，真空度10-4Pa，加热到1030-1050摄氏度并保温3-8分钟后冷却；取出钎焊后的磨轮基体1并去除没有被粘结的金刚石磨料5，得到所设计的磨料图案分布磨轮，如图11和图12所示。
实施案例二：
步骤一，将结合剂2均匀铺展在磨轮基体1上，如图1至图4，结合剂2优选NiCrP粉末，磨轮基体1优选40CrMo钢。
步骤二，采用连续激光器按所设计的磨料排布图案对结合剂2进行区域扫描熔覆加热，使得激光扫描加热过的结合剂熔化并形成熔覆层4；如图5和图6所示，激光器功率120w、光斑直径1.5mm、扫描速度20mm/min。
步骤三，待激光扫描完成后去除未被扫描加热结合剂，并对熔覆层4进行定厚度磨削，厚度为150um，从而在磨轮基体上表面形成等高度的熔覆层4，如图7和图8所示。
步骤四，在磨轮基体1上表面涂覆一层粘胶，然后，再将金刚石磨料5,(颗粒直径400-500um)撒植在磨轮基体1表面，如图9和图10所示；然后，将撒植有金刚石磨料的磨轮基体1送入加热炉进行钎焊加热，惰性气体氩气保护，加热到970-1000摄氏度并保温3-8分钟后冷却，取出钎焊后的磨轮基体1并去除没有被粘结的金刚石磨料5，即可得到所设计的磨料图案分布磨轮，如图11和图12所示。
实施案例三
步骤一，将结合剂2均匀铺展在磨轮基体1上，如图1至图4，结合剂2优选AgCuTi粉末，磨轮基体1优选45号钢。
步骤二，采用YAG脉冲激光3按所设计的磨料排布图案对结合剂2进行区域扫描熔覆加热，使得激光扫描加热过的结合剂熔化并形成熔覆层4，如图5和图6所示，激光峰值功率200w、脉宽5ms、脉冲频率30Hz、扫描速度20mm/min。
步骤三，待激光扫描完成后去除未被扫描加热结合剂，并对熔覆层4进行定厚度磨削，厚度为125um，从而在磨轮基体上表面形成等高度的熔覆层4，如图7和图8所示。
步骤四，将立方氮化硼磨料5撒植在磨轮基体1表面，磨料5直径200～3750um，如图9和图10所示；然后，采用高频感应对撒植有立方氮化硼磨料5的磨轮基体1进行加热，惰性气体氩气保护，高频感应功率9.5Kw，加热到850摄氏度左右并保温3分钟后冷却；取出钎焊后的磨轮基体1并去除没有被粘结的金刚石磨料5，得到所设计的磨料图案分布磨轮。
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)

1.一种基于激光预熔覆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、将结合剂涂覆在磨轮基体工作面上；
步骤二、依据磨料排布图案驱动激光聚焦光斑对结合剂进行扫描熔覆加热，使得被激光加热到的结合剂熔化并与磨轮基体形成牢固连接的熔覆层；
步骤三、清除没有被激光熔覆加热的结合剂，并削平熔覆层的上表面从而使得熔覆层厚度一致；
步骤四、将磨料撒植在磨轮基体工作面上，依次对磨轮基体进行加热、保温、冷却，使位于熔覆层的磨料与熔覆层粘结在一起，最后，去除掉磨轮基体工作面上没有粘结在熔覆层上的磨料。
2.根据权利要求1所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：将磨料撒植在磨轮基体工作表面之前，先在磨轮基体表面上喷洒或涂抹上一层粘结剂。
3.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：步骤二是在真空或惰性气体保护环境下进行。
4.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述磨料是金刚石、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；所述磨料的直径是10-2000μm。
5.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆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、钨、铝金属合金当中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述激光聚焦光斑的加热光斑直径为0.01-20mm。
7.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述激光是脉冲激光，峰值功率200w，脉宽5ms，脉冲频率30Hz，扫描速度20mm/min。
8.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：所述激光是连续激光，功率120w，光斑直径1.5mm，扫描速度20mm/min。
9.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：步骤四当中的加热是在加热炉进行的钎焊加热，加热炉内保持真空或者是惰性气体氩气保护，加热温度900-1100摄氏度，保温时间3-8分钟。
10.根据权利要求1或2所述的基于激光预熔覆制作磨料图案排布钎焊磨轮的方法，其特征在于：步骤四当中的加热是高频感应加热，并伴有惰性气体氩气保护，高频感应功率9.5Kw，加热到800-900摄氏度并保温2-5分钟后冷却。
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