CN106392912A

CN106392912A - 新型单层超硬磨料成形砂轮及其制造方法

Info

Publication number: CN106392912A
Application number: CN201610867682.5A
Authority: CN
Inventors: 赫青山; 崔仲鸣; 王星; 冯创举; 杨摩西
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: CN106392912B

Abstract

本发明提供一种新型单层超硬磨料成形砂轮，它包括砂轮基体、粘结在砂轮基体外周面的粘结层、粘结在粘结层外周的钎料层和固定在钎料层外周的磨料层，所述磨料层通过内镀方法固结在所述阴模内形面后获得，钎料层通过钎料粉末经液相烧结与所述磨料层固定。所述成形砂轮通过以下步骤制得：1）、制造阴模；2）、制造磨料层；3）、制造钎料层；4）、去除芯模；5）、制造砂轮基体；6）、精加工；7）、去除阴模和电镀层，获得成形砂轮。采用上述方法制备出的成形砂轮具有精度高、锋利性好、使用寿命长的优点，特别适合用于各类材料的高效精密成形磨削。

Description

新型单层超硬磨料成形砂轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种砂轮，属于磨具领域，具体的说，涉及了一种新型单层超硬磨料成形砂轮，还涉及一种制造该砂轮的方法。

背景技术

目前，新型单层超硬磨料成形砂轮主要有电镀和钎焊两种制造方式。电镀砂轮的优势在于成形精度高，但缺点是外镀工艺尚无法有效控制砂轮表面磨粒的分布密度，砂轮容屑空间不充裕致使其锋利性差，同时结合剂对磨粒的机械镶嵌把持力较弱，从而造成电镀砂轮在进行高效磨削加工时易出现工件表面热损伤、砂轮堵塞以及磨粒过早脱落的问题。钎焊砂轮的优势在于可以有条件实现砂轮表面地貌优化，再加上磨粒与活性钎料之间存在化学冶金结合能够保证砂轮对磨粒高的把持力，所以砂轮的锋利性、使用寿命可获得大幅提高，但缺点是高温钎焊过程不可避免的会引起砂轮基体热变形，导致砂轮制造精度降低，并难以用于精密磨削加工。

由此可见，电镀砂轮和钎焊砂轮存在的上述弊病，即无法同时满足砂轮工具高成形精度和高锋利性要求，造成新型单层超硬磨料成形砂轮无法充分发挥其性能优势，这已成为制约高效精密成形磨削加工技术发展与应用的关键。因此，如何获得集高成形精度、高锋利性以及高使用寿命于一体的砂轮已成为成形磨削加工中亟待解决的问题。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种精度高、锋利性好、使用寿命长的新型单层超硬磨料成形砂轮，以及一种磨料等高性控制好、磨料层形面精度控制好、磨料把持强度高的成形砂轮制造方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型单层超硬磨料成形砂轮，包括砂轮基体和通过粘接层粘结在所述砂轮基体外周的砂轮工作层、所述砂轮工作层包括粘结在所述粘结层外周的钎料层和固定在所述钎料层外周的磨料层，所述磨料层通过内镀方法固结在所述阴模内形面后获得，所述钎料层通过钎料粉末液相烧结形成，所述磨料层在液相烧结过程中与所述钎料层发生化学冶金反应并固定。

一种制造上述新型单层超硬磨料成形砂轮的砂轮工作层的模具，包括同轴设置的阴模和芯模，所述阴模呈环状，所述阴模的内形面上设置与磨料层形面相反的形面，所述芯模呈圆筒状，所述阴模的上部向上延伸形成参照面。

一种制造所述的新型单层超硬磨料成形砂轮的方法，包括以下步骤：

1)、制造阴模，所述阴模呈环状，所述阴模的内形面上加工出与磨料层形面相反的形面，同时根据加工所述内形面的加工基准，在所述阴模上设置参照面；

2)、制造磨料层，将磨粒采用点胶的方式粘结在所述阴模的内形面上，然后通过电镀的方法将所述磨粒固定在所述内形面上；

3)、制造钎料层，将芯模按照参照面固定在所述阴模中部，保持同轴度，将钎料粉末填置于芯模与阴模之间的空隙，进行液相烧结；

4)、去除芯模，对钎料层整形；

5)、制造砂轮基体，将钎料层与砂轮基体通过粘结层粘结在一起；

6)、利用阴模上的参照表面对砂轮基体内孔及端面进行二次加工，保证砂轮基体内孔、端面与阴模内形面之间的同轴度、垂直度要求；

7)、去除阴模和电镀层。

基上所述，步骤1)中，所述阴模采用高纯石墨制造。

基上所述，步骤2)中，所述磨粒为金刚石或立方氮化硼，所述磨粒的粒径大于100μm，点胶材料为导电胶，用于固定单颗磨粒的点胶面积为0.001～0.01mm²。

基上所述，步骤2)中，电镀材料为金属镍，镀层厚度为所述磨粒粒径大小的50％～70％。

基上所述，步骤3)中，在钎料填装时在其上部空间留有补偿量。

基上所述，步骤3)中，所述芯模采用陶瓷或耐热玻璃制造，所述芯模外周面与所述阴模上最近磨粒之间的距离为1～3mm。

基上所述，步骤5)中，所述粘结层材料为A/B胶与金属铝粉的混合物，所述A/B胶与所述金属铝粉按体积比1：(0.5～1)进行配制，所述粘结层的厚度为0.025～0.1mm。

基上所述，步骤7)中，采用磨削方法去除所述阴模，采用电化学方法去除所述电镀层。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1、利用内镀方法控制磨料层的等高性及其形面精度，利用钎焊方法增强对磨料层的把持力，进而提高磨料层的锋利性和使用寿命，最终获得磨料层等高性好、磨料层形面精度高、锋利性好、使用寿命长的成形砂轮工作层。具有这种成形砂轮工作层的砂轮特别适用于一些复杂型面工件的高效精密成形磨削加工。

2、所述砂轮的制造方法中，磨料层采用阴模内形面固结，即点胶初步固定、电镀进一步加固的方式制造，获得对磨料层等高性和磨料层形面精度的有效控制；而后再用钎料粉液相烧结的方式实现磨料出露部分与钎料层之间的化学冶金结合，获得砂轮工作层对磨粒的高把持力，进而获得砂轮工作层高的锋利性和使用寿命；之后再通过粘结的方式将获得的砂轮工作层与砂轮基体连接为一体，以及对砂轮基体的内孔及端面进行二次加工，最终将阴模和电镀层去除后，获得成形砂轮。该方法具有步骤简单可靠，精度控制好、可操作性强的优点。

3、阴模采用热稳定性好的石墨材料制作，其烧结过程的热形变小，所以烧结高温对于磨料层形面精度的影响可大幅降低。

附图说明

图1是本发明中新型单层超硬磨料成形砂轮的结构示意图。

图2是本发明中钎料填装及芯模使用状态的结构示意图。

图3是本发明中新型单层超硬磨料成形砂轮未去除阴模及电镀层状态的结构示意图。

图中：1.砂轮基体；2.粘结层；3.钎料层；4.磨料层；5.电镀层；6.阴模；7.芯模；8.参照面。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种新型单层超硬磨料成形砂轮，包括砂轮基体1、粘结在所述砂轮基体1外周面的粘结层2、粘结在所述粘结层2外周的钎料层3和固定在所述钎料层3外周的磨料层4，所述磨料层4通过内镀方法固结在所述阴模内表面后获得，所述钎料层3通过钎料粉末液相烧结形成，所述磨料层4在液相烧结过程中与所述钎料层3发生化学冶金反应并固定。所述钎料层和所述磨料层构成所述的砂轮工作层。

如图2所示，制造上述新型单层超硬磨料成形砂轮的砂轮工作层的模具，包括同轴设置的阴模6和芯模7，所述阴模6呈环状，所述阴模6的内形面上设置与磨料层形面相反的形面，所述芯模7呈圆筒状，所述阴模6的上部向上延伸形成参照面8。

上述的新型单层超硬磨料成形砂轮通过以下步骤制造：

1)、制造阴模6，取高纯石墨材料制造阴模6，所述阴模6呈环状，所述阴模6的内形面上加工出与磨料层形面相反的形面。将磨料在该形面上固结，由于基准统一，所述阴模的内形面能有效保证所述新型成形砂轮上磨料层的等高性与形面精度。同时根据加工所述内形面的加工基准，在所述阴模6上设置参照面8，参照面8是为了作为后续矫正磨料层形面与砂轮基体内孔之间同轴度和垂直度的基准。

2)、制造磨料层4，将金刚石或立方氮化硼制造的磨粒采用点胶的方式粘结在所述内形面上，所述磨粒的粒径大于100μm，点胶材料为导电胶，用于固定单颗磨粒的点胶面积为0.001～0.01mm²。然后通过电镀的方法将所述磨粒固定在所述内形面上，同时形成电镀层5，电镀材料为金属镍，镀层厚度为所述磨粒粒径大小的50％～70％。

3)、制造钎料层3，如图3所示，先在磨料层的外形面上涂抹一层钎料粉，尤其是坑洼区域，然后将陶瓷或者耐热玻璃制造的芯模7按照参照面固定在所述阴模6中部，保持同轴度，要求所述芯模7外周面与所述阴模6上最近磨粒之间的距离为1～3mm。再将钎料粉末填置于芯模7与磨料层之间的空隙，并压实，考虑到粉末液化后会出现体积收缩情况，因此，在钎料填装时应在其上部位置空间留有补偿量，然后进行液相烧结，在烧结钎料层3的过程中，钎料与磨粒之间能够进行化学冶金反应，从而增强两者的结合强度，保证磨粒不易脱落，同时获得高的锋利性和耐久的使用寿命，此步骤中，芯模7的主要目的在于控制钎料层3凝固后的形状，阴模由于采用热稳定性好的石墨材料制作，其烧结过程的热形变小，所以烧结高温对于磨料层形面精度的影响大幅降低。

4)、去除芯模7，对钎料层3整形，对多余的钎料层3进行去除。

5)、制造砂轮基体1，砂轮基体1选用碳钢或合金钢材料，其外径尺寸小于上述已进行过液相烧结阴模6最小内径尺寸0.05～0.2mm，所述砂轮基体1的内孔直径小于磨床法兰规定尺寸1～2mm。将钎料层3与砂轮基体1通过粘结层2粘结在一起，粘结材料为A/B胶与金属铝粉的混合物，所述A/B胶与所述金属铝粉按体积比1：(0.5～1)进行配制，所述粘结层2的厚度为0.025～0.1mm。

6)、利用阴模6上的参照面8对砂轮基体1内孔及端面进行加工，对砂轮基体1进行二次修磨，修磨时，采用所述阴模6上的参照表面作为基准，对砂轮基体1内孔、端面进行去除加工，进而保证所述砂轮基体1内孔、端面与阴模6内形面之间的同轴度、垂直度要求，同时将砂轮基体1内孔加工至磨床法兰所规定的尺寸。

7)、采用磨削方法去除所述阴模6，采用电化学方法去除所述电镀层5。

利用以上方法制造所得的成形砂轮，磨料层4采用内镀方法制造，保证了其高精度要求，而后通过钎料的液相烧结方法，形成钎料层3，钎料层3与磨料层4之间存在化学冶金结合，提高了砂轮工作层对磨料的把持力，进而提升了其锋利度和使用寿命，最终将形成的砂轮工作层粘结在砂轮基体1上形成完整的成形砂轮。上述制造方法成型精度控制好，流程设计合理且操作简单，最终制备的砂轮集高成形精度、高锋利性以及高使用寿命于一身，特别适用于一些复杂型面工件的高效精密成形磨削加工。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种新型单层超硬磨料成形砂轮，其特征在于：它包括砂轮基体和通过粘接层粘结在所述砂轮基体外周的砂轮工作层、所述砂轮工作层包括粘结在所述粘结层外周的钎料层和固定在所述钎料层外周的磨料层，所述磨料层通过内镀方法制造，所述钎料层通过钎料粉末液相烧结形成，所述磨料层在液相烧结过程中与所述钎料层发生化学冶金反应并固定。

2.一种制造权利要求1所述的新型单层超硬磨料成形砂轮的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、制造阴模，所述阴模呈环状，所述阴模的内形面上加工出与磨料层形面相反的形面，同时根据加工所述内形面的加工基准，在所述阴模上设置参照面；

2）、制造磨料层，将磨粒采用点胶的方式粘结在所述阴模的内形面上，然后通过电镀的方法将所述磨粒固定在所述内形面上；

3）、制造钎料层，将芯模按照参照面固定在所述阴模中部，保持同轴度，将钎料粉末填置于芯模与阴模之间的空隙，进行液相烧结；

4）、去除芯模，对钎料层整形；

5）、制造砂轮基体，将钎料层与砂轮基体通过粘结层粘结在一起；

6）、利用阴模上的参照表面对砂轮基体内孔及端面进行二次加工，保证砂轮基体内孔、端面与阴模内形面之间的同轴度、垂直度要求；

7）、去除阴模和电镀层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述阴模采用高纯石墨制造。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述磨粒为金刚石或立方氮化硼，所述磨粒的粒径大于100μm，点胶材料为导电胶，用于固定单颗磨粒的点胶面积为0.001～0.01mm²。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2）中，电镀材料为金属镍，镀层厚度为所述磨粒粒径大小的50%～70%。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤3）中，在钎料填装时在其上部空间留有补偿量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述芯模采用陶瓷或耐热玻璃制造，所述芯模外周面与所述阴模上最近磨粒之间的距离为1～3mm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤5）中，所述粘结层材料为A/B胶与金属铝粉的混合物，所述A/B胶与所述金属铝粉按体积比1：（0.5～1）进行配制，所述粘结层的厚度为0.025～0.1mm。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤7）中，采用磨削方法去除所述阴模，采用电化学方法去除所述电镀层。