CN108857940A

CN108857940A - 一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮及其制造方法

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Publication number: CN108857940A
Application number: CN201810799326.3A
Authority: CN
Inventors: 赫青山; 崔仲鸣; 王星; 周宝仓; 王彦林
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: CN108857940B

Abstract

本发明提供一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮及其制造方法，包括金属基体，金属基体外周面粘结若干金属镶块，若干金属镶块依次拼接构成环状结构，各金属镶块的外周面钎焊有磨料层；制造方法包括：1）制造阴模块；2）加工内形面；3）电镀或高温胶固定磨粒；4）制造金属镶块；5）高温钎焊；6）基准找正；7）粘结金属基体；8）金属基体加工；9）去除阴模以及电镀层或高温胶层。通过该方法能够有效降低高温钎焊过程对于砂轮基体热变形的影响，进而保证了砂轮的制造精度，有利于单层钎焊超硬磨料砂轮在精密加工领域的推广应用。

Description

一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种砂轮，具体的说，涉及了一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮，还涉及这种砂轮的制造方法。

背景技术

单层钎焊超硬磨料砂轮由于具有磨粒把持力强、工作面容屑空间大、砂轮锋利且使用寿命长等诸多优点，现已在高效重载磨削加工领域取得广泛应用。

但是，为了获得超硬磨料（金刚石/立方氮化硼）与钎料之间的化学冶金结合，其钎焊温度通常在900℃以上，而如此高的钎焊温度不可避免的会引起砂轮基体（金属材料）产生热变形，进而造成砂轮制造精度大幅降低且难以进行有效控制，这也成为制约该类先进砂轮在精密、超精密加工领域中获得推广应用的根本原因。

另外，如专利号为：CN201610867682.5，发明名称为：《新型单层超硬磨料成形砂轮及其制造方法》的中国专利，在小尺寸、结构简单的砂轮制造上，具备显著的效果，但是在面对大尺寸、结构复杂的砂轮时，由于钎料层体积较大，钎料层自身的变形程度也会随体积和尺寸的增加而变大，进而对砂轮的制造精度产生不利影响，有待改进。

因此，在高温钎焊过程中，如何采用新的工艺方法和砂轮结构来降低材料热变形对砂轮制造精度的不利影响，这已成为当前单层钎焊超硬磨料砂轮发展中亟待解决的瓶颈问题。

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，从而提供一种设计科学、结构简单的单层高精度钎焊超硬磨料砂轮，还提供了一种设计科学、制造精度高的砂轮制造方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮，包括金属基体，所述金属基体外周面粘结若干金属镶块，若干金属镶块依次拼接构成环状结构，各所述金属镶块的外圆面钎焊有磨料层。

一种制造权利要求1所述的单层高精度钎焊超硬磨料砂轮的方法，包括以下步骤：

1）、制造一定数量的圆弧状的阴模块，各阴模块拼接后构成环形的阴模结构；

2）、加工内形面，将阴模块安装在一卡套夹具上固定且构成所述阴模结构，在所述阴模结构的内环面上加工出内形面，同时，在所述阴模结构上对应所述内形面加工一等效基准面；

3）、将阴模块拆解，将磨粒通过电镀或高温胶固定在各阴模块的内形面上，电镀层或高温胶层的厚度小于所述磨粒的粒径；

4）、制造与阴模块数量相同的金属镶块，各所述金属镶块拼接后可构成环形结构，该环形结构的直径略小于所述阴模结构上的内形面直径；

5）、高温钎焊，在阴模块的电镀层或高温胶层表面铺设一层钎料并压实，将金属镶块的外圆面对接阴模块的内形面，随后进行钎焊；

6）、基准找正，将钎焊后成为一体的阴模块/金属镶块复合结构一起放入所述卡套夹具中，通过所述等效基准面进行找正，最终使各阴模块上的各等效基准面同心；

7）、粘结金属基体，将找正后的阴模块/金属镶块复合结构粘结在金属基体上；

8）、金属基体加工，根据所述等效基准面，对所述金属基体上的内孔进行加工修正，使得内孔与等效基准面同轴；

9）、去除阴模和电镀层或者胶层。

基上所述，步骤3）中，电镀层或高温胶层的厚度为磨粒粒径的50%-70%。

基上所述，步骤5）中，钎焊时，金属镶块位于下方，阴模块位于上方。

基上所述，步骤2）和步骤6）中，阴模块或阴模块/金属镶块复合结构通过石蜡热融化再冷却固结的方式固定在卡套夹具上。

基上所述，所述阴模块为石墨材质。

基上所述，步骤2）和步骤4）中，阴模块的内形面与砂轮工作面相反，金属镶块外圆面形状与砂轮工作面相同。

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，本发明将现有的单层钎焊砂轮结构进行改造，砂轮基体分割为金属基体和若干金属镶块组合的结构，其中阴模块/金属镶块复合结构由于体积小，钎焊工艺性好，同时金属基体和金属镶块的组合结构可为钎焊后的精度矫正（磨料层形面精度和磨料等高性）提供结构基础，由此可解决传统金属基体在整体钎焊过程中由于材料变形导致的精度降低问题。

对应的制造方法中，阴模块和金属镶块数量相同，进行一对一的单独钎焊，相对于传统砂轮基体整体钎焊而言，在钎焊完成且拼接成阴模块/金属镶块复合结构后，可利用预先在阴模块上加工出的等效基准面，对阴模块/金属镶块复合结构进行精度找正，如磨料层形面同心，金属基体内孔与等效基准面同轴，由此可解决钎焊砂轮精度后续无法矫正的问题，最终使钎焊砂轮通过该方法大幅提高精度。

另外，相对于背景技术中所提到的具有环形钎料层结构的砂轮而言，金属镶块与阴模块一对一单独钎焊的方式，一方面可确保磨料层等高性好；另一方面由于钎料层薄，阴模块/金属镶块复合结构体积小，结构相对简单，因此钎焊过程可控性和稳定性好，同时材料热变形相对较小，最终通过基准找正后的砂轮制造精度也相对更高。

通过上述方法制得的单层钎焊超硬磨料砂轮，一方面其制造精度能够获得有效控制，且大幅提高；另一方面，由于制备方法不同，其对制备的砂轮结构形式要求低，尤其是针对大尺寸、复杂结构的砂轮，精度可获得大幅提高。

附图说明

图1是本发明实施例1中单层高精度钎焊超硬磨料砂轮的结构示意图。

图2是本发明实施例1中单层高精度钎焊超硬磨料砂轮的剖视图。

图3是本发明实施例2中阴模结构的结构示意图。

图4是本发明实施例2中阴模结构与卡套固定状态的剖视图。

图5是本发明实施例3步骤3）中电镀步骤的结构示意图。

图6是本发明实施例3步骤5）中钎焊步骤的结构示意图。

图7是本发明实施例3步骤6）中找正步骤的结构示意图。

图8是图7的剖视图。

图中： 1.金属基体；2.金属镶块；3.磨料层；4.阴模块；5.等效基准面；6.内形面；7.磨粒；8.电镀层；9.卡套夹具；10.钎料；11.内孔。

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。

实施例1

如图1和图2所示，一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮，包括金属基体1，所述金属基体1外周面粘结若干金属镶块2，若干金属镶块2依次拼接构成环状结构，各所述金属镶块2的外周面钎焊有磨料层3，磨料层可以是金刚石或立方氮化硼材料。

相较于传统砂轮而言，本专利中的砂轮基体被分割成金属基体1和金属镶块2，其中金属镶块2由于体积小，钎焊工艺性好，同时金属基体1和金属镶块2的组合结构可为钎焊后的精度矫正（磨料层形面精度和磨料等高性）提供结构基础，由此可解决传统金属基体在整体钎焊过程中由于材料变形导致的精度降低问题。

实施例2

一种制造所述的单层高精度钎焊超硬磨料砂轮的方法，它包括以下步骤：

1）、制造一定数量的阴模块4，各阴模块4拼接后构成环形的阴模结构，所述阴模块为石墨材质；

2）、加工内形面，如图4所示，将阴模块4安装固定在一具有环形内腔的卡套夹具上构成所述阴模结构，固定过程可采用石蜡热融化再凝固的方法粘结，在所述阴模结构的内径面上加工出内形面6，该内形面6与砂轮工作面相反，同时，在所述阴模结构上对应所述内形面加工一等效基准面5，等效基准面5为与内形面6同轴的一个圆形面；

如图3所示，阴模结构包括若干圆弧状的阴模块4，若干所述阴模块4拼接后构成环状结构，所述环状结构上设有与其内环面同轴的等效基准面5。

这种阴模结构是针对实施例1中所述的砂轮结构专门设计的，每个阴模块4对应一个金属镶块进行钎焊固定，然后利用阴模结构上的等效基准面5对各金属镶块进行磨料层形面的找正，并作为金属基体修整内孔的基准。

3）、将阴模块4拆解，如图5所示，将磨粒7电镀在各阴模块的内形面上，电镀层8的厚度小于所述磨粒7的粒径，控制在磨粒粒径的50%-70%，露出的部分用于与金属镶块2之间的钎焊固定；

在其它实施例中，该步骤也可以采用高温胶将磨粒7粘结在阴模块的内形面上，高温胶层的厚度小于磨粒7的粒径，本发明中所述的高温胶，指的是温度高于1000℃的高温胶。

4）、制造对应数量的金属镶块2，各所述金属镶块拼接后可构成环形结构，该环形结构的直径略小于所述阴模结构的内形面直径，略小于的目的是因为拼接后的金属镶块与阴模结构之间需容纳磨粒7、电镀层8（胶层是否需要说明）和钎料10，因此，该处的略小于所指的具体数值，根据磨粒7、电镀层8和钎料10的叠加厚度计算即可；

5）、高温钎焊，如图6所示，在阴模块4的电镀层8表面铺设一层钎料9并压实，将金属镶块2的外圆面对接阴模块4的内形面，随后进行钎焊，钎焊过程中，金属镶块2位于下方，阴模块4位于上方，目的是方便钎料10的流淌和与金属镶块2的固结；

6）、基准找正，如图7和图8所示，将钎焊固定后的阴模块/金属镶块复合结构一起放入所述卡套夹具9中，通过所述等效基准面进行找正，最终使各阴模块上的各等效基准面同心，通过该步骤的操作，各阴模块上的内形面同心，使得磨料层等高性和形面精度得到保证；

7）、粘结金属基体，将找正后的阴模块/金属镶块复合结构粘结在金属基体1上；

8）、金属基体加工，根据所述等效基准面，对所述金属基体上的内孔进行加工修正，使得内孔与等效基准面同轴，进而保证内孔和磨料层的同轴度；

步骤6）与步骤8）的主要作用是消除高温钎焊对于金属镶块的热变形影响，通过等效基准面的找正和内孔的修正，使得内孔、磨料层同轴，获得高精度的砂轮。

9）、采用机械加工方法去除所述阴模块，采用电化学方法去除所述电镀层。同理，在其它实施例中，采用机械加工方法去除所述高温胶层。

综上所述，磨料在阴模块内形面上预先定位并固结，然后通过钎焊固定到金属镶块的外圆面，保证了磨料的等高性；金属镶块2在钎焊过程中所产生的热变形，通过步骤6）中的找正工序、步骤7）和8）中对金属基体的修整加工工序消除了对于砂轮精度的影响，保证了磨料层形面精度，以及磨料层与内孔之间的同轴度，解决了材料高温变形对砂轮精度影响的问题；另外，相对于背景技术中所提到的具有环形钎料层结构的砂轮而言，通过分体进行一对一钎焊的方式，由于钎料层厚度薄，阴模块/金属镶块复合结构相对简单且体积小，使得钎焊工艺性与稳定性好，材料热变形相对容易控制，相应的钎焊精度也更容易得到保证。

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

1.一种单层高精度钎焊超硬磨料砂轮，包括金属基体，其特征在于：所述金属基体外周面粘结若干金属镶块，若干金属镶块依次拼接构成环状结构，各所述金属镶块的外圆面钎焊有磨料层。

2.一种制造权利要求1所述的单层高精度钎焊超硬磨料砂轮的方法，其特征在于：

它包括以下步骤：

9）、去除阴模和电镀层或者胶层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3）中，电镀层或高温胶层的厚度为磨粒粒径的50%-70%。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤5）中，钎焊时，金属镶块位于下方，阴模块位于上方。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）和步骤6）中，阴模块或阴模块/金属镶块复合结构通过石蜡热融化再冷却固结的方式固定在卡套夹具上。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述阴模块为石墨材质。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）和步骤4）中，阴模块的内形面与砂轮工作面相反，金属镶块外圆面形状与砂轮工作面相同。