CN109866117B - 一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超硬磨料磨具制造技术领域,涉及一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法。一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法,在砂轮基体表面通过两次熔覆工艺依次形成金属结合层和结构化磨削工作层,第一和第二次熔覆工艺均采用同轴送粉激光近净成形工艺,通过将金属结合剂粉末与磨料粉末按先后顺序依次进行送粉来完成,第一次熔覆工艺与第二次熔覆工艺的扫描路径相同,第二次熔覆工艺较第一次熔覆工艺的激光加工功率小50~100W。该方法有效的解决了混粉中磨粒被深埋于结合层底部而无法参与磨削、磨粒高度一致性难以控制及因基体同结合剂间的所需结合温度与磨粒同结合剂间的所需结合温度不同而影响磨削工作层质量的问题。

Description

一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法
技术领域
本发明属于超硬磨料磨具制造技术领域,涉及一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法,特别是涉及一种基于激光近净成形的金属结合剂超硬磨粒结构化砂轮的制备方法。
背景技术
随着当今科技水平的飞速发展,现代机械加工技术的前进方向也趋向于更高速、更高效和更高精度。而作为一种精密的加工方式,磨削加工已经成为加工行业不可代替的一部分。近年来,诸多硬脆难加工材料及塑性难加工材料依靠其拥有高强度、高硬度和优良的耐磨性等优势在国防、能源,电子等领域得到广泛应用。而对于这些难加工材料,普通的磨削加工不仅效率低,加工质量差,而且对磨具本身磨损较大,降低其使用寿命,因此普通的磨削加工已经很难达到需要的工艺技术要求。而对于这些难加工材料,可采用能够实现高速磨削加工的超硬磨粒砂轮进行加工。
在超硬磨粒砂轮的制备中,人们采用较多方法。电镀法磨粒把持力不足,在重载磨削过程当中会有磨粒脱落;钎焊法有效改善了磨粒把持力不足的问题,但现在的钎焊法也存在诸多问题。真空炉钎焊法对温度的控制性较差,对于不同的结构化砂轮需要特定的模具,受制作砂轮尺寸的限制,基体在加热过程中变形量大,后期需要冷却处理等缺点;激光钎焊法和感应钎焊法在砂轮制造时,需要预先在基体上铺料粉,这对于不便于预铺料粉的基体来说,则很难实现加工。
在2018年5月31日公开的,公开号为“CN108655970A”,发明名称为“一种激光近净成形结构化金刚石外圆砂轮的制备及其修整方法”公开了一种激光近净成形结构化金刚石外圆砂轮的制备及其修整方法解决磨粒把持力不足,对于不同的结构化砂轮需要特定的模具,受制作砂轮尺寸的限制,基体在加热过程中变形量大,后期需要冷却处理,基体不便于预铺料粉的问题,但该技术仍旧存在以下问题:由于其采用磨粒与金属结合剂一次性混粉加工,且混粉中金属结合剂需占较大比例以保证能和基体结合良好,但这种情况下,大量磨粒将被深埋于结合层底部而无法参与磨削,并且磨粒高度一致性难以控制,而且熔覆是采用同一激光功率,但实际基体同结合剂间的所需结合温度与磨粒同结合剂间的所需结合温度是不同的,如采用同一激光功率则会影响磨削工作层质量。
发明内容
根据上述提出的技术问题,本发明提供一种基于激光近净成形的金属结合剂超硬磨粒结构化砂轮的制备方法。该方法有效的解决了混粉中磨粒被深埋于结合层底部而无法参与磨削、磨粒高度一致性难以控制及因基体同结合剂间的所需结合温度与磨粒同结合剂间的所需结合温度不同而影响磨削工作层质量的问题。本发明采用的技术手段如下:
一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法,在砂轮基体表面通过两次熔覆工艺依次形成金属结合层和结构化磨削工作层,
第一和第二次熔覆工艺均采用同轴送粉激光近净成形工艺,通过将金属结合剂粉末与磨料粉末按先后顺序依次进行送粉来完成,其中,所述磨料粉末为超硬磨粒与金属结合剂按质量比1:2~1:4组成的混合粉末,
第一次熔覆工艺与第二次熔覆工艺的扫描路径相同,第二次熔覆工艺较第一次熔覆工艺的激光加工功率小50~100W。
本发明所述加工方法在砂轮基体的端面或/和周向熔覆金属结合层和结构化磨削工作层。
本发明所述加工方法,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
本发明所述利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法中,第一次熔覆工艺采用同轴送粉激光近净成形工艺在砂轮基体表面形成金属结合层,所用粉料为金属结合剂粉末;第二次熔覆工艺采用同轴送粉激光近净成形工艺在已覆有金属结合层的砂轮基体上形成结构化磨削工作层,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
本发明所述两次熔覆工艺选用相同的扫描路径,优选地,所述扫描路径为下列路径中的一种:
直线形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm;
斜线形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm。
圆环断续形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm;
叶序形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm
本发明所述金属结合层和结构化磨削工作层的厚度可通过同轴送粉激光近净成形工艺所用送粉量控制,本领域技术人员可根据待加工砂轮基体尺寸、扫描路径、送粉速度等参数进行调整。
优选地,第一次熔覆工艺中送粉速度为4~10g/min;第二次熔覆工艺中送粉速度为3~8g/min。
由于金属结合层和结构化磨削工作层的组分构成不同,两次熔覆选用不同的激光功率,即第二次熔覆工艺较第一次熔覆工艺的激光加工功率小,进一步地,优选第二次熔覆工艺较第一次熔覆工艺的激光加工功率小50~100W。
更进一步地,优选第一次熔覆工艺中激光功率为250~450W;第二次熔覆工艺中激光功率为200~400W。
进一步地,所述第一次熔覆工艺所述激光加工参数为:激光功率:250~450W,激光扫描速度:4~10mm/s,送粉速度:4~10g/min,激光正离焦量:0~20mm,激光束光斑直径为1~6mm。
进一步地,所述第二次熔覆工艺所述激光加工参数为:激光功率:200~400W,激光扫描速度:4~10mm/s,送粉速度:3~8g/min,激光正离焦量:0~20mm,激光束光斑直径为1~6mm。
本发明所述加工方法中,优选所述超硬磨粒与金属结合剂混合粉末的目数为100~300目。
本发明所述加工方法中,优选所述超硬磨粒为金刚石或CBN中的一种。
本发明所述加工方法中,优选所述金属结合剂粉末为雾化球形粉末,目数为100~300目。
本发明所述加工方法中,优选所述金属结合剂为Cu-Sn-Ti金属结合剂,Ag-Cu-Ti金属结合剂,Cu-Ti金属结合剂,Ni-Cr金属结合剂中的一种或两种以上的混合物。
本发明所述加工方法中,优选所述砂轮基体的材料为45号钢或工具钢。
本发明所述利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法一个优选的技术方案为:
一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法,所述方法包括如下步骤:
S1、将超硬磨粒和金属结合剂粉末按比例于混料瓶中球磨混合均匀,得混合粉末;将混合粉末和金属结合剂粉末分别置于干燥箱中干燥,80~100℃下干燥5~7小时;
S2、将砂轮基体依次利用丙酮溶液、酒精清洁,得到光洁的待加工的砂轮基体,并安装在激光近净成形系统的工作区;
S3、将步骤S1干燥后所得的金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;按照激光工艺参数及所需扫描路径在步骤S2选定的砂轮金属基体上进行基体与金属结合剂结合的激光近净成形加工,完成砂轮半成品;
S4、完成步骤S3后,清空送粉器中剩余的金属结合剂粉末,再将超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S5、按照激光工艺参数及与步骤S3相同的扫描路径在步骤S3得到的砂轮半成品上进行超硬磨粒与金属结合剂的激光近净成形加工,进而完成超硬磨粒结构化砂轮制备。
进一步地,步骤S1中,所述球磨具体为:在球磨机中,以刚玉球作为球磨介质,所述刚玉球与超硬磨粒与金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为2~4小时。球磨完成后过筛,将刚玉球与混合粉末分离,得混合均匀的超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末。
本发明的有益效果为:本发明利用激光近净成形技术使得金属结合剂与基体、超硬磨粒间形成冶金结合,与电镀砂轮相比,金属结合剂对超硬磨粒的把持力得到提高,同时克服了真空炉钎焊方法中砂轮尺寸受限、温度难以控制、加热过程中金属基体变形的问题,也克服了感应钎焊和某些激光钎焊方法对不便于预铺粉的砂轮基体难以加工的问题,也有效的解决了同轴混粉激光加工方法中磨粒被深埋于结合层底部而无法参与磨削、磨粒高度一致性难以控制及因基体同金属结合剂间的所需结合温度与磨粒同金属结合剂间的所需结合温度不同而影响磨削工作层质量的问题。本方法提高了磨粒利用率及加工工件的表面质量,并利用激光近净成形系统可以灵活的加工不同结构化轨迹的磨削工作层,以满足加工需要。通过结构化设计,可降低砂轮磨削过程的磨削温度,提高切削流出效率、散热效率以及磨削效率,进而提高砂轮的磨削性能。基于上述理由本发明可在超硬磨料磨具制造等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中激光近净成形加工流程示意图。
图2是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(直线形)。
图3是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(斜线断续形)。
图4是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(圆环断续形)。
图5是本发明的具体实施方式中端面结构化砂轮结构示意图。
图6(a)和(b)分别是利用本发明实施例1所述二次熔覆加工方法与一次性熔覆混粉加工方法单道截面对比图。
图7(a)和(b)分别是利用本发明实施例1二次熔覆加工方法与一次性熔覆混粉加工方法工作层表面对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,激光近净成形加工示意图,图中,结构化磨削工作层1、金属结合剂层2、砂轮金属基体3、金属结合剂粉末4、激光头5、保护气6、超硬磨粒与金属结合剂混合粉末7。
一种利用二次熔覆工艺制备端面结构化砂轮的加工方法,所述端面或外圆面通过同轴送粉激光近净成形工艺形成金属结合层和结构化磨削工作层,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
实施例1
一种利用二次熔覆工艺制备端面结构化砂轮的加工方法,所述端面通过同轴送粉激光近净成形工艺形成金属结合层和结构化磨削工作层,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
本实施例中所用端面砂轮端面直径为40mm,刀柄长度为50mm,刀柄截面直径为15mm;所述超硬磨粒为120~140目CBN磨粒,所述金属结合剂粉末为Cu-19Sn-10Ti金属结合剂,为100~140目雾化球形粉末。
一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的制备方法如下步骤:
S1、按照1:3的质量比例将CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末倒入混料瓶中并进行混合,得到未混合均匀的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末;
S2、将刚玉球倒入到混料瓶中,并放在球磨机进行球磨,得到混合均匀的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末,其中,球磨工艺为:刚玉球与步骤S1得到的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为3小时。球磨完成后过筛,将刚玉球与混合粉末分离,得混合均匀的超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末。
S3、将Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末与步骤S2得到的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末分别放入干燥箱中同时干燥6小时,干燥温度为100℃;
S4、选定45号钢作为砂轮金属基体并使用丙酮溶液去除表面油污和杂质,使用酒精对其表面进行清洁,得到光洁的待加工的砂轮金属基体,并安装在激光进行成形系统的工作区;
S5、取出步骤S3干燥后的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末和Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末,将Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S6、按照激光工艺参数及扫描路径在步骤S4选定的砂轮金属基体上进行基体端面与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂结合的激光近净成形加工,完成砂轮半成品,所述激光加工参数为,激光功率:400W,激光扫描速度:8mm/s,送粉速度:8.5g/min,激光正离焦量:10mm,激光束光斑直径为2mm,扫描路径为直线形,相邻两条直线扫描轨迹相间为2mm;
S7、完成步骤S6后,清空送粉器中剩余的Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末,再将CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S8、按照激光工艺参数及与步骤S6相同的扫描路径在步骤S6得到的砂轮半成品上进行CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂的激光近净成形加工,进而完成CBN磨粒结构化砂轮制备,所述激光加工参数为,激光功率:300W,激光扫描速度:6mm/s,送粉速度:7g/min,激光正离焦量:10mm,激光束光斑直径为2mm。
对比例1
本实施例中所用端面砂轮端面直径为40mm,刀柄长度为50mm,刀柄截面直径为15mm;所述超硬磨粒为120~140目CBN磨粒,所述金属结合剂粉末为Cu-19Sn-10Ti金属结合剂,为100~140目雾化球形粉末。
一次性熔覆混粉加工方法,包括如下工艺步骤:
S1、按照1:7的质量比例将CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末倒入混料瓶中并进行混合,得到未混合均匀的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末;
S2、将刚玉球倒入到混料瓶中,并放在球磨机进行球磨,得到混合均匀的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末,其中,球磨工艺为:刚玉球与步骤S1得到的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为3小时。球磨完成后过筛,将刚玉球与混合粉末分离,得混合均匀的超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末。
S3、将步骤S2得到的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末放入干燥箱中干燥6小时,干燥温度为100℃;
S4、选定45号钢作为砂轮金属基体并使用丙酮溶液去除表面油污和杂质,使用酒精对其表面进行清洁,得到光洁的待加工的砂轮金属基体,并安装在激光进行成形系统的工作区;
S5、取出步骤S3干燥后的CBN磨粒与Cu-19Sn-10Ti金属结合剂混合粉末,将Cu-19Sn-10Ti金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S6、按照激光工艺参数及扫描路径在步骤S4选定的砂轮金属基体上进行CBN磨粒、Cu-19Sn-10Ti金属结合剂及基体间的激光近净成形加工,进而完成CBN磨粒结构化砂轮制备,所述激光加工参数为,激光功率:320W,激光扫描速度:6mm/s,送粉速度:7g/min,激光正离焦量:10mm,激光束光斑直径为2mm,扫描路径为直线形,相邻两条直线扫描轨迹相间为2mm;
如图6所示,对比两种方法可知,利用本发明方法形成的单道,磨粒都存在于上层,密度较高,且通过不同激光功率进行两次熔覆,既能避免磨粒在高温下氧化,且能与结合剂良好结合,又能使金属结合剂与基体形成熔池,良好结合。而采用一次性熔覆混粉加工方法为能够与基体有较好结合,金属结合剂所占比例会很高,且其部分磨粒被埋于底部,密度很低,除此之外,为了避免磨粒氧化,一次性熔覆混粉加工方法使用的激光功率较低,从而使得基体与金属结合剂不能形成熔池,结合质量较差。
实施例2
一种利用二次熔覆工艺制备外圆结构化砂轮的加工方法,所述外圆面通过同轴送粉激光近净成形工艺形成金属结合层和结构化磨削工作层,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
本实施例中所用所述周向砂轮直径为40mm,磨削工作层宽15mm,刀柄长度为40mm,刀柄截面直径为15mm。
所述超硬磨粒为270~300目的金刚石磨粒,所述金属结合剂粉末为Ag-28Cu-5Ti金属结合剂,为270~300目雾化球形粉末。
一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的制备方法如下步骤:
S1、按照1:4的质量比例将金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂粉末倒入混料瓶中并进行混合,得到未混合均匀的金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末;
S2、将刚玉球倒入到混料瓶中,并放在球磨机进行球磨,得到混合均匀的金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末,其中,球磨工艺为:刚玉球与步骤S1得到的金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为3小时。球磨完成后过筛,将刚玉球与混合粉末分离,得混合均匀的超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末。
S3、将Ag-28Cu-5Ti金属结合剂粉末与步骤S2得到的金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末分别放入干燥箱中同时干燥7小时,干燥温度为80℃;
S4、选定工具钢作为砂轮金属基体并使用丙酮溶液去除表面油污和杂质,使用酒精对其表面进行清洁,得到光洁的待加工的砂轮金属基体,并安装在激光进行成形系统的工作区;
S5、取出步骤S3干燥后的金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末和Ag-28Cu-5Ti金属结合剂粉末,将Ag-28Cu-5Ti金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S6、按照激光工艺参数及扫描路径在步骤S4选定的砂轮金属基体上进行基体与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂结合的激光近净成形加工,完成砂轮半成品,所述激光加工参数为,激光功率:300W,激光扫描速度:6mm/s,送粉速度:4.5g/min,激光正离焦量:15mm,激光束光斑直径为2mm,扫描路径为斜线断续形,相邻两条直线扫描轨迹相间为1.5mm;
S7、完成步骤S6后,清空送粉器中剩余的Ag-28Cu-5Ti金属结合剂粉末,再将金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂混合粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S8、按照激光工艺参数及与步骤S6相同的扫描路径在步骤S6得到的砂轮半成品上进行金刚石磨粒与Ag-28Cu-5Ti金属结合剂的激光近净成形加工,进而完成金刚石磨粒结构化砂轮制备,所述激光加工参数为,激光功率:250W,送粉速度:4g/min,激光扫描速度:5mm/s,激光正离焦量:15mm,激光束光斑直径为2mm;
实施例3
一种利用二次熔覆工艺制备端面结构化砂轮的加工方法,所述端面通过同轴送粉激光近净成形工艺形成金属结合层和结构化磨削工作层,所述结构化磨削工作层由超硬磨粒与金属结合剂构成。
本实施例中所用端面砂轮端面直径为40mm,刀柄长度为50mm,刀柄截面直径为15mm;所述超硬磨粒为170~200目的金刚石磨粒,所述金属结合剂粉末为Ni-Cr金属结合剂,为150~200目雾化球形粉末。
一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的制备方法如下步骤:
S1、按照1:2的质量比例将金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂粉末倒入混料瓶中并进行混合,得到未混合均匀的金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末;
S2、将刚玉球倒入到混料瓶中,并放在球磨机进行球磨,得到混合均匀的金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末,其中,球磨工艺为:刚玉球与步骤S1得到的金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为3小时。球磨完成后过筛,将刚玉球与混合粉末分离,得混合均匀的超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末。
S3、将Ni-Cr金属结合剂粉末后与步骤S2得到的金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末分别放入干燥箱中同时干燥6小时,干燥温度为90℃;
S4、选定45号钢作为砂轮金属基体并使用丙酮溶液去除表面油污和杂质,使用酒精对其表面进行清洁,得到光洁的待加工的砂轮金属基体,并安装在激光进行成形系统的工作区;
S5、取出步骤S3干燥后的金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末和Ni-Cr金属结合剂粉末,将Ni-Cr金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S6、按照激光工艺参数及扫描路径在步骤S4选定的砂轮金属基体上进行基体端面与Ni-Cr金属结合剂结合的激光近净成形加工,完成砂轮半成品,所述激光加工参数为,激光功率:420W,激光扫描速度:7mm/s,送粉速度:6.5g/min,激光正离焦量:5mm,激光束光斑直径为2mm,扫描路径为圆环断续形,相邻两条直线扫描轨迹相间为2mm;
S7、完成步骤S6后,清空送粉器中剩余的Ni-Cr金属结合剂粉末,再将金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂混合粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S8、按照激光工艺参数及与步骤S6相同的扫描路径在步骤S6得到的砂轮半成品上进行金刚石磨粒与Ni-Cr金属结合剂的激光近净成形加工,进而完成金刚石磨粒结构化砂轮制备,所述激光加工参数为,激光功率:330W,激光扫描速度:5mm/s,送粉速度:5g/min,激光正离焦量:5mm,激光束光斑直径为2mm。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种利用二次熔覆工艺制备结构化砂轮的加工方法,其特征在于:在砂轮基体表面通过两次熔覆工艺依次形成金属结合层和结构化磨削工作层,
第一和第二次熔覆工艺均采用同轴送粉激光近净成形工艺,通过将金属结合剂粉末与磨料粉末按先后顺序依次进行送粉来完成,其中,所述磨料粉末为超硬磨粒与金属结合剂按质量比1:2~1:4组成的混合粉末,
第一次熔覆工艺与第二次熔覆工艺的扫描路径相同,第二次熔覆工艺较第一次熔覆工艺的激光加工功率小50~100W。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述第一次熔覆工艺所述激光加工参数为:激光功率:250~450W,激光扫描速度:4~10mm/s,送粉速度:4~10g/min,激光正离焦量:0~20mm,激光束光斑直径为1~6mm;
所述第二次熔覆工艺所述激光加工参数为:激光功率:200~400W,激光扫描速度:4~10mm/s,送粉速度:3~8g/min,激光正离焦量:0~20mm,激光束光斑直径为1~6mm。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述超硬磨粒与金属结合剂混合粉末的目数为100~300目。
4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于:所述超硬磨粒为金刚石或CBN中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述金属结合剂粉末为雾化球形粉末,目数为100~300目;所述金属结合剂为Cu-Sn-Ti金属结合剂,Ag-Cu-Ti金属结合剂,Cu-Ti金属结合剂,Ni-Cr金属结合剂中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述砂轮基体的材料为45号钢或工具钢。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述扫描路径为下列路径中的一种:
直线形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm;
斜线形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm;
圆环断续形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm;
叶序形,相邻两条扫描轨迹相间2~4mm。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
S1、将超硬磨粒和金属结合剂粉末按比例于混料瓶中球磨混合均匀,得混合粉末;将混合粉末和金属结合剂粉末分别置于干燥箱中干燥,80~100℃下干燥5~7小时;
S2、将砂轮基体依次利用丙酮溶液、酒精清洁,得到光洁的待加工的砂轮基体,并安装在激光近净成形系统的工作区;
S3、将步骤S1干燥后所得的金属结合剂粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;按照激光工艺参数及所需扫描路径在步骤S2选定的砂轮金属基体上进行基体与金属结合剂结合的激光近净成形加工,完成砂轮半成品;
S4、完成步骤S3后,清空送粉器中剩余的金属结合剂粉末,再将超硬磨粒与金属结合剂的混合粉末倒入激光近净成形系统的送粉器内;
S5、按照激光工艺参数及与步骤S3相同的扫描路径在步骤S3得到的砂轮半成品上进行超硬磨粒与金属结合剂的激光近净成形加工,进而完成超硬磨粒结构化砂轮制备。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤S1中,在球磨机中,以刚玉球作为球磨介质,所述刚玉球与超硬磨粒与金属结合剂混合粉末的质量比为6:1,刚玉球的直径为1~5mm,所述球磨的时间为2~4小时。
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