CN110387213B - 软弹性磨料的制造方法、切削刀具及模具的处理方法 - Google Patents

软弹性磨料的制造方法、切削刀具及模具的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软弹性磨料的制造方法，包括：将粉末状的填充介质加入熔融态流体或液态的软弹基材内；所述填充介质的粒度小于等于50μm，密度大于等于3.5g/cm3；所述软弹基材的邵氏硬度小于等于60HA；将填充介质与软弹基材搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软质载体，软质载体的粒度大小为0.05～5mm，密度大于等于2.0g/cm3；将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25～10μm。本发明还公开了一种切削刀具以及模具的处理方法。采用本发明的软弹性磨料可以同时实现待处理表面的钝化和抛光，且使用本发明的软弹性磨料在处理表面时对喷射要求有所降低。

Description

软弹性磨料的制造方法、切削刀具及模具的处理方法
技术领域
本发明涉及表面处理方法技术领域，尤其涉及一种软弹性磨料的制造方法、应用该软弹性磨料的制造方法加工的软弹性磨料进行切削刀具表面的处理方法以及应用该软弹性磨料的制造方法加工的软弹性磨料进行模具表面的处理方法。
背景技术
目前，国内外常用的刀具处理技术有尼龙刷钝化、搅拌式钝化、磁粉悬浮法钝化及湿式喷砂法。其中，尼龙刷钝化工艺的钝化量及其重复性不容易控制，且对于复杂的3D面工件，尤其是刀具，对沟槽、凹陷以及狭窄部位很难处理到位，进而对于刀具的刃口各位置不能做到均匀钝化；搅拌式钝化工艺中的装夹比较麻烦，容易掉刀，且掉刀产生的碰撞会造成成批异常，此外，由于刀槽与狭窄凹陷区域或小刃径刀具研磨砂很难作用到或无相对滑动，抛光效果很差，钝化效果随砂的使用时间下降非常明显，不能稳定工艺制程；磁粉悬浮法钝化的工艺设备比较昂贵，耗材比较昂贵，维修比较复杂，且由于摩擦速度受限，提供的压力较大，调整范围有限，磨料粒度受限，抛光磨料限制为磁性材料，所以抛光效果一般；而湿式喷砂法使用的硬质磨料的喷砂方式无论粒度多小，无论干式或是湿式，都是以撞击方式为主，动能转化为压力，压入材料表面产生刻蚀坑，由于缺少相对滑动，没有抛光效果，所以只能钝化，不能产生抛光，喷砂后材料表面是雾状，无法达到镜面效果。
综上可知，现有技术中的刀具处理工艺存在不能够均匀钝化、难以处理到狭窄凹陷区域及设备昂贵等问题。此外，上述刀具处理工艺一般只能满足刀具刃口的钝化，很难同时实现刀具表面抛光的效果。
其中，刀具刃口的钝化处理对刀具磨损与切削加工效率有着极大的影响，其对切削加工中刀具的寿命、工件已加工表面的质量以及切削的稳定性等都有着不同程度的提高。其中刀具刃口的钝化处理对延长刀具的寿命最为明显。原因在于刀具的刃口不免会存在微小的缺陷，这些缺陷随着刀具使用时间的延长会极易扩展，会明显影响刀具的切削性能，如刀具豁口的延伸、磨损的加剧以及崩刃等现象。现有技术一般通过上述列举的钝化工艺来减少刀具刃口的缺陷，但是刃口钝化又是导致刀具产生积屑瘤几大原因之一。如果刃口钝化的尺寸不当、不够圆滑，小的工件材料颗粒就会附着在刀刃上，要是这种堆积继续下去，越来越多的材料将粘在刀具上，工件表面质量受到影响或尺寸已经发生变化。同样的，如果刀具刃口或参与切削接触的位置比较粗糙，仍会造成工件材料在刀体上的残留，要么造成是排屑困难，要么产生粘结磨损，增大切削力，使刀具提前失效。为了解决积削瘤的问题，现有技术需要通过抛光工艺对刀具表面进行处理。
为了实现钝化和抛光两种效果，现有技术出现了一种新型的磨料，其包括中心软质载体以及附着在中心软质载体表面的磨粒，采用此磨料进行刀具表面处理时，磨料碰撞刀具表面其软质载体会产生变形，进而导致磨料与刀具表面产生一定的滑行，实现钝化和抛光两种功能。但是采用此种磨料来加工切削刀具时为了保证足够的钝化量，对切削角度要求较高，且切削距离要求较短，且需要较大的喷射压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种软弹性磨料的制造方法，以使软弹性磨料处理表面时可以同时起到良好的抛光和钝化效果。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种软弹性磨料的制造方法，此制造方法加工的软弹性磨料在达到相同的表面处理效果时可以降低加工条件。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种软弹性磨料的制造方法，此制造方法加工的软弹性磨料在处理表面时可以降低噪音。
为了解决上述技术问题，本发明提供了以下两种软弹性磨料的制造方法的方案。
第一种方案
本方案公开了一种软弹性磨料的制造方法，包括：
A、将粉末状的填充介质加入熔融态流体或液态的软弹基材内，所述填充介质与软弹基材的体积比小于等于3：10；
所述填充介质的粒度小于等于50μm，密度大于等于3.5g/cm3；
所述软弹基材的邵氏硬度小于等于60HA，所述软弹基材的密度为0.6～ 1.6g/cm3，且所述软弹基材的永久变形率小于30％；
B、将填充介质与软弹基材搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软质载体，制得的软质载体的粒度大小为0.05～5mm，密度大于等于2.0g/cm3；
C、将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25～10μm。
作为上述方案的改进，所述软质载体的密度小于等于5.7g/cm3。
作为上述方案的改进，所述软弹基材为硅橡胶、聚氨酯、多孔纤维和天然橡胶中的一种或多种；所述填充介质为铜粉、铁粉、钨粉和锡粉中的一种或多种组成的混合物；或者，所述填充介质为SiC、Al2O3、ZrO2、TiC、WC、CeO2、金刚石、立方氮化硼和氮化碳中的一种或多种。
作为上述方案的改进，所述硬质磨粒为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、 SiC微粉、TiC微粉、TiN微粉、Al2O3微粉、ZrO2微粉、氮化碳微粉和立方氮化硼微粉中的一种或多种。
作为上述方案的改进，所述软质载体为近球形、立方体或四面体。
作为上述方案的改进，所述硬质磨粒通过以下方法粘附在软质载体的表面：
(1)将胶黏剂雾化喷在滚动的软质载体的表面；
(2)将硬质磨粒与沾有胶黏剂的软质载体混合，混合过程中通过离心力或撞击力将硬质磨粒在软质载体表面压实；
(3)将步骤(1)和步骤(2)重复3～5次，以使软质载体表面的硬质磨粒的厚度在5～30μm。
第二种方案
本方案公开了另一种软弹性磨料的制造方法，包括：
A、将硬质磨粒、粉末状的填充介质以及熔融态流体或液态的胶黏剂混合并搅拌均匀；所述填充介质和硬质磨粒的体积比为(1:99)-(20:80)，所述胶黏剂与填充介质和硬质磨粒之和的体积比为(5:95)-(50:50)；
所述填充介质的粒度小于等于50μm，所述填充介质的密度大于等于5 g/cm3，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25～10μm；
B、将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软弹性磨料，所述软弹性磨料的粒度大小为0.05～5mm，密度大于等于2.0g/cm3。
相应的，本发明还公开了一种切削刀具的处理方法，包括：
通过喷枪将本发明所述的软弹性磨料以20～80m/s的速度喷出，以使软弹性磨料加速获得动能并到达切削刀具的表面，到达切削刀具表面的软弹性磨料沿切削刀具的表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从切削刀具的表面弹起。
作为上述方案的改进，所述软弹性磨料的喷射方向与切削刀具表面法线之间的夹角为5～90°，所述软弹性磨料的枪基距小于等于60mm。
相应的，本发明还公开了一种模具的处理方法，包括：
通过喷枪将本发明所述的软弹性磨料以20～80m/s的速度喷出，以使软弹性磨料加速获得动能并到达模具的待处理表面，到达待处理表面的软弹性磨料沿待处理表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从待处理表面弹起。
实施本发明的实施例，具有如下有益效果：
本发明方案一的软弹性磨料在软弹基材内加入高密度的填充介质进而形成软质载体，此软质载体具有一定的弹性，以使由此制成的软弹性磨料在与被处理表面碰撞时能够储存一定的弹性势能，此储存的弹性势能随后释放，以使软弹性磨料恢复原来形状且同时从被处理表面弹起，进而脱离被处理表面。同时，由于软质载体内含有填充介质，所以在相同体积的情况下能够得到较大的划痕深度，在满足钝化要求的情况下还能够同时达到很好的抛光效果。可见，采用本发明的软弹性磨料能够同时实现钝化和抛光的效果。
此外，本发明方案一的软弹性磨料在软质载体内加入填充介质，进而制成粒度大小为0.05～5mm、密度大于等于2.0g/cm3的软质载体。
本发明方案二的软弹性磨料通过在其内设高密度的填充介质提高整体的密度，且硬质磨粒和填充介质通过胶黏剂粘结成粒度大小为0.05～5mm、密度大于等于2.0g/cm3的颗粒。
采用上述方案一和方案二制备的软弹性磨料具备以下性能：
1、喷射角度与材料表面法线夹角在5～90度范围均可以起到很好的作用，尤其对狭缝、深的凹坑、形状复杂的3D曲面等喷射角度不容易控制的区域，可以使用5～30度的小角度掠射，仍然可以获得明显的去除能力与抛光效果；
2、喷射距离可以大幅提升。单位体积质量的提升，使得动能受风阻力影响大幅降低，使得喷射距离增加到60cm时仍然能够保持很好的去除能力与抛光效果；
3、喷射压力降低至2～5bar仍然可以达到低密度磨料在5～9bar的作用效果，从而可以降低压缩空气的损耗，噪音可以小幅降低5～10分贝。
附图说明
图1是本发明实施例一中软弹性磨料的制造方法的流程图；
图2是本发明实施例一中硬质磨粒粘附在软质载体的表面的流程图；
图3是采用本发明实施例一软弹性磨料的制造方法加工的软弹性磨料的剖视图；
图4是采用本发明实施例二软弹性磨料的制造方法加工的软弹性磨料的剖视图；
图5是本发明软弹性磨料对被处理表面进行处理时两者碰撞过程的宏观示意图；
图6是本发明软弹性磨料与被处理表面碰撞瞬间的形变与运动趋势局部示意图；
图7是本发明硬质磨粒的尺寸大小对去除材料能力差异的原理分析示意图；
图8是本发明软弹性磨料喷射速度大小相同入射角度不同时抛光差异原理分析对比示意图；
图9是切削刀具钝化和抛光前的效果图；
图10是切削刀具钝化和抛光后的效果图；
图11是实施例三中试验一磨料规格、枪基距和去除率之间的关系图；
图12是实施例三中试验二磨料规格、压力和去除率之间的关系图；
图13是实施例三中试验三的立铣刀钝化方式的示意图；
图14是实施例三中试验三磨料规格、时间和R角之间的关系图；
图15是实施例三中试验三进行切削刀具表面处理前的效果图；
图16是实施例三中试验三采用B1规格、喷射压力为0.3Mpa、枪基距为30mm、喷射60s后的刀具表面处理效果图；
图17是实施例三中试验四磨料规格、时间、枪基距和粗粗度之间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
实施例一
参见附图1至附图3，本发明公开了一种软弹性磨料的制造方法，包括以下步骤。
S1、将粉末状的填充介质加入熔融态流体或液态的软弹基材内，所述填充介质与软弹基材的体积比小于等于3：10。
其中，所述软弹基材的邵氏硬度小于等于60HA，密度为0.6～1.6g/cm3，永久变形率小于30％。此外，所述软弹基材优选采用具有3分钟以内自然恢复形变、断裂伸长率在100％～2000％之间的性能的材料，且此性能的软弹基材具有较好的弹性，便于其作为磨料主体时的弹性变形。
所述软弹基材可以使用满足上述条件的高分子合成材料或者天然材料，具体的，所述软弹基材优选采用硅橡胶、聚氨酯、多孔纤维、热塑性或热固性弹性体或天然橡胶等。
其中，所述填充介质的粒度小于等于50μm，密度大于等于3.5g/cm3。本发明中的填充介质为高密度的粉末材料。本实施例采用的填充介质的密度大于软弹基材的密度。
所述填充介质优选采用以下三种方案：
第一种方案，所述填充介质为铜粉、铁粉、钨粉和锡粉中的一种或多种组成的混合物；或者其他高密度粉末。
第二种方案，所述填充介质为SiC、Al2O3、ZrO2、TiC、WC、CeO2、金刚石、立方氮化硼和氮化碳中的一种或多种。
本发明的填充介质也可以为上述两种方案的任意组合或者加入其它性能相似高密度粉末。
此外，所述软弹基材案优选采用具有以下两种性能之一的材料：
第一种方案，所述软弹基材为通过加热至80～300℃形成熔融状态的热塑性材料或者热固性材料。
第二种方案，所述软弹基材为在-30～80℃为液体且可在此温度通过固化剂固化的材料。
S2、将填充介质与软弹基材搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软质载体，制得的软质载体的粒度大小为0.05～5mm，密度大于等于2.0g/cm3。且优选所述软质载体的密度小于等于5.7g/cm3。
具体的，将搅拌均匀的混合物固化成型或成型固化制成颗粒状的软质载体。其中，所述成型固化可以采用注塑成型或模具成型工艺，所述固化成型可以选择块体粉碎制粒工艺。本发明中的软质载体可以是各种规则或不规则的形状，例如球形、椭球形、立方体、四面体、五面体或者六面体等。其中以近球形、立方体和四面体为最优方案。
需要说明的是，所述填充介质以一定的体积比加入软弹基材中，具体填充介质和软弹基材的体积比小于等于30％，且制得的软质载体的粒度大小为0.05～ 5mm，密度为2.0～5.7g/cm3。本发明的软质载体为高密度软质载体，且同时兼具良好的弹性，以使由此制成的软弹性磨料在与被处理表面碰撞时能够储存一定的弹性势能，此储存的弹性势能随后释放，以使软弹性磨料恢复原来形状且同时从被处理表面弹起，进而脱离被处理表面。同时，由于软质载体内含有填充介质，所以在相同体积的情况下能够得到较大的划痕深度，进而能够同时达到很好的抛光效率。
此外，软弹基材需要由熔融态流体或者液态进行固化处理成固态的颗粒状，进而本发明的软弹基材优选具备以下特性之一：
a.在自然温度下(-40℃～50℃之间)为固态材料，但可以通过任何方式加热达到50～300摄氏度，固态材料可转化成熔融态流体或液态；
b.在自然温度下可以成为液态或流体，黏度低于500mPa·s，并可在此温度下通过添加固化剂等试剂发生反应或暴露空气中与水分子反应或借助UV光等方式能转变成固体的材料。
S3、将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25～10μm。
需要说明的是，所述硬质磨粒和软质载体的体积比优选为(0.5:100)～ (10:100)。
其中，所述硬质磨粒优选为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、SiC微粉、 TiC微粉、TiN微粉、Al2O3微粉、氮化碳微粉和立方氮化硼微粉中的一种或多种。
所述硬质磨粒优选通过以下方法粘附在软质载体的表面：
S31、将胶黏剂雾化喷在滚动的软质载体的表面。具体可以通过无气撞击内混合或机械自清洁喷雾枪将胶黏剂雾化喷在滚动的软质载体的表面。
S32、将硬质磨粒与沾有胶黏剂的软质载体混合，混合过程中通过离心力或撞击力将硬质磨粒在软质载体表面压实。
具体的，通过粉末喷涂枪将硬质磨粒雾化后或直接将硬质磨粒粉体与沾有胶粘剂的软质载体混合，混合过程可以利用高速离心机产生的离心力或各种旋转搅拌机旋转产生的撞击力，将硬质磨粒在软弹基材或高密度软弹基材压实。
S33、将步骤S31和步骤S32重复3～5次，以使软质载体表面的硬质磨粒的厚度在5～30μm。此处的厚度是指附着在软质载体表面的硬质磨粒的平均厚度。
可见，本发明的软弹性磨料通过重复步骤S31和步骤S32以使硬质磨粒以多层的形式附着在软质载体的表面，进而可以提高本发明软弹性磨料的使用寿命。具体使用时，软弹性磨料表面的硬质磨粒会随着使用次数的增加而被磨损，若软弹性磨料表面的硬质磨粒被磨平，则软弹性磨料在处理表面的时候对表面很难产生刻轰击、刻蚀、挤压、划擦及耕犁等效果。本发明正是通过多层粘附的方式解决此问题，当最外层的硬质磨粒被磨削，会露出第二层的硬质磨粒，通过第二层的硬质磨粒来实现切削刀具表面的刻蚀等功能，进而保证软弹性磨料能够进行多层硬质磨粒的钝化，提高软弹性磨料的整体使用寿命。
本发明的软弹性磨料在软质载体内加入填充介质，进而制成粒度大小为 0.05～5mm、密度大于等于2.0，此时，所述软弹性磨料具备以下性能：
1、喷射方向与材料表面法线夹角范围可以在5～90度范围均可以起到很好的作用，尤其对狭缝、深的凹坑、形状复杂的3D曲面等喷射角度不容易控制的区域，可以使用5～30度的小角度掠射，仍然可以获得明显的去除能力与抛光效果；
2、喷射距离可以大幅提升。单位体积质量的提升，使得动能受风阻力影响大幅降低，使得喷射距离增加到60cm时仍然能够保持很好的去除能力与抛光效果；
3、喷射压力降低至2～5bar仍然可以达到低密度磨料在5～9bar的作用效果，从而可以降低压缩空气的损耗，噪音可以小幅降低5～10分贝。
本发明的软质载体的密度在2g/cm3以上，且基于成本考虑，本发明的软质载体的密度设置在5.7g/cm3以下，因为一般情况下软弹基材的成本相对填充介质的成本较低。
下面以具体实施例进一步阐述本发明：
实施例1
软弹性磨料的制备方法如下：
A1：将铜粉加入熔融态流体或液态的异戊橡胶内，其中铜粉和异戊橡胶的体积比为13:87。
其中，铜粉的密度为8.9g/cm3，粒度大小为0.5μm；异戊橡胶的密度为 0.94g/cm3，硬度为Shore A 40，永久变形率为10％。
B1:将铜粉与异戊橡胶搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成粒度大小为 0.6mm的软质载体，制得的软质载体的密度为2.5g/cm3。
C1：将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的组分为70％的金刚石和30％的SiC，所述硬质磨粒的粒度大小为1μm，软弹性磨料表面附着的硬质磨粒的厚度为15μm。
实施例2
A2：将铜粉加入熔融态流体或液态的异戊橡胶内，其中铜粉和异戊橡胶的体积比为23:77。
其中，铜粉的密度为8.9g/cm3，粒度大小为0.5μm；异戊橡胶的密度为 0.94g/cm3，硬度为Shore A 40，永久变形率为10％。
B2:将铜粉与异戊橡胶搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成粒度大小为 1mm的软质载体，制得的软质载体的密度为2.8/cm3。
C2：将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的组分为70％的金刚石和30％的SiC，所述硬质磨粒的粒度大小为1μm，软弹性磨料表面附着的硬质磨粒的厚度为15μm。
实施例3
A2：将钨粉加入熔融态流体或液态的异戊橡胶内，其中钨粉和异戊橡胶的体积比为20:80。
其中，钨粉的密度为19.2g/cm3，粒度大小为1.0μm；异戊橡胶的密度为 0.94g/cm3，硬度为Shore A 40，永久变形率为10％。
B2:将铜粉与异戊橡胶搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成粒度大小为 1mm的软质载体，制得的软质载体的密度为4.6g/cm3。
C2：将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的组分为70％的金刚石和30％的SiC，所述硬质磨粒的粒度大小为1μm，软弹性磨料表面附着的硬质磨粒的厚度为15μm。
需要说明的是，本发明各个实施例中列举的关于填充介质、软弹基材以及硬质磨粒的密度、体积、体积比以及粒度等参数均表示其为固态时的参数。
实施例二
本实施例公开了一种软弹性磨料的制造方法，包括：
S1、将硬质磨粒、粉末状的填充介质以及熔融态流体或液态的胶黏剂混合并搅拌均匀；所述填充介质和硬质磨粒的体积比为(1:99)-(20:80)，所述胶黏剂与填充介质和硬质磨粒之和的体积比为(5:95)-(50:50)。
所述填充介质的粒度小于等于50μm，所述填充介质的密度大于等于5 g/cm3，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25～10μm。
所述胶黏剂可以选用实施例一中的软弹基材，也可以选用其他具有粘性的物质。具体的，所述胶黏剂可以是各种具有粘黏性并能在空气中自然固化或采用添加固化剂固化、UV固化、加热固化等方式进行固化的的人工合成胶黏剂或天然胶黏剂，合成胶黏剂可以是各种树脂胶黏剂，如蓖麻油、聚已内酯多元醇、新戊二醇、聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、乳白胶(醋酸乙烯，醋酸乙烯酯-乙烯共聚液)，天然胶黏剂可以是松树油等植物分泌物、虫胶等动物分泌物、骨胶、淀粉等。
其中，所述填充介质优选为铜粉、铁粉、钨粉和锡粉中的一种或多种组成的混合物。
其中，所述硬质磨粒优选为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、SiC微粉、 TiC微粉、TiN微粉、Al2O3微粉、氮化碳微粉和立方氮化硼微粉中的一种或多种。
S2、将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软弹性磨料，所述软弹性磨料的粒度大小为0.05～5mm，密度大于等于2.0g/cm3。附图4为本实施例加工出来的软弹性磨料的剖视图，图中的点为填充介质和硬质磨粒，空白处为粘结剂。
本实施例的软弹性磨料通过在其内设高密度的填充介质提高整体的密度，且硬质磨粒和填充介质通过胶黏剂粘结成成粒度大小为0.05～5mm、密度大于等于2.0g/cm3的颗粒，此时，所述软弹性基材具备以下性能：
1、喷射方向与材料表面法线夹角范围可以在5～90度范围均可以起到很好的作用，尤其对狭缝、深的凹坑、形状复杂的3D曲面等喷射角度不容易控制的区域，可以使用5～30度的小角度掠射，仍然可以获得明显的去除能力与抛光效果；
2、喷射距离可以大幅提升。单位体积质量的提升，使得动能受风阻力影响大幅降低，使得喷射距离增加到60cm时仍然能够保持很好的去除能力与抛光效果；
3、喷射压力降低至2～5bar仍然可以达到低密度磨料在5～9bar的作用用效果，从而可以降低压缩空气的损耗，噪音可以小幅降低5～10分贝。
本实施例的软弹性磨料通过胶黏剂将高密度的填充介质和硬质磨粒粘结而成，胶黏剂具有一定的弹性，以使由此制成的软弹性磨料在与被处理表面碰撞时能够储存一定的弹性势能，此储存的弹性势能随后释放，以使软弹性磨料恢复原来形状且同时从被处理表面弹起，进而脱离被处理表面。同时，由于软弹性磨料内含有高密度的填充介质，所以在相同体积的情况下能够得到较大的划痕深度，在满足钝化要求的情况下还能够同时达到很好的抛光效果。可见，采用本实施例的软弹性磨料能够同时实现钝化和抛光的效果。
实施例三
本实施例公开了一种切削刀具的处理方法，所述切削刀具可以为整体式铣刀、钻头、刀片、丝锥或者其他定制类切削刀具等。
所述切削刀具的处理方法包括：通过喷枪将本发明实施例一或实施例二所述的软弹性磨料以20～80m/s的速度喷出，以使软弹性磨料加速获得动能并到达切削刀具的表面，到达切削刀具表面的软弹性磨料沿切削刀具的表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从切削刀具的表面弹起。
具体的，软弹性磨料加速获得动能并到达切削刀具的表面，动能转换为压力导致软弹性磨料产生大幅的压缩并沿切削刀具的表面伸长，以使软弹性磨料将大部分动能吸收并转换为弹性势能储存，随后弹性势能释放，软弹性磨料恢复原来形状并同时从切削刀具的表面弹起，进而脱离切削刀具的表面。
其中，所述软弹性磨料的喷射方向与切削刀具表面法线之间的夹角为θ，所述夹角θ优选为5～90°，所述软弹性磨料的枪基距小于等于60mm。夹角θ可以参照附图5所示。
需要说明的是，现有技术的软弹性磨料由于中心软质载体为软弹基材，其密度相对较低，根据动能公式1/2Mv2，为保证足够的压力，附图中5的θ不能过大，而为了保证滑动，附图5中的θ不能过小。而根据现有技术的经验，若要同时达到钝化和抛光的作用，则需要软弹性磨料的喷射方向与切削刀具表面的法线方向之间的夹角需要在20～70°之间。
采用本发明的方法处理切削刀具时，对软弹性磨料的喷射方向与切削刀具表面法线之间的夹角θ的范围要求很低，夹角θ低至5～30°时仍可实现滑动效果。具体的，采用本发明的软弹性磨料进行切削刀具表面的处理时，夹角θ处于5～90°这个范围内可同时实现滑动摩擦和具备一定的压力，而对软弹性磨料的喷射要求较低时不容易出现处理不到位的现象。此外，软弹性磨料在压力的作用下与切削刀具的表面紧贴，在其伸展与伸缩过程中与材料表面产生相对滑动，在摩擦的过程中，镶嵌或附着在软弹性磨料上且露出的硬质磨粒对切削刀具表面进行挤压、划擦、犁耕及切削，产生细小犁沟，进而去除切削刀具表面的材料，产生抛光的效果，又因为硬质磨粒依附于软弹性磨料之上，可大幅降低硬质磨粒对材料表面的挤压力，使每次划擦切削的量很少，根据抛光的基本原理，由此可以产生镜面效果。而在抛光的过程中，由于刀具刃口属于凸起点，最容易发生切削，产生的结果实时对刃口进行倒圆角钝化。钝化去除量与硬质磨粒大小、作用时间、刀具材料硬度、刃口锋利度有关。
采用本发明的切削刀具的处理方法时可以对切削刀具的刃口实现小颗粒的钝化的效果，减少刃口的缺陷，避免过早出现崩刃的现象，提高切削刀具的使用寿命，且同时能够对切削刀具的表面达到抛光的目的，防止切削刀具在切削过程中产生积削瘤过早损坏，进一步提高切削刀具的使用寿命。
本发明的切削刀具的处理方法可以通过空气喷射方式或离心方式将软弹性磨料加速轰击到切削刀具的表面，对切削刀具的刃口及其表面可以同时起到钝化和抛光的作用，钝化刃口可以避免出现局部损伤，且通过降低切削刀具的表面粗糙度防止粘屑和积屑瘤的产生，改善加工表面质量，进而提高切削刀具的使用寿命。
需要说明的是，待处理表面若要获得钝化效果，则需要满足以下条件：
1.硬质磨粒与材料表面接触，并产生轰击、刻蚀、挤压、划擦、耕犁及切削等效果；
2.通过上述过程，获得有效的单粒去除量Vn；
3.通过时间t的累积，获得n个硬质磨粒的作用，材料被去除量 V＝h*L＝Vn*n，其中h为平均压入深度，L为划痕作用总长度。
即需要通过硬质磨粒对待处理表面进行材料去除，进而获取钝化效果。
若待表面处理要获得抛光的效果，需要满足以下条件：
1、材料的去除方式只能以硬质磨粒与被处理工件的表面产生相对滑动或滚动摩擦，且滑动摩擦要占主导作用，若滚动摩擦占主导，则效率较低；
2、硬质磨粒对被处理工件的表面产生有效划擦、切削、耕犁的方式，通过划痕获得单粒去除量Vn；
3、在上述过程中，一部分硬质磨粒要与被处理工件的表面出现很大程度且一定连续长度的挤压打滑；
4、达到亮光泽面需要每次划痕与挤压深度应满足小于0.05μm。
由此可见，若要同时达到钝化和抛光的效果，则既要有划痕去除材料，同时需要伴随挤压抛光同时存在。由此可见，用于处理切削刀具的软弹性磨料的粒度大小、均匀度、硬度与压力的搭配，满足上述条件尤为重要。
针对刀具复杂曲面与微细的特点，使用喷砂方式可以均匀去除表面材料，起到钝化的作用，如果可以进一步降低粗糙度，则对刀具的使用排屑、阻止粘屑以及提升刀具寿命有很大帮助。基于此，应改变喷砂过程中的碰撞刻蚀痕，使硬质磨粒能够在表面滑动并挤压表面，直接使用于硬质磨粒加速轰击表面，无论其粒度多小，速度多慢，都无法形成划痕并伴随挤压的表面，即无法形成光亮表面，由此可得出，将硬质磨粒镶嵌在软性材料上，根据动量定理： Fyt＝Mvy-0，由于材料很软，在碰撞过程中vy减速到0的时间t相对直接用硬质磨粒轰击增加几倍到几十倍，从而硬质磨粒作用在加工材料表面的压力Fy为直接轰击的几十分之一到几分之一，力的大小与软弹性磨料的硬度、与材料表面接触时的速度vy有关。
在软弹性磨料整体出射速度相同的情况下，硬质磨粒越大接触点越少，则产生的压力也大(由于硬质磨粒大小在微米量级，自身质量相对于速度对动能的影响可忽略)，单个微粒的去除量越多，划痕越深。
在微粒大小相同的情况下，软弹性磨料的整体质量M越大，vy越大，滑动时产生的深度越深。可参照附图6和附图7所示。
综上，可以通过控制软弹性磨料的质量M、硬质磨粒大小、飞行速度以及喷射角度来改变材料的去除能力与表面光亮效果，很明显，压力过大增加了摩擦力，阻碍了软弹性磨料在表面的滑动，同样会影响去除量，所以去除体积V＝单粒切入深度*单位时间作用点数量*有效滑行距离，
Figure BDA0002110252410000151
t为接触时间，与材料弹性有关，降低弹性有助于增加时间t，同等条件下，垂直压力Fy与滑行距离之间存在矛盾，分析如下，可参照附图8：
1、要获得大的Vx，射出速度与法线夹角应尽可能大，则vy减小，切入深度变小，若增加软弹性材料的硬度，则作用点数受变形量的减小而降低。
2、而要获得大的切入深度，射出速度与法线夹角应尽可能小，则滑行长度下降，并且影响表面的光亮度。
由此可见，以上条件互相制约，既要满足去除体积尽可能大，又要满足光亮要求。另一方面，软弹性磨料受空气阻力产生减速作用，即
Figure BDA0002110252410000161
可见，软弹性磨料体积相同的情况下，质量越大，即密度越大，速度损失越小，时间越短，速度损失越少。
本发明处理切削刀具的软弹性磨料的软质载体通过加入填充介质提高软弹性磨料的整体密度，以降低软弹性磨料在喷射过程中的速度损失，在保证切削量的同时还能保证刀具表面的光亮度。
使用本发明方法制备的软弹性磨料使用在切削刀具的表面处理上时，具有以下特征：
1.当喷射压力在2～8bar或使软弹性磨料获得最高的80m/s的速度，则喷射角度可以是任意角度，喷射距离可实现60cm以内；
2.使用上述方式，对硬质合金刀具，作用10～60秒后，表面粗糙度可以由原来的Ra0.1微米降为Ra0.01微米的光滑表面；对于涂层硬质合金刀具，作用 20～90秒后，表面粗糙度可以由原来的Ra0.1微米降为Ra0.02微米的光滑表面 (取决于涂层本身的缺陷深度)；
3.使用上述方式，作用20～120秒后，可以使涂层硬质合金刀具刃口的R 角达到0.005～0.03mm之间，如图9和图10所示，使用该方法有效去除了涂层表面的“液滴”，同时使刃口R角达到0.01mm。附图9和图10为刀具钝化与抛光前、后效果对比图，其中图9为切削刀具在处理前的放大图，图10为切削刀具在处理过后的放大图。
此外，本发明对不同参数的软弹性磨料进行切削刀具处理后的试验。具体的测试状况如下。
首先，选取一定参数的现有技术的软弹性磨料和本发明的软弹性磨料，具体参数如下表格所述：
Figure BDA0002110252410000162
Figure BDA0002110252410000171
-表格试验用各规格软弹性磨料的参数
其中，A1、A2和A3为现有技术的软弹性磨料，其公开的软质载体内不含高密度的填充介质，B1、B2、B3、B4和B5为本发明公开的高密度软弹性磨料。试验时，通过调整不同的枪基距、喷射压力及喷射时间等，针对不锈钢和硬质合金刀具测量平均材料去除率和粗糙度Rmax等参数。其中，软弹性磨料的喷射角度为45°，喷枪移动速度为0m/min(只是作为试验条件)，这两个参数试验过程中不作调整。
试验一：
采用规格A1、B1、A2、B2、B4和B5六种软弹性磨，试验用的喷砂压力统一为0.3Mpa，测试材料统一采用SUS304，试验过程中的枪基距为变量，其他参数相同，测量出切削刀具的平均去除率，最后得出附图11中的磨料规格-枪基距-去除率关系图。从图11中可以得出以下结论：
1、去除效率随着枪基距的增长逐渐变差，当距离过大时，由于空气阻力的持续作用，使弹性磨料的动能大幅减少，以至于在到达基底时速度大幅降低，不足以提供抛光所需要的正压力；距离增加同样影响喷射角度的扩散，导致磨料的喷射密度大幅降低。本发明的刀具切削表面处理方法中的枪基距优选在 60mm之内。
2、使用高密度软弹性磨料，图11中B1、B2、B4和B5，可以大幅减少阻力对磨料的相对减速影响，距离增加仍可以获得较好的去除效果，此磨料可以应用在需要远距离喷射抛光时的情景。
3、对于特殊微细应用场合需使用小粒度的磨料，由于质量的降低相对阻力的降低更显着，故颗粒越小，动能相对损失越大，而磨料密度的增加可以弥补一部份动能损失，其中B5的去除效率最高，明显高于B2，且B1的去除效率高于A2，同时明显优于A1。
试验二：
采用规格A1、B1和A2三种软弹性磨，试验用枪基距统一为30mm，测试材料统一采用SUS304，试验过程中的喷射输入压力为变量，其他参数相同，测量出切削刀具的平均去除率，最后得出附图12中的磨料规格-压力-去除率关系图。从图12可以得出以下结论：
在初始速度越低，阻力损失动能相对越大，如图12所示，小粒度磨料在低压力下即较低的速度喷射，由于空气阻力的作用，使到达基底的速度不足以产生足够压力产生抛光效果，随着压力的增加在达到0.3Mpa时逐渐获得最好的抛光效果，而高密度磨料的质量较大，阻力相对的减速作用降低，如B1，其在0.1Mpa 的低压力下仍然可以获得相对较佳的去除能力，当初始压力逐渐增加，去除能力增加并一直高于普通的A1磨料，效果比较明显，由此在同等去除能力的前提下，可以适当降低喷射压力，以减少压缩气体的损耗，并能降低噪音。而过高的压力，受制于磨料附着磨粒的强度影响，并没有明显改善材料的去除率。此外，由附图12也可以看出，在磨料密度相同的情况下，磨料粒度相对较大的A2 在同等情况下要比磨料粒度小的A1的去除率高，但是A2的去除率不如磨粒粒度较小的高密度软弹性磨料B1的高，可见，相对粒度大小的变化，高密度的软弹性磨料对切削刀具表面的去除率影响更大。
试验三：
参照附图13，此试验属于刀具刃口钝化的应用，试验时的刀具旋转、喷枪仍固定不移动。
具体的，本试验采用规格A1、B1和B2三种软弹性磨，试验用的喷砂压力统一为0.3Mpa、枪基距统一为30mm，测试材料统一采用D6的标准立铣刀，刀具参数统一为周刃前/后角为0°/11°，试验过程以时间为变量，其他参数相同，测量出切削刀具的周刃与端刃交会位置的R值的变化，最后得出附图14中的磨料规格-时间-R角关系图。从图14可以得出以下结论：
随着喷射时间的增加，刃口的R值增加，使用高密度磨料B1、B2的钝化效率明显优于A1，且更容易获得较大的R值。
此外，附图15和图16为采用B1规格、喷射压力为0.3Mpa、枪基距为30mm、喷射60s前后的刀具表面处理效果对比图，由附图16可见刃口获得了R角，达到了钝化效果，增强了刃口的强度，抑制刀具刃口的微小崩缺的发生，使磨损更均匀；同时，去除了刀具表面涂层的液滴，可大幅减少刀具切削的阻力，降低摩擦热，抑制粘屑，提升刀具寿命。
试验四：
采用规格A2、B2、A3和B3四种软弹性磨料对硬质合金基底进行抛光测试，最后得出附图17中的磨料规格-时间-枪基距-粗糙度关系图。从图17可以得出以下结论：
枪基距为30mm时的抛光效率高于枪基距为60mm时的枪基距。不过，随着喷射时间的拉长，高密度磨料B3即使在枪基距为60mm时仍可以获得较好的抛光效果，且到喷射后期其抛光效果甚至远优于使用枪基距为30mm的普通磨料A2 的抛光效果，可见，最终的粗糙度Ry值与磨料附着的硬质磨粒的颗粒大小有关， 0.5微米的硬质磨粒可以获得更为细腻的表面。
需要说明的是，上述试验均采用实施例一方法加工的软弹性磨料。
实施例四
本实施例公开了一种模具的处理方法，具体可以为用于玻璃热压的石墨模具的处理方法。
所述模具的处理方法包括：通过压缩气体向本发明所述方法加工的软弹性磨料提供20～80m/s的喷出速度，以使软弹性磨料加速获得动能并到达模具的待处理表面，到达待处理表面的软弹性磨料沿待处理表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从待处理表面弹起。
具体的，软弹性磨料加速获得动能并到达模具的表面，动能转换为压力导致软弹性磨料产生大幅的压缩并沿切削刀具的表面伸长，以使软弹性磨料将大部分动能吸收并转换为弹性势能储存，随后弹性势能释放，软弹性磨料恢复原来形状并同时从模具的表面弹起，进而脱离模具的表面。
其中，所述软弹性磨料的喷射方向与待处理表面法线之间的夹角为θ，所述夹角θ优选为5～90°。所述软弹性磨料的枪基距小于等于60mm。
其中，所述软弹性磨料中的硬质磨粒的粒度大小优选为0.5～1μm。
特别的，针对玻璃热压使用的石墨模具若使用上述方法，将石墨表面的粗糙度由在刀具切削后的Ra0.8微米降低到Ra0.3微米，可以有效去除加工过程产生的石墨粉末与突起的硬质点，由于石墨材料的兼有软、硬双重特性，使用高密度弹性磨料可以提高其表面材料的去除能力，兼顾抛光效果，选择0.5-0.3微米硬质磨粒较优。
本发明中的软弹性磨料也可以用于其他领域，例如除了切削刀具之外的其他金属表面的处理以及陶瓷表面的处理等，如需要精度很高的手表、表面要求较高的陶瓷产品等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种软弹性磨料的制造方法，其特征在于，包括：
A、将粉末状的填充介质加入熔融态流体或液态的软弹基材内，所述填充介质与软弹基材的体积比小于等于3:10；
所述填充介质为铜粉、钨粉和锡粉中的一种或多种组成的混合物，所述填充介质的粒度小于等于50μm，密度大于等于3.5g/cm3；
所述软弹基材为硅橡胶、聚氨酯、多孔纤维、异戊橡胶和天然橡胶中的一种或多种，所述软弹基材的邵氏硬度小于等于60HA，所述软弹基材的密度为0.6-1.6g/cm3，且所述软弹基材的永久变形率小于30%；
B、将填充介质与软弹基材搅拌均匀，并将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软质载体，制得的软质载体的粒度大小为0.05-5mm，密度为2.0-5.7g/cm3；
C、将硬质磨粒粘附在软质载体的表面，进而形成软弹性磨料，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25-10μm；
所述硬质磨粒为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、SiC微粉、TiC微粉、TiN微粉、Al2O3微粉、ZrO2微粉、氮化碳微粉和立方氮化硼微粉中的一种或多种，所述硬质磨粒通过以下方法粘附在软质载体的表面：
（1）将胶黏剂雾化喷在滚动的软质载体的表面；
（2）将硬质磨粒与沾有胶黏剂的软质载体混合，混合过程中通过离心力或撞击力将硬质磨粒在软质载体表面压实；
（3）将步骤（1）和步骤（2）重复3-5次，以使软质载体表面的硬质磨粒的厚度在5-30μm。
2.根据权利要求1所述的软弹性磨料的制造方法，其特征在于：所述填充介质为铜粉，所述软弹基材为异戊橡胶，所述硬质磨粒为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉和SiC微粉。
3.根据权利要求1所述的软弹性磨料的制造方法，其特征在于，所述软质载体为近球形、立方体或四面体。
4.一种软弹性磨料的制造方法，其特征在于，包括：
A、将硬质磨粒、粉末状的填充介质以及熔融态流体或液态的胶黏剂混合并搅拌均匀；所述填充介质和硬质磨粒的体积比为（1:99）-（20:80），所述胶黏剂与填充介质和硬质磨粒之和的体积比为（5:95）-（50:50）；
所述填充介质为铜粉、钨粉和锡粉中的一种或多种组成的混合物，所述填充介质的粒度小于等于50μm，所述填充介质的密度大于等于5g/cm3；所述硬质磨粒为单晶金刚石微粉、聚晶金刚石微粉、SiC微粉、TiC微粉、TiN微粉、Al2O3微粉、氮化碳微粉和立方氮化硼微粉中的一种或多种，所述硬质磨粒的粒度大小为0.25-10μm；所述胶黏剂为合成胶黏剂或天然胶黏剂，其中所述合成胶黏剂为蓖麻油、聚己内酯多元醇、新戊二醇、聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯胶或乳白胶，所述天然胶黏剂为松树油、虫胶、骨胶或淀粉；
B、将搅拌均匀的混合物制成颗粒状的软弹性磨料，所述软弹性磨料的粒度大小为0.05-5mm，密度大于等于2.0g/cm3。
5.一种切削刀具的处理方法，其特征在于，包括：
通过喷枪将权利要求1至4任一项所述的方法得到的软弹性磨料以20-80m/s的速度喷出，以使软弹性磨料加速获得动能并到达切削刀具的表面，到达切削刀具表面的软弹性磨料沿切削刀具的表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从切削刀具的表面弹起。
6.根据权利要求5所述的切削刀具的处理方法，其特征在于，所述软弹性磨料的喷射方向与切削刀具表面法线之间的夹角为5-90°，所述软弹性磨料的枪基距小于等于60mm。
7.一种模具的处理方法，其特征在于，包括：
通过喷枪将权利要求1至4任一项所述的方法得到的软弹性磨料以20-80m/s的速度喷出，以使软弹性磨料加速获得动能并到达模具的待处理表面，到达待处理表面的软弹性磨料沿待处理表面伸长并形成凹坑，随后软弹性磨料从待处理表面弹起。
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