CN112548686A - 一种非晶合金产品的去料加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶合金产品的去料加工方法，包括准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内；砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整；动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液。本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法,能实现对非晶合金材料高效加工和加工工具高寿命加工，从而大幅降低加工成本，大大加快非晶合金产业化的进程。

Description

一种非晶合金产品的去料加工方法
技术领域
本发明涉及非晶合金加工技术领域，具体为一种非晶合金产品的去料加工方法。
背景技术
非晶合金材料具有高硬度、高强度、高耐磨、高弹性、高耐腐的优异性能，正是因为这种材料特性使产品的应用非常的广阔，特别是在要求纤细化、轻量化的3C产品应用中。非晶合金材料经过压铸工艺后成型成产品形状，然后经过切割浇口和渣包以及精密切削或磨削机加工后成为最终要的装配到手机中的零件。而在精密切削或磨削过程中，因为非晶材料的高硬度使刀具的磨损量大幅增加，从而大大提高了产品的加工成本，进而限制了非晶产品的产业化进程。因此，寻找适合加工高硬非晶材料的加工方法成为了非常迫切的任务。
本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶合金产品的去料加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
方案一：一种非晶合金产品的去料加工方法，包括：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整；使砂轮获得适当的出刃高度和合理的容屑空间。
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液。对于金刚石砂轮的单颗粒的磨粒而言，其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的1/3，磨粒以微切削的方式去除材料，所以造成的破碎区要小得多。
S2砂轮预修锐和S3动态磨削工艺反复，至非晶合金工件达到目标尺寸。
优选的，所述S2包括：使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为60～180V，电流为5～10A，脉冲宽度为80～160微秒，脉冲间隔为40～160微秒。电源可以采用直流电源、交流电源、脉冲电源等。
优选的，所述S3动态磨削的砂轮转速为2000～6000rpm，进给速度为1200～1800mm/min，磨削下刀量为0.03～0.05mm，磨削液压力为3～8kgf/cm2。
优选的，所述S3动态磨削的磨削液为水基冷却液，包括氧化铝40～80mg/L、乙二醇50～200mg/L、丁醇聚氧乙烯醚50～150mg/L、防锈剂30～60mg/L、硼酸钠20～75mg/L、硝酸钠40～50mg/L。
优选的，所述金刚石砂轮的砂粒体积占比为60％～80％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC25～35,金刚石砂轮的结合剂为铸铁纤维结合剂(CIFB)、铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)中的一种或多种。结合剂具有良好的导电性和电解性能，而结合剂元素的氧化物或氢氧化物不导电。
方案二：一种非晶合金产品的去料加工方法，包括：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整；使砂轮获得适当的出刃高度和合理的容屑空间。
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，至非晶合金工件达到目标尺寸，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液；对于金刚石砂轮的单颗粒的磨粒而言，其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的1/3，磨粒以微切削的方式去除材料，所以造成的破碎区要小得多；
优选的，S3还包括：磨削全程进行实时电解，磨削全程于金刚石砂轮表面喷洒电解液。利用电解过程中的阳极溶解效应，对砂轮表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对砂轮的修整作用，同时形成一层钝化膜附着于砂轮表面，该钝化膜为具有一定厚度和弹性且容纳有脱落磨料的钝化膜，是一种具有良好柔性的研磨膜，抑制了砂轮的过度电解，从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。
优选的，还包括：
S4.精磨：金刚石砂轮表面形成钝化膜，对非晶合金工件进行光磨。当电解作用完全抑制时，钝化膜对工件进行光磨，钝化膜的厚度远大于磨料的出刃高度，使砂轮基体表层磨料在磨削中不可能直接与工件接触，砂轮上覆盖的这层钝化膜将代替金属基砂轮参与真正的磨削过程，进一步提高非晶合金的表面质量。
优选的，所述S2包括：使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为60～180V，电流为5～10A，脉冲宽度为80～160微秒，脉冲间隔为40～160微秒。电源可以采用直流电源、交流电源、脉冲电源等。
优选的，所述S3动态磨削的砂轮转速为2000～6000rpm，进给速度为1200～1800mm/min，磨削下刀量为0.03～0.05mm，磨削液压力为3～8kgf/cm2。
优选的，所述S3动态磨削的磨削液为水基冷却液，包括氧化铝40～80mg/L、乙二醇50～200mg/L、丁醇聚氧乙烯醚50～150mg/L、防锈剂30～60mg/L、硼酸钠20～75mg/L、硝酸钠40～50mg/L。
优选的，所述S3中实时电解的阳极为金刚石砂轮，阴极为金属导体，金属导体和金刚石砂轮的间隙为0.5～1.5mm，电解频率为520～720KHz，电解电压为140～180V，占空比为80～98％。金属导体为不锈钢制造。
优选的，所述S3中实时电解的电解液为硝酸钠溶液，浓度为15～20mg/L，PH值为8～9。
优选的，所述S4中停止电解，砂轮进给速度为0.5～1mm/min。
优选的，所述金刚石砂轮的砂粒体积占比为60％～80％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC25～35,金刚石砂轮的结合剂为铸铁纤维结合剂(CIFB)、铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)中的一种或多种。结合剂具有良好的导电性和电解性能，而结合剂元素的氧化物或氢氧化物不导电。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，区别于传统的CNC(数控机床加工)切削加工方法，能实现对非晶合金材料的高效加工和加工工具的高寿命加工，对非晶合金的去料切削量为0.5cm时，传统刀具可加工一百件左右的产品即报废，而使用本工艺结合金刚石砂轮达到报废时可完成五百件左右的产品的切削，且传统刀具和金刚石砂轮的成本相差较小，因此本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，可大幅降低加工成本，加快非晶合金的产业化进程；
2、本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，将金刚石砂轮表面的胶粘层用电解的方式实时去除，实时在表面露出合适厚度的砂粒，防止砂粒的钝化，且同时砂轮表面形成一层钝化膜，防止砂粒过渡暴露，砂粒形成最合适的切削表面，使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工，磨削质量稳定、连续、精密可控；
3、本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，在精磨阶段，当电解作用完全抑制时，钝化膜对工件进行光磨，钝化膜的厚度远大于磨料的出刃高度，使砂轮基体表层磨料在磨削中不可能直接与工件接触，砂轮上覆盖的这层钝化膜将代替金属基砂轮参与真正的磨削过程，进一步提高非晶合金的表面质量；
4、本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法，加工精度高，表面裂纹少，表面质量好，适应性广泛，磨削效率高，装置简单，成本低，推广性强。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种非晶合金产品的去料加工方法方案一的示意图；
图2是本发明一种非晶合金产品的去料加工方法方案二的示意图；
图中：1、非晶合金工件；2、金刚石砂轮；3、磨削液；4、金属导体。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：如图1，使用方案一对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为60％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC25,金刚石砂轮的结合剂为铸铁纤维结合剂(CIFB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为60V，电流为5A，脉冲宽度为80微秒，脉冲间隔为40微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为2000rpm，进给速度为1200mm/min，磨削下刀量为0.03mm，磨削液压力为3kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝40mg/L、乙二醇50mg/L、丁醇聚氧乙烯醚50mg/L、防锈剂30mg/L、硼酸钠20mg/L、硝酸钠40mg/L；
重复步骤S2、S3至完成既定切削量。
实施例2：如图1，使用方案一对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为70％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC30,金刚石砂轮的结合剂为铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为120V，电流为7A，脉冲宽度为120微秒，脉冲间隔为100微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为4000rpm，进给速度为1500mm/min，磨削下刀量为0.04mm，磨削液压力为5kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝60mg/L、乙二醇120mg/L、丁醇聚氧乙烯醚100mg/L、防锈剂45mg/L、硼酸钠50mg/L、硝酸钠45mg/L；
重复步骤S2、S3至完成既定切削量。
实施例3：如图1，使用方案一对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为80％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC35,金刚石砂轮的结合剂为铁粉结合剂(IB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为180V，电流为10A，脉冲宽度为160微秒，脉冲间隔为160微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为6000rpm，进给速度为1800mm/min，磨削下刀量为0.05mm，磨削液压力为8kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝80mg/L、乙二醇200mg/L、丁醇聚氧乙烯醚150mg/L、防锈剂60mg/L、硼酸钠75mg/L、硝酸钠50mg/L；
重复步骤S2、S3至完成既定切削量。
实施例4：如图2，使用方案二对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为60％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC25,金刚石砂轮的结合剂为铸铁纤维结合剂(CIFB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为60V，电流为5A，脉冲宽度为80微秒，脉冲间隔为40微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为2000rpm，进给速度为1200mm/min，磨削下刀量为0.03mm，磨削液压力为3kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝40mg/L、乙二醇50mg/L、丁醇聚氧乙烯醚50mg/L、防锈剂30mg/L、硼酸钠20mg/L、硝酸钠40mg/L；
磨削全程进行实时电解，磨削全程于金刚石砂轮表面喷洒电解液，实时电解的阳极为金刚石砂轮，阴极为金属导体，金属导体和金刚石砂轮的间隙为0.5mm，电解频率为520KHz，电解电压为140V，占空比为80％，电解液为硝酸钠溶液，浓度为15mg/L，PH值为8；
S4.精磨：金刚石砂轮表面形成钝化膜，对非晶合金工件进行光磨，即停止电解，砂轮进给速度为0.5mm/min。
实施例5：如图2，使用方案二对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为70％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC30,金刚石砂轮的结合剂为铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为120V，电流为8A，脉冲宽度为120微秒，脉冲间隔为100微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为4000rpm，进给速度为1500mm/min，磨削下刀量为0.04mm，磨削液压力为6kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝60mg/L、乙二醇135mg/L、丁醇聚氧乙烯醚100mg/L、防锈剂45mg/L、硼酸钠55mg/L、硝酸钠45mg/L；
磨削全程进行实时电解，磨削全程于金刚石砂轮表面喷洒电解液，实时电解的阳极为金刚石砂轮，阴极为金属导体，金属导体和金刚石砂轮的间隙为1mm，电解频率为600KHz，电解电压为160V，占空比为90％，电解液为硝酸钠溶液，浓度为17mg/L，PH值为8.5；
S4.精磨：金刚石砂轮表面形成钝化膜，对非晶合金工件进行光磨，即停止电解，砂轮进给速度为0.75mm/min。
实施例6：如图2，使用方案二对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm，包括步骤：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内，其中金刚石砂轮的砂粒体积占比为80％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC35,金刚石砂轮的结合剂为铁粉结合剂(IB)；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整，使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为180V，电流为10A，脉冲宽度为160微秒，脉冲间隔为160微秒；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液，其中砂轮转速为6000rpm，进给速度为1800mm/min，磨削下刀量为0.05mm，磨削液压力为8kgf/cm2，磨削液为水基冷却液，包括氧化铝80mg/L、乙二醇200mg/L、丁醇聚氧乙烯醚150mg/L、防锈剂60mg/L、硼酸钠75mg/L、硝酸钠50mg/L；
磨削全程进行实时电解，磨削全程于金刚石砂轮表面喷洒电解液，实时电解的阳极为金刚石砂轮，阴极为金属导体，金属导体和金刚石砂轮的间隙为1.5mm，电解频率为720KHz，电解电压为180V，占空比为98％，电解液为硝酸钠溶液，浓度为20mg/L，PH值为9；
S4.精磨：金刚石砂轮表面形成钝化膜，对非晶合金工件进行光磨，即停止电解，砂轮进给速度为1mm/min。
对比例：使用传统的CNC(数控机床加工)切削加工方法对非晶合金去料加工，切削量为0.5cm。
实验：用实施例1～6和对比例1的方法对非晶合金工件进行去料切削，至金刚石砂轮或刀具报废，统计加工完成的工件数量，得到表1：
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
工件数量(件) 521 512 498 559 551 542 98
如表1所示，使用实施例1～6的加工工艺加工至金刚石砂轮报废时，可完成498～559件工件，而对比例1的加工工艺加工至刀具报废时，只完成98件工件，即使用本发明公开的一种非晶合金产品的去料加工方法对非晶合金产品去料加工的成本是传统加工方式的五分之一左右，很大程度上降低了加工成本，加快了非晶合金的产业化进程，具有实用性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，包括：
S1.准备阶段：对金刚石砂轮进行动平衡修整和精密整形，使金刚石砂轮的圆度和圆柱度处于误差范围内；
S2.砂轮预修锐：对金刚石砂轮进行放电修锐修整；
S3.动态磨削：使用S2得到的金刚石砂轮对非晶合金工件进行去料磨削，磨削全程于金刚石砂轮和非晶合金工件之间喷洒磨削液。
2.根据权利要求1所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，S3还包括：磨削全程进行实时电解，磨削全程于金刚石砂轮表面喷洒电解液。
3.根据权利要求2所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，还包括：
S4.精磨：金刚石砂轮表面形成钝化膜，对非晶合金工件进行光磨。
4.根据权利要求1所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S2包括：使用脉冲电火花去除砂轮表面的金属结合剂，使砂轮表面出刃磨粒修锐修整，所述脉冲电火花放电电压为60～180V，电流为5～10A，脉冲宽度为80～160微秒，脉冲间隔为40～160微秒。
5.根据权利要求1所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S3动态磨削的砂轮转速为2000～6000rpm，进给速度为1200～1800mm/min，磨削下刀量为0.03～0.05mm，磨削液压力为3～8kgf/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S3动态磨削的磨削液为水基冷却液，包括氧化铝40～80mg/L、乙二醇50～200mg/L、丁醇聚氧乙烯醚50～150mg/L、防锈剂30～60mg/L、硼酸钠20～75mg/L、硝酸钠40～50mg/L。
7.根据权利要求2所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S3中实时电解的阳极为金刚石砂轮，阴极为金属导体，金属导体和金刚石砂轮的间隙为0.5～1.5mm，电解频率为520～720KHz，电解电压为140～180V，占空比为80～98％。
8.根据权利要求2所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S3中实时电解的电解液为硝酸钠溶液，浓度为15～20mg/L，PH值为8～9。
9.根据权利要求3所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述S4中停止电解，砂轮进给速度为0.5～1mm/min。
10.根据权利要求1所述的一种非晶合金产品的去料加工方法，其特征在于，所述金刚石砂轮的砂粒体积占比为60％～80％，金刚石砂轮的烧结层硬度为HRC25～35,金刚石砂轮的结合剂为铸铁纤维结合剂(CIFB)、铸铁结合剂(CIB)和铁粉结合剂(IB)中的一种或多种。
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