CN112643561B - 一种超硬磨盘端面高精度修整工具及修整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磨盘修整领域，具体涉及一种超硬磨盘端面高精度修整工具及修整方法。该修整工具包括粗修工具、精修工具和超精修工具，以及粗修、精修及超精修配套研磨液；粗修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；精修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；超精修工具为树脂铜块，由树脂粉和铜粉热压制成，其中铜粉的质量占比为60‑70％；所述配套研磨液由以下质量分数的组分组成：碳化硼40‑50％，石墨10‑20％，辅助分散溶剂35‑45％。本发明中，配套修整工具的使用可实现对磨盘的高效高精度修整，可方便加工出端面平面度和平行度低于0.02mm的陶瓷结合剂金刚石和CBN磨盘。
Description
技术领域
本发明属于磨盘修整领域，具体涉及一种超硬磨盘端面高精度修整工具及修整方法。
背景技术
应用于精磨机械磨削领域的磨具，按照结合剂分类，可以分为陶瓷结合剂磨具、树脂结合剂磨具、金属结合剂磨具以及电镀磨具。金刚石和CBN磨盘相对于普通磨料的磨盘以及游离磨料研磨加工，具有锋利度高、寿命长、磨削表面光洁度好、容屑能力高、不易堵塞、磨削效率高等特点。因此金刚石和CBN磨盘广泛应用于精密陶瓷材料、红宝石、不锈钢、铜、铝合金、钛合金等金属材料的磨削，其应用涉及轴承、空调压缩机、密封、汽车、粉末冶金等行业。
金刚石和CBN磨盘由于应用于双端面或者单端面磨削，采用此磨削方式和此磨盘进行磨削的工件，普遍要求高的材料去除率和高的平面度以及工件加工平行度，一般平面度和平行度要求0.02mm以下。现有的磨盘修整工具往往难以达到修整效率和修整精度的兼顾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超硬磨盘端面高精度修整工具，可以实现对CBN磨盘或金刚石磨盘的高效高精度修整。
本发明的第二个目的是提供一种磨盘端面高精度修整方法。
为实现上述目的，本发明的超硬磨盘端面高精度修整工具的技术方案是：
一种超硬磨盘端面高精度修整工具，包括粗修工具、精修工具和超精修工具，以及粗修、精修及超精修配套研磨液；
所述粗修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；
所述精修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；
所述超精修工具为树脂铜块，由树脂粉和铜粉热压制成，其中铜粉的质量占比为60-70％；
所述配套研磨液由以下质量分数的组分组成：碳化硼40-50％，石墨10-20％，辅助分散溶剂35-45％。
本发明的超硬磨盘端面高精度修整工具，使用树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块、树脂铜块进行修整，树脂材料具有一定的弹性和韧性，碳化硅或白刚玉和铜的硬度比金刚石、CBN磨料软，使用软性的磨料和软弹性的结合剂来对磨盘进行对磨，能够去除磨盘中的结合剂，且又不破坏磨盘磨料层的磨料，修整效果好。
使用配套研磨液，在修整时具有散去热量的作用，同时碳化硼、石墨由于其分子表面结构具有润滑作用，在被修整轮和修整块之间形成独立的润滑体系，使其在修整时不至于出现刚性去除导致的修整缺陷(烧刀、深坑等)。另外，碳化硼本身也是一种磨料，其硬度低于金刚石和CBN磨料，其作为游离磨料存在于修整面的间隙中，在修整块的挤压作用下，可以对被修整盘的结合剂进行微量去除修整，增加其修整效率和修整精度。
辅助分散溶剂主要用于分散碳化硼和铜粉，优选的，辅助分散溶剂为质量比1:2的低分子量聚丙烯酸钠和水的混合物。水优选为蒸馏水。低分子量聚丙烯酸钠为常规分散剂，起到防止碳化硼、铜粉等填料聚沉的作用。
为进一步增加修整工具与超硬磨盘的硬度匹配性，由于碳化硅磨料硬度要高于白刚玉磨料，树脂结合剂碳化硅油石块硬度和强度也高于树脂结合剂白刚玉油石块，而金刚石磨料硬度要高于CBN磨料，因此选用硬度较高的树脂结合剂碳化硅油石块修整金刚石磨盘，效率高，且油石块消耗慢，寿命长；如果用树脂结合剂白刚玉修整金刚石磨盘，则修整块消耗快，修整精度降低。如果用硬度较软的树脂结合剂白刚玉修整块修整CBN磨盘，则不仅能够保持高精度修整，而且硬度匹配效果较好，用树脂结合剂碳化硅块修整CBN磨盘的话，会由于碳化硅磨料硬度较高，在不断的磨损下，损害磨盘的CBN磨料。所以，优选的，针对金刚石磨盘，粗修、精修均采用树脂结合剂碳化硅油石块。针对CBN磨盘，粗修、精修均采用树脂结合剂白刚玉油石块。
以上配套修整工具的使用可实现对磨盘的高效高精度修整，可方便加工出端面平面度和平行度低于0.02mm的陶瓷结合剂金刚石和CBN磨盘。
为进一步优化超硬工具与研磨液的配合效果，进一步提高修整效率和修整精度，优选的，粗修工具中磨料的粒径、精修工具中磨料的粒径、超精修工具中铜粉的粒径逐渐减小；粗修配套研磨液中碳化硼的粒径小于粗修工具中磨料的粒径，且大于精修工具中磨料的粒径；精修配套研磨液中碳化硼的粒径小于精修工具中磨料的粒径，且大于超精修工具中铜粉的粒径；超精修配套研磨液中碳化硼的粒径不大于超精修工具中铜粉的粒径。以上术语中，以粗修工具为例，如粗修工具使用树脂结合剂碳化硅油石块，粗修工具中磨料即为碳化硅，粒度号对应的即为碳化硅的粒度，其他术语的含义类同。
针对加工平面度为0.02mm以下的加工精度要求，优选的，粗修工具中磨料的粒度号为20#-60#，精修工具中磨料的粒度号为120#-200#，铜粉的粒度号为1000#-4000#。
本发明的超硬磨盘端面高精度修整方法的技术方案是：
一种超硬磨盘端面高精度修整方法，包括依次进行粗修、精修和超精修：
粗修使用粗修工具组成的粗修修整砂轮，使用粗修配套研磨液；精修使用精修工具组成的精修修整砂轮，使用精修配套研磨液；超精修使用超精修工具组成的超精修修整砂轮，使用超精修配套研磨液；粗修、精修和超精修采用砂轮端面磨削方式，粗修之前、精修之前、超精修之前分别调整粗修修整砂轮、精修修整砂轮、超精修修整砂轮的工作面距离待修整磨盘的安装平面高度一致。
本发明的超硬磨盘端面高精度修整方法，使用修整工具配合粗磨、精磨、超精磨三道工序，完成磨盘的端面修整，适用于对端面平面度、平行度质量要求较高的磨盘修整，具有较高的修整效率和修整精度。
优选的，制备树脂铜块时，热压的压力为300-1000kN，温度为150-200℃，时间为50-150min。所述树脂铜块的密度为2.8g/cm3。在一定的温度和压力下制备树脂铜块时，韧性树脂发生流动和固化，把软韧的铜粉包裹起来，形成的树脂铜块具有较低的硬度和一定的软弹性，铜被修整砂轮发生机械摩擦接触，可以亲和被修整砂轮的磨料，又同时能破碎去除掉被修整砂轮的经过粗精修后残余的结合剂和残余应力，达到超精修的效果。
优选的，粗修后的平面度为0.03mm-0.04mm，精修后的平面度为0.02mm-0.03mm，超精修后的平面度为0.005mm-0.02mm。
优选的，所述采用砂轮端面磨削方式在立轴圆台磨上进行，粗修的主轴转速为600-800rpm，转台转速为25-35rpm，主轴进给速率为0.5-0.7mm/min，磨削量为1-5mm，光磨时间为1-2min；
精修的主轴转速为1050-1200rpm，转台转速为35-45rpm，主轴进给速率为0.3-0.5mm/min，磨削量为0.5-1mm，光磨时间为1-2min；
超精修的主轴转速为1400-1900rpm，转台转速为45-50rpm，主轴进给速率为0.1-0.2mm/min，磨削量为0.1-0.2mm，光磨时间为3.5-5min。
进一步优选的，粗修磨削前，对安装在立轴圆台磨转台上的待修整磨盘进行端面跳动测试，如果端面跳动＞0.2mm，则先进行校正使所述端面跳动在0.2mm以内。校正具体可在立式车床上校正车削磨盘底面基体。经过端面调动校正，可以让底面贴平立轴圆台磨床的转台，保证粗修时不至于在轴向方向修整量不同，造成后续平面度超差。
在立轴圆台磨上进行修整加工时，被修整磨盘放置在立轴圆台磨上的转台(圆台)上，主轴转向和转台转向相反。可以根据不同直径的磨盘选择不同型号大小的立轴圆台磨，保证圆台能够充分放置待修整磨盘。
在以上过程中，粗修的目的是去除被修整的磨盘端面余量，根据被修整磨盘的预留的加工余量，粗修可以修整1-5mm的磨料层，其平面度可以达到0.03mm-0.04mm。
精修目的是继续去除剩余磨削量的同时，通过降低进给速率，提高主轴转速和磨盘转速，使修整轮能够在单位时间内更多的接触被修整盘的盘面，使被修整的磨盘端面磨料层由大去除量破碎变为微小形面破碎，其平面度和平行度得到进一步提升，精修达到的效果是去除量在0.5-1mm，修整后的盘面平面度达到0.02mm-0.03mm。
超精修目的是继续提高主轴转速和磨盘转速，且磨削时间增加，进给量速率更加降低，使修整轮能够在单位时间内更多的接触被修整盘的盘面，使被修整的磨盘端面磨料层的残余高点被单次快速微量的去除，光磨时间增加，会使精磨后的高点逐渐被去除掉，其平面度和平行度得到进一步提升，精修达到的效果是去除量在0.1-0.2mm，修整后的盘面平行度平面的达到低于0.02mm，一般能够达到0.005mm-0.02mm。
针对立轴圆台磨，待修整磨盘的安装平面即磨床的转台表面。优选的，所述高度一致包括粗修控制尺寸公差在0.03mm以内，精修控制尺寸公差在0.02mm以内，超精修控制尺寸公差在0.02mm以内。进一步优选的，如果高度一致性不符合尺寸公差要求，使用中软硬度的绿碳化硅砂轮或中软硬度的白刚玉砂轮进行修整，直至符合尺寸公差要求。在高度一致性的修整加工过程中，优选的，粗修和精修过程优选采用中软硬度的绿碳化硅砂轮，超精修过程使用中软硬度的白刚玉砂轮。
附图说明
图1为本发明实施例中修整砂轮的结构示意图，其中，1-砂轮基体，2-磨削块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
以下实施例中，树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块均为市售产品，中软硬度级别，如J、K硬度级别。根据磨料粒度号进行选择即可。“#”为粒度号。
酚醛树脂粉为市售产品，满足以下条件均可：粒径为20-60μm，热流动温度为80-100℃，热分解温度不低于300℃。
辅助分散溶剂为质量比1:2的低分子量聚丙烯酸钠和蒸馏水的混合物。低分子量聚丙烯酸钠为市售商品，以下实施例中选择濮阳市恒泰环保科技有限公司的产品。
一、本发明的超硬磨盘端面高精度修整工具的具体实施例
实施例1
本实施例的超硬磨盘端面高精度修整工具，用于陶瓷结合剂金刚石磨盘端面修整，包括粗修工具、精修工具、超精修工具以及配套研磨液，配套研磨液包括粗修配套研磨液、精修配套研磨液和超精修配套研磨液。
粗修工具为树脂结合剂碳化硅油石块，其中碳化硅磨料的粒度为60#。粗修配套研磨液为80#研磨液A，由以下质量分数的组分组成：80#的碳化硼45％，80#的石墨15％，辅助分散剂40％。
精修工具为树脂结合剂碳化硅油石块，其中碳化硅磨料的粒度为200#。精修配套研磨液为240#研磨液A，由以下质量分数的组分组成：240#的碳化硼45％，240#的石墨15％，辅助分散剂40％。
超精修工具为树脂铜块，由酚醛树脂粉和1000#铜粉按照质量比36:64在150℃热压而成。热压时的压力为500kN，时间为100min。树脂铜块的密度为2.8g/cm3。超精修配套研磨液为1000#研磨液A，由以下质量分数的组分组成：1000#的碳化硼45％，1000#的石墨15％，辅助分散剂40％。
实施例2
本实施例的超硬磨盘端面高精度修整工具，用于CBN磨盘端面修整，与实施例1介绍的不同之处在于，粗修工具为60#树脂结合剂白刚玉油石块，精修工具为200#树脂结合剂白刚玉油石块。
在本发明的超硬磨盘端面高精度修整工具的其他实施例中，研磨液的配方可以按照本发明限定的配方范围进行浮动调整，可得到与实施例基本相当的效果。
二、本发明的超硬磨盘端面高精度修整方法的具体实施例
以下实施例中，粗修、精修、超精修涉及的修整砂轮的结构示意图如图1所示，为圆形砂轮，由砂轮基体1和呈环形排布的磨削块2组成，相邻两个磨削块2之间具有间隙。粗修、精修工序中，磨削块为油石块，超精修工序中，磨削块为树脂铜块。
实施例3
本实施例的超硬磨盘端面高精度修整方法，使用实施例1的修整工具，修整直径350mm，磨料层75mm、粒度为120#的陶瓷结合剂金刚石磨盘，具体包括以下步骤：
1)粗磨
在立轴圆台磨床的主轴上安装60#树脂结合剂碳化硅油石块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(油石块的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.03mm以内，如果出现超差，则用粒度为100#的中软硬度的绿碳化硅砂轮进行修整，修整到各个块的高度(油石块的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.03mm以内。
把被修整磨盘放置在立轴圆台磨上的圆台上，用千分表测试磨盘的端面跳动，保证端面跳动＜0.02mm，如果磨盘端面跳动＞0.02mm，则在立式车床上校正车削磨盘底面基体，使端面跳动＜0.02mm，方可继续安装固定到立轴圆台磨上准备磨加工修整端面。
加上80#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速600rpm、转台转速25rpm、进给速率0.5mm/min、磨削量3mm，光磨时间2min。
2)精磨
主轴安装上200#树脂结合剂碳化硅油石块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.02mm以内，如果出现超差，则用粒度为300#的中软硬度的绿碳化硅砂轮进行修整，修整到各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.02mm以内。
加上240#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速1050rpm、转台转速45rpm、进给速率0.3mm/min、磨削量1mm，光磨时间1min。
3)超精磨
主轴安装上树脂铜块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.02mm以内，如果出现超差，则用粒度为600#的中软硬度的白刚玉砂轮进行修整，修整到各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.02mm以内。
加上1000#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速1400rpm、转台转速48rpm、进给速率0.1mm/min、磨削量0.2mm，光磨时间3.5min。
经测试，本次修整的磨盘平面度数据为0.015mm。
实施例4
本实施例的超硬磨盘端面高精度修整方法，使用实施例2的修整工具，修整直径720mm，磨料层250mm、粒度为200#的树脂结合剂CBN磨盘，具体包括以下步骤：
1)粗磨
在立轴圆台磨床主轴上安装60#树脂结合剂白刚玉油石块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.03mm以内，如果出现超差，则用粒度为100#的中软硬度的绿碳化硅砂轮进行修整，修整到各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.03mm以内。
把被修整磨盘放置在立轴圆台磨上的圆台上，用千分表测试磨盘的端面跳动，保证端面跳动＜0.02mm，如果磨盘端面跳动＞0.02mm，则在立式车床上校正车削磨盘底面基体，使端面跳动＜0.02mm，方可继续安装固定到立轴圆台磨上准备磨加工修整端面。
加上80#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速800rpm、转台转速35rpm、进给速率0.7mm/min、磨削量5mm，光磨时间1min。
2)精磨
主轴安装上200#树脂结合剂白刚玉油石块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.02mm以内，如果出现超差，则用粒度为300#的中软硬度的绿碳化硅砂轮进行修整，修整到各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.02mm以内。
加上240#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速1200rpm、转台转速45rpm、进给速率0.4mm/min、磨削量0.5mm，光磨时间2min。
3)超精磨
主轴安装上树脂铜块组成的圆形砂轮，用测高仪测试各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)一致性，使其高度一致性保持在0.02mm以内，如果出现超差，则用粒度为600#的中软硬度的白刚玉砂轮进行修整，修整到各个块的高度(齿的端面距离转台的高度)尺寸公差在0.02mm以内。
加上1000#研磨液A，开动磨床进行磨削，主轴转向和转台转向相反。设置主轴转速1900rpm、转台转速50rpm、进给速率0.1mm/min、磨削量0.1mm，光磨时间5min。
经测试，本次修整的磨盘平面度数据为0.01mm。
Claims (8)
1.一种超硬磨盘端面高精度修整工具，其特征在于，包括粗修工具、精修工具和超精修工具，以及粗修、精修及超精修配套研磨液；所述超硬磨盘端面为CBN磨盘端面或金刚石磨盘端面；
所述粗修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；
所述精修工具选自树脂结合剂碳化硅油石块或树脂结合剂白刚玉油石块；
所述超精修工具为树脂铜块，由树脂粉和铜粉热压制成，其中铜粉的质量占比为60-70%；
所述配套研磨液由以下质量分数的组分组成：碳化硼40-50%，石墨10-20%，辅助分散溶剂35-45%；所述辅助分散溶剂为质量比1:2的低分子量聚丙烯酸钠和水的混合物；所述水为蒸馏水；
所述粗修工具中磨料的粒径、精修工具中磨料的粒径、超精修工具中铜粉的粒径逐渐减小；
粗修配套研磨液中碳化硼的粒径小于粗修工具中磨料的粒径，且大于精修工具中磨料的粒径；
精修配套研磨液中碳化硼的粒径小于精修工具中磨料的粒径，且大于超精修工具中铜粉的粒径；
超精修配套研磨液中碳化硼的粒径不大于超精修工具中铜粉的粒径；
所述粗修工具中磨料的粒度号为20#-60#，精修工具中磨料的粒度号为120#-200#，铜粉的粒度号为1000#-4000#。
2.一种使用权利要求1所述的超硬磨盘端面高精度修整工具的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，包括依次进行粗修、精修和超精修：
粗修使用粗修工具组成的粗修修整砂轮，使用粗修配套研磨液；精修使用精修工具组成的精修修整砂轮，使用精修配套研磨液；超精修使用超精修工具组成的超精修修整砂轮，使用超精修配套研磨液；粗修、精修和超精修采用砂轮端面磨削方式，粗修之前、精修之前、超精修之前分别调整粗修修整砂轮、精修修整砂轮、超精修修整砂轮的工作面距离待修整磨盘的安装平面高度一致。
3.如权利要求2所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，制备树脂铜块时，热压的压力为300kN-1000kN，温度为150℃-200℃，时间为50min-150min。
4.如权利要求2所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，粗修后的平面度为0.03mm-0.04mm，精修后的平面度为0.02mm-0.03mm，超精修后的平面度为0.005mm-0.02mm。
5.如权利要求2所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，所述采用砂轮端面磨削方式在立轴圆台磨上进行，粗修的主轴转速为600-800rpm，转台转速为25-35rpm，主轴进给速率为0.5-0.7 mm/min，磨削量为1-5mm，光磨时间为1-2min；
精修的主轴转速为1050-1200rpm，转台转速为35-45rpm，主轴进给速率为0.3-0.5 mm/min，磨削量为0.5-1 mm，光磨时间为1-2min；
超精修的主轴转速为1400-1900 rpm，转台转速为45-50 rpm，主轴进给速率为0.1-0.2mm/min，磨削量为0.1-0.2mm，光磨时间为3.5-5min。
6.如权利要求5所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，粗修磨削前，对安装在立轴圆台磨转台上的待修整磨盘进行端面跳动测试，如果端面跳动＞0.02mm，则先进行校正使所述端面跳动在0.02mm以内。
7.如权利要求2-6中任一项所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，所述高度一致包括粗修控制尺寸公差在0.03mm以内，精修控制尺寸公差在0.02mm以内，超精修控制尺寸公差在0.02mm以内。
8.如权利要求7所述的超硬磨盘端面高精度修整方法，其特征在于，如果高度一致性不符合尺寸公差要求，使用中软硬度的绿碳化硅砂轮或中软硬度的白刚玉砂轮进行修整，直至符合尺寸公差要求。
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