一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪及其制備方法。所述砂輪的制備方法的步驟為：S1，按質(zhì)量百分比為取40%—70%的鍍鎳金剛石，取3%—18%的填料，取12%—57%的樹脂結(jié)合劑，將三者混合形成混合料；S2，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場保持至少10分鐘；S3，在常溫下沿與磁力線垂直的方向施加1MP—30MP的壓力，保持壓力至少5分鐘；S4，去除磁場，置于160℃-—230℃恒溫箱內(nèi)加熱至少30分鐘；S5，取出模具，再次施加1MP—30MP的壓力，保持壓力至少1分鐘；S6，重新置于160℃-—230℃恒溫箱中繼續(xù)加熱至少2小時(shí)后冷卻后脫模得到砂輪。本發(fā)明的砂輪具有鍍鎳金剛石沿磁力線規(guī)則排布，并且耐磨性好、磨削加工表面質(zhì)量好等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪及其制備方法，屬于磨料、磨 具制備及領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著光學(xué)、電子、信息、航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，高集成、高性能、高精度 的光學(xué)系統(tǒng)對以碳化鎢、碳化硅、光學(xué)玻璃等硬脆材料為代表的非球面光學(xué)元件的要求越 來越嚴(yán)格，對硬脆難加工材料的超精密加工技術(shù)提出了更高的要求。硬脆材料的微小非球 面透鏡及光學(xué)模具的高精度的微小非球面光學(xué)元件既要具備納米級的表面粗糙度，又要有 極高的形狀精度。
[0003] 傳統(tǒng)的砂輪中，發(fā)現(xiàn)用樹脂砂輪進(jìn)行加工，工件表面粗糙度較好，而面型精度較 差；用陶瓷砂輪進(jìn)行加工，工件面型精度較好而表面粗糙度較差，并且由于微粉砂輪粒度 細(xì)，易出現(xiàn)磨粒團(tuán)聚，且磨粒隨機(jī)分布、不規(guī)則，導(dǎo)致被磨削表面粗糙度不均勻，有時(shí)出現(xiàn)過 度磨削、燒結(jié)、亞表面燒傷，造成后續(xù)還需要較長時(shí)間的拋光，由于小口徑非球面空間狹小， 面型復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)自動化，對工人素質(zhì)與經(jīng)驗(yàn)有很高的要求。所以通過微粉砂輪直接磨削 出高面型精度、低表面粗糙度的表面能有效降低后續(xù)的拋光時(shí)間，或者根本不需要后續(xù)的 拋光，這樣就能大大降低加工成本。
[0004] 因此，研究和開發(fā)新的微粉砂輪，不僅對非球面模具加工技術(shù)提高，加工成本的降 低有重要意義，而且對提高我國超精密磨削加工技術(shù)有重要意義。
[0005] 現(xiàn)有利用磁性磨粒輔助加工技術(shù)主要是采用游離磁性磨粒利用外加磁場作為驅(qū) 動力進(jìn)行輔助拋光，未見應(yīng)用于固結(jié)磨具的報(bào)導(dǎo)。CN 101780664 B提出了一種磁場輔助成 型磨石的制備方法，這種磨石實(shí)際上是一種可固化的磁流變液，它由磁性顆粒、磨粒以及高 分子聚合物，如樹脂，按照一定比例混合而成，主要是用于拋光，無法應(yīng)用與非球面成型磨 肖IJ，且磨粒的排布靠鐵粉來驅(qū)動，大大降低了磨粒有序排布的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪及其制備方法，該制備方 法采用鍍鎳金剛石，利用磁場輔助制備磨粒有序排布金剛石砂輪，能夠制備出其磨料層的 磨粒粒徑均勻、磨粒分布規(guī)則的砂輪;該砂輪既保持了樹脂砂輪的拋光性好的優(yōu)點(diǎn)，有具有 較高的剛性，又能保證加工出的工件具有較高的形狀精度，且易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，按質(zhì)量百分比包括： 40%-70%的鍍鎳金剛石； 3% -18%的填料； 12%-57%的樹脂結(jié)合劑； 所述鍍鎳金剛石的顆粒在砂輪中沿著砂輪的徑向方向均勻排布。
[0008] 本發(fā)明所述的砂輪的徑向方向是指垂直于砂輪軸線方向的截面圓環(huán)的徑向方向。
[0009] 以下為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案： 優(yōu)選地，所述鍍鎳金剛石的鍍鎳層質(zhì)量占鍍鎳金剛石總質(zhì)量的15%-20%。
[0010] 優(yōu)選地，所述鍍鎳金剛石的粒徑為1 一300M1。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述填料為〇11、41、？6、石墨中的一種或幾種，其粒徑在0.1-20WI1。更優(yōu)選 地，所述填料為石墨粉末，粒徑為。
[0012] 優(yōu)選地，所述樹脂結(jié)合劑為熱固型環(huán)氧樹脂、熱固型酚醛樹脂、熱固型聚酰亞胺樹 脂粉末中的一種或幾種。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種如上述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備 方法，其包括以下步驟： S1，按質(zhì)量百分比為取40%-70%的鍍鎳金剛石，用濕潤劑進(jìn)行濕潤，按質(zhì)量百分比取 3% -18%的填料，按質(zhì)量百分比為取12%-57%的樹脂結(jié)合劑，將三者混合形成混合料； S2，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場保持至少10分鐘； S3,在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘覫MP-30MP的壓力，保持壓力至少5 分鐘，形成坯料； S4，去除磁場，將裝有坯料的模具置于160°C -230°C恒溫箱內(nèi)對坯料加熱至少30分鐘； S5，從恒溫箱中取出模具，對坯料施加IMP-30MP的壓力，保持壓力至少1分鐘； S6,重新置于160°C -230°C恒溫箱中繼續(xù)加熱至少2小時(shí)后冷卻后脫模得到砂輪。
[0014] 由此，將砂輪脫模后進(jìn)行修整工序得到的砂輪具有鍍鎳金剛石沿磁力線，即砂輪 的徑向方向規(guī)則有序排布，并且耐磨性好、磨削加工表面質(zhì)量好等特點(diǎn)。
[0015] 優(yōu)選地，步驟S2中，對混合料施加的磁場不大于1000mT，更優(yōu)選為400mT-1000mT。
[0016] 優(yōu)選地，步驟S2中，所述磁場由永磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生。
[0017] 優(yōu)選地，步驟S1中，所述濕潤劑為蓖麻油、液態(tài)熱固型環(huán)氧樹脂、熱固型酚醛樹脂、 熱固型聚酰亞胺樹脂中的一種或幾種。
[0018] 優(yōu)選地，步驟S2中，對混合料施加磁場保持至少10-60分鐘；步驟S4中在恒溫箱內(nèi) 加熱30-120分鐘;步驟S5中，施加壓力保持1-30分鐘;步驟S6中，恒溫箱加熱2-7小時(shí)。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：由于在加壓成型以前，在磁場的作用下， 鍍鎳金剛石沿磁力線均勻分布，一方面，金剛石規(guī)則排布能保證加工工件的質(zhì)量，另一方 面，磨粒規(guī)則排布能提高砂輪的在磨粒排布方向的剛性，再有結(jié)合劑對鍍鎳金剛石的把持 能力相對于普通金剛石更高、砂輪的耐磨性更好。在超精密磨削加工時(shí)該砂輪既保持了樹 脂砂輪的拋光性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有較高的剛性，同時(shí)耐磨性更好，保證了加工工件的面形精 度，有效降低了非球面玻璃透鏡模具的加工成本。
[0020] 本發(fā)明制備的砂輪在超精密機(jī)床上進(jìn)行對直徑6mm的硬質(zhì)合金非球面模具進(jìn)行加 工，其面形精度PV達(dá)到20nm以下，表面粗糙度Ra達(dá)到5nm以下。
[0021] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的鍍鎳金剛石排布原理圖。
[0023] 在圖中 1磁力線，2-模具，3-鍍鎳金剛石，4 一結(jié)合劑與填料，5-砂輪桿。
【具體實(shí)施方式】 [0024] 實(shí)施例1 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪制備方法，包括以下步驟： 第一，按質(zhì)量百分比60%取平均粒徑為6.5wii增重為35%的鍍鎳金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕 潤、按質(zhì)量百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比35%取酚醛樹脂粉末樹脂 結(jié)合劑，將三者進(jìn)行充分的混合； 第二，將混合料置于外徑l〇mm內(nèi)徑5mm的模具中，對混合料施加400mT的磁場，并保持30 分鐘； 第三，在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?0MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯 料； 第四，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱中加熱30分鐘； 第五，從恒溫箱中取出模具，對坯料施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第六，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第七，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0025] 實(shí)施例2 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪制備方法，包括以下步驟： 第一，按質(zhì)量百分比50%取平均粒徑為6.5wii增重為35%的鍍鎳金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕 潤，按質(zhì)量百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比45%取酚醛樹脂粉末樹脂 結(jié)合劑，將三者進(jìn)行充分的混合； 第二，將混合料置于模具中，對混合料施加400mT磁場，并保持30分鐘； 第三，在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?0MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯 料； 第四，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱，加熱30分鐘； 第五，從恒溫箱中取出模具，再次施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第六，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第七，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0026] 實(shí)施例3 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪制備方法，包括以下步驟： 第一，按質(zhì)量百分比70%取平均粒徑為6.5wii增重為35%的鍍鎳金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕 潤、按質(zhì)量百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比25%取酚醛樹脂粉末樹脂 結(jié)合劑，將三者進(jìn)行充分的混合。
[0027]第二，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場至400mT，并保持30分鐘； 第三，在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?0MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯 料； 第四，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱，加熱30分鐘； 第五，從恒溫箱中取出模具，再次施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第六，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第七，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0028] 實(shí)施例4 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪制備方法，包括以下步驟： 第一，按質(zhì)量百分比60%取平均粒徑為6.5wii增重為55%的鍍鎳金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕 潤，按質(zhì)量百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比35%取酚醛樹脂粉末樹脂 結(jié)合劑，將三者進(jìn)行充分的混合； 第二，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場至400mT，并保持30分鐘； 第三，在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?0MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯 料； 第四，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱，加熱30分鐘； 第五，從恒溫箱中取出模具，再次施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第六，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第七，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0029] 對比例1 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪制備方法，包括以下步驟： 第一，按質(zhì)量百分比60%取平均粒徑為6.5wii增重為35%的鍍鎳金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕 潤、按質(zhì)量百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比35%取酚醛樹脂粉末樹脂 結(jié)合劑，將三者進(jìn)行充分的混合； 第二，在常溫下對混合料施加10MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯料； 第三，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱，加熱30分鐘； 第四，從恒溫箱中取出模具，再次施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第五，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第六，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0030] 對比例2 第一，按質(zhì)量百分比60%取平均粒徑為6.5wii的普通金剛石用蓖麻油進(jìn)行濕潤、按質(zhì)量 百分比5%取平均粒徑為3wii的石墨粉末，按質(zhì)量百分比35%取酚醛樹脂粉末樹脂結(jié)合劑，將 三者進(jìn)行充分的混合。
[0031]第二，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場至400mT，并保持30分鐘； 第三，在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?0MP的壓力，保持壓力5分鐘得坯 料； 第四，去除磁場，將裝有坯料的模具置于170°C恒溫箱，加熱30分鐘； 第五，從恒溫箱中取出模具，再次施加5MPa的壓力，保持壓力5分鐘； 第六，重新置于170°C恒溫箱中繼續(xù)加熱3小時(shí)后自然爐冷； 第七，將砂輪脫模后進(jìn)行修整。
[0032] 測試 將實(shí)施例及對比例制成的金剛石砂輪安裝在超精密磨床的氣浮主軸上加工口徑為6_ 的硬質(zhì)合金YG8，主軸轉(zhuǎn)速45000r/min;工件轉(zhuǎn)速為20r/min。先進(jìn)行端面磨削，單次切深為 2um，進(jìn)給速度為10mm/min，加工400微米后測量磨削比。然后進(jìn)行固定點(diǎn)非球面磨削，單次 切深為lum，進(jìn)給速度為lmm/min，測量加工表面形狀誤差PV以及表面粗糙度Ra。
[0033] 測試結(jié)果如表1
由表1所示，本發(fā)明的實(shí)施例與對比例在磨削同樣的材料時(shí)，其磨耗比有較大幅度的提 高，即采用鍍鎳金剛石，施加磁場以后，鍍鎳金剛石的顆粒沿磁力線，即砂輪的徑向方向規(guī) 貝1J有序排布，砂輪耐磨性得以大幅提高;加工工件的面形精度PV和表面粗糙度Ra明顯降低， 即采用鍍鎳金剛石，施加磁場以后，磨削表面質(zhì)量明顯提高。
[0034]上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不 用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式 的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，按質(zhì)量百分比包括： 40%-70%的鍍鎳金剛石； 3% -18%的填料； 12%-57%的樹脂結(jié)合劑； 所述鍍鎳金剛石的顆粒在砂輪中沿著砂輪的徑向方向均勻排布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，所述鍍鎳金 岡1J石的鍍鎳層質(zhì)量占鍍鎳金剛石總質(zhì)量的15%-20%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，所述鍍鎳金 剛石的粒徑為1 一300μηι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，所述填料為 Cu、Al、Fe、石墨中的一種或幾種，其粒徑在0. Ιμπι-20μηι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪，其特征在于，所述樹脂結(jié) 合劑為熱固型環(huán)氧樹脂、熱固型酚醛樹脂、熱固型聚酰亞胺樹脂粉末中的一種或幾種。6. -種如權(quán)利要求1-5之一所述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備方法，其特 征在于，包括以下步驟： S1，按質(zhì)量百分比為取40%-70%的鍍鎳金剛石，用濕潤劑進(jìn)行濕潤，按質(zhì)量百分比取 3% -18%的填料，按質(zhì)量百分比為取12%-57%的樹脂結(jié)合劑，將三者混合形成混合料； S2，將混合料置于模具中，對混合料施加磁場保持至少10分鐘； 53, 在常溫下沿與磁力線垂直的方向?qū)旌狭鲜┘?IMP-30ΜΡ的壓力，保持壓力至少5 分鐘，形成坯料； 54, 去除磁場，將裝有坯料的模具置于160°C -230°C恒溫箱內(nèi)對坯料加熱至少30分鐘； S5，從恒溫箱中取出模具，對坯料施加 IMP-30MP的壓力，保持壓力至少1分鐘； S6,重新置于160°C -230°C恒溫箱中繼續(xù)加熱至少2小時(shí)后冷卻后脫模得到砂輪。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備方法，其特征在于，步 驟S2中，對混合料施加的磁場不大于1 OOOmT。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備方法，其特征在于，步 驟S2中，所述磁場由永磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備方法，其特征在于，步 驟S1中，所述濕潤劑為蓖麻油、液態(tài)熱固型環(huán)氧樹脂、液態(tài)熱固型酚醛樹脂、液態(tài)熱固型聚 酰亞胺樹脂中的一種或幾種。10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9之一所述磁場輔助鍍鎳金剛石有序排布砂輪的制備方法，其特征 在于，步驟S2中，對混合料施加磁場保持至少10-60分鐘；步驟S4中在恒溫箱內(nèi)加熱30-120 分鐘;步驟S5中，施加壓力保持1-30分鐘;步驟S6中，恒溫箱加熱2-7小時(shí)。
【文檔編號】B24D3/30GK106002654SQ201610303394
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】尹韶輝, 潘衛(wèi)清, 黃世凡
【申請人】杭州日銘科技有限公司