專利名稱：一種竹陶瓷砂輪及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密與超精密加工領(lǐng)域，涉及一種竹陶瓷砂輪及其制
備方法和應(yīng)用，尤其是在ELID平面磨削加工中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在線電解修整(ELID， Electrolysis In-process Dressing)磨削可
實(shí)現(xiàn)硬脆材料高效率、超精密表面加工，已成為今后超精密磨削加工 的主要手段與研究方向之一。隨著新型材料與精密器件的不斷開(kāi)發(fā)出 現(xiàn)，對(duì)于加工表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高。
現(xiàn)有ELID磨削主要采用鑄鐵基結(jié)合劑金剛石或CBN砂輪，依靠 鑄鐵結(jié)合劑材料經(jīng)過(guò)電解在砂輪表面形成氧化膜，使金剛石磨粒露出 砂輪表面，產(chǎn)生在線電解修銳的效果。這種方法尚存在以下問(wèn)題
1) 鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪制造需要特殊的燒制工藝與設(shè)備，以 及在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高達(dá)110(TC的燒結(jié)爐內(nèi)高壓燒結(jié)，成本昂貴，制作 大型砂輪異常困難。
2) 鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪剛性較高，加工過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊 易造成工件表面的損傷，對(duì)于加工設(shè)備與工藝有較高要求。
3) 鑄鐵氧化膜形成需要較大的電解電流及較長(zhǎng)的預(yù)電解時(shí)間， 需要較大功率的電解電源，以及較長(zhǎng)的預(yù)電解時(shí)間。
4) 對(duì)于單晶硅、鈮酸鋰等功能材料的超光滑表面加工，要求加 工表面具有極高的表面完整性及潔凈度，ELID磨削過(guò)程中工件加工 表面有受到砂輪中的鐵、鉬等金屬元素污染的可能性。
因此，有必要開(kāi)發(fā)一種新型環(huán)保的ELID磨削用砂輪，結(jié)合ELID磨削技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種制作更容易、使用更方便、加工表面質(zhì)量更優(yōu) 良的超精密加工方法與技術(shù)，為超精密加工技術(shù)的研究與發(fā)展提供一 個(gè)新的方向與途徑。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有ELID磨削主要采用的鑄鐵基結(jié)合劑金剛石或 CBN砂輪存在的制作困難、'成本昂貴、對(duì)加工設(shè)備和工藝要求高、 并且對(duì)于功能材料的潔凈表面加工容易造成污染等諸多問(wèn)題，本發(fā)明 提供了一種新型環(huán)保、制備容易、使用方便的竹陶瓷砂輪(Bamboo Charcoal Bond砂輪，簡(jiǎn)稱BCB砂輪)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種竹陶瓷砂輪(BCB砂輪)，是由下列原料經(jīng)混合、裝模、熱 壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質(zhì)量配比組 成為酚醛樹(shù)脂20 30%、磨粒20 30%、竹炭粉40 60°/。。
本發(fā)明所述的磨粒為可以導(dǎo)電的磨粒，如氧化鋁磨粒、金剛石等。 所述的酚醛樹(shù)脂作為結(jié)合劑，所述的竹炭粉可增強(qiáng)導(dǎo)電性。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要(比如砂輪是用于精磨還是粗磨等)來(lái)控制 磨粒的粒度。本發(fā)明中磨粒直徑一般在lum 0.5mm，樹(shù)脂和竹炭粉 的直徑都要比所選的磨粒直徑小。
本發(fā)明還提供了 一種竹陶瓷砂輪的制備方法，包括如下步驟-
(1) 原料混合將酚醛樹(shù)脂、磨粒、竹炭粉稱重后按質(zhì)量配比投 料，攪拌混合均勻制成混合料；
(2) 裝模、熱壓成型、脫模將步驟(1)制得的混合料裝模、 熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪；
5(3) 高溫炭化將步驟(2)制得的毛坯砂輪置于馬弗爐中，常
壓下加熱至500 90(TC，保持2 2.5h，冷卻即得到竹陶瓷砂輪。
(4) 砂輪檢測(cè)動(dòng)平衡測(cè)試，外圓修正。
本發(fā)明所述的磨粒為可以導(dǎo)電的磨粒，如氧化鋁磨粒、金剛石等。 所述的酚醛樹(shù)脂作為結(jié)合劑，所述的竹炭粉可增強(qiáng)導(dǎo)電性。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要(比如砂輪是用于精磨還是粗磨等)來(lái)控制
磨粒的粒度。本發(fā)明中磨粒直徑一般在lu 0.5mm，樹(shù)脂和竹炭粉的 直徑都要比所選的磨粒直徑小。進(jìn)一步，本發(fā)明步驟(2)所述的熱 壓成型可釆用常規(guī)工藝條件，具體推薦歩驟(2)所述的熱壓成型條 件為從室溫加熱到100 12(TC保持10 20min，加壓力20 25MPa; 然后將溫度加熱到240 26(TC保持40 60min，加壓力40 45MPa。
步驟(3)中，優(yōu)選以10°C/min的平均升溫速度加熱至500 900°C， 最優(yōu)選加熱至90(TC進(jìn)行炭化反應(yīng)。
本發(fā)明所述的竹陶瓷砂輪用于ELID磨削，可使得加工表面質(zhì)量 更優(yōu)良。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
a) 本發(fā)明在原料中引入了竹炭，竹炭資源豐富且環(huán)保，并且由 于竹炭具有微孔結(jié)構(gòu)，有助于磨削。本發(fā)明制得的竹陶瓷砂輪加工表 面具有極髙的表面完整性及潔凈度、加工效率高、可以加工粘性、軟 性等難加工材料，為磨削加工開(kāi)辟了新途徑，環(huán)保無(wú)污染。
b) 本發(fā)明所述的竹陶瓷砂輪采用生活中常見(jiàn)的竹炭作為原材料， 制造簡(jiǎn)單，不需要氮?dú)獗Ｗo(hù)下高達(dá)IIO(TC的燒結(jié)爐內(nèi)高壓燒結(jié)、制 造成本低。
圖1為本發(fā)明采用的熱壓成型工藝流程；
圖2為本發(fā)明制得的竹陶瓷砂輪的內(nèi)部成分結(jié)構(gòu)，其中①為磨 粒，②為竹炭，③為結(jié)合劑，④為氣孔；
圖3為本發(fā)明制得的竹陶瓷砂輪的SEM照片；
圖4為酚醛樹(shù)脂、磨粒、竹炭粉按質(zhì)量比例20%: 20%: 60%; 在不同溫度下炭化得到的竹陶瓷砂輪的X射線衍^f分析結(jié)果對(duì)比圖5為本發(fā)明采用的ELID磨削加工系統(tǒng)，其中1為砂輪，2為 電刷，3為工件，4為工作臺(tái)，5為噴嘴，6為電極，7為磨削液，8 為電源。
具體實(shí)施例
下面以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明 的保護(hù)范圍不限于此 實(shí)施例1
酚醛樹(shù)脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#) 三種材料分別稱重后按質(zhì)量比例20%: 20%: 60%用攪拌機(jī)攪拌10分 鐘，混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱 壓機(jī)中，從室溫加熱至Ul2(TC保持10min，加壓力20MPa，溫度加熱到 24(TC保持42min，加壓力40KiPa。取出模具使其冷卻到室溫，開(kāi)模取 出毛胚砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min 的平均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，即得到竹陶 瓷砂輪l，其性能如表l所示。實(shí)施例2
酚醛樹(shù)脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#)三 種材料分別稱重后按質(zhì)量比例25%: 20%: 55%用攪拌機(jī)攪拌10分鐘， 混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱壓機(jī) 中，從室溫加熱到12(TC保持20min，加壓力10MPa，溫度加熱至U24(TC 保持40min，加壓力42MPa。取出模具使其冷卻到室溫，開(kāi)模取出毛 胚砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min的 平均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，其性能如表l 所示。
實(shí)施例3
酚醛樹(shù)脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#)三 種材料分別稱重后按質(zhì)量比例30%: 20%: 50%用攪拌機(jī)攪拌10分鐘， 混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱壓機(jī) 中，從室溫加熱到120"C保持10min，加壓力20MPa，溫度加熱到24(TC 保持42min,加壓力40MPa。取出模具使其冷卻到室^_，開(kāi)模取出毛胚 砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min的平 均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，即得到竹陶瓷砂 輪3，其性能如表l所示。
實(shí)施例4
改變高溫炭化溫度，在常溫下分別以l(TC/min的平均升溫速度加 熱至50(TC、 75(TC，其他條件同實(shí)施例l。所制得的竹陶瓷砂輪的X 衍射圖譜如圖4所示。表1 竹陶瓷砂輪的性能測(cè)試結(jié)果
實(shí)施例l實(shí)施例2實(shí)施例3
洛氏硬度/HRB6181卯
抗壓強(qiáng)度/MPa52.0767.3498.91
質(zhì)量磨損量/g0.40.250.2
質(zhì)量磨損試驗(yàn)條件在磨損試驗(yàn)機(jī)上，工作條件壓力500N，轉(zhuǎn)速80r/min
實(shí)施例5:竹陶瓷砂輪和CBN鑄鐵結(jié)合劑砂輪磨削不銹鋼結(jié)果對(duì)比
試驗(yàn)條件新型BCB砂輪(實(shí)施例1)和市售CBN鑄鐵結(jié)合劑 砂輪(鄭州砂輪廠生產(chǎn)，磨粒4000#)磨削加工試驗(yàn)是在由ELID磨 削專用高頻脈沖電源、搭載ELID磨削系統(tǒng)的MM7120A型臥軸矩臺(tái) 精密平面磨床(在原先平面磨床上安裝了ELID系統(tǒng)，用于在線電解 磨削加工，ELID系統(tǒng)是在1987年由日本理化學(xué)研究所大森整博士開(kāi) 發(fā)出了在線電解修整砂輪磨削技術(shù))以及磨削液(上海光鏵科技有限 公司生產(chǎn)的GH-8002磨削液)組成的加工系統(tǒng)，如圖5所示。
磨削加工實(shí)驗(yàn)中新型BCB砂輪進(jìn)給深度5 u m， CBN鑄鐵結(jié)合 劑砂輪進(jìn)給深度lPm，其他加工條件相同下，加工SUS304不銹鋼 進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，加工實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
表2 加工實(shí)驗(yàn)參數(shù)
磨削設(shè)備磨削參數(shù)電解參數(shù)工件材料
搭載ELID磨削系統(tǒng)的 MM7120型 平面磨床主軸轉(zhuǎn)速 1500r/min電壓 120VSUS304 不銹鋼
9ELID 磨削專用高頻 直流脈沖電源橫向進(jìn)給速度 lmm/行禾呈電流 1.0-8A
磨削液工作臺(tái)速度 0.05m/s脈沖寬度/間隔2/2um
新型BCB砂輪總切深占空比
CBN鑄鐵結(jié)合劑砂輪lmm1/2
表3竹陶瓷砂輪及CBN鑄鐵結(jié)合劑砂輪粗糙度
粗糙度Ra ( n m)砂輪磨削深度Om)
BCB砂輪O扁5
CBN鑄鐵結(jié)合 齊U砂輪0.0401
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，竹陶瓷砂輪比鑄鐵結(jié)合劑CBN砂輪加 工表面質(zhì)量好(粗糙度值，低)，加工效率高(砂輪磨削深度較大)。
權(quán)利要求
1、一種竹陶瓷砂輪，是由下列原料經(jīng)混合、裝模、熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質(zhì)量配比組成為酚醛樹(shù)脂20％～30％、磨粒20～30％、竹炭粉40％～60％。
2、 如權(quán)利要求1所述的竹陶瓷砂輪，其特征在于所述的酚醛樹(shù) 脂、磨粒、竹炭粉按質(zhì)量配比為20 30%: 20%: 50% 60%。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的竹陶瓷砂輪，其特征在于所述的磨 粒為氧化鋁磨?；蚪饎偸チ?。
4、 一種如權(quán)利要求1所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于所述制備方法包括如下步驟(1) 將酚醛樹(shù)脂、磨粒、竹炭粉按質(zhì)量配比20 30%: 20 30%: 50% 60%投料，攪拌混合均勻制成混合料；(2) 將步驟(1)制得的混合料裝模、熱壓成型、脫模，得到毛 坯砂輪；(3) 將步驟(2)制得的毛坯砂輪置于馬弗爐中，常壓下加熱至 500 900°C，保持2 2.5h，冷卻即得到竹陶瓷砂輪。
5、 如權(quán)利要求4所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在于所 述的酚醛樹(shù)脂、磨粒、竹炭粉按質(zhì)量配比為20 30%: 20%: 50%~60%。
6、 如權(quán)利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于所述的磨粒為氧化鋁磨?；蚪饎偸チ?。
7、 如權(quán)利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于步驟(2)所述的熱壓成型條件為從室溫加熱到100 12(TC保持 10 20min，加壓力20 25MPa;然后將溫度加熱到240 260"C保持 40 60min，力口壓力40 45MPa。
8、 如權(quán)利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在于步驟(3)中以1(TC/min的平均升溫速度加熱至500 90(TC。
9、 如權(quán)利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于步驟(3)中加熱至900。C。
10、 如權(quán)利要求1所述的竹陶瓷砂輪在ELID磨削中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種竹陶瓷砂輪及其制備方法和應(yīng)用，所述竹陶瓷砂輪是由下列原料經(jīng)混合、裝模、熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質(zhì)量配比組成為酚醛樹(shù)脂20％～30％、磨粒20～30％、竹炭粉40％～60％。本發(fā)明所述的竹陶瓷砂輪用于ELID磨削，可使得加工表面質(zhì)量更優(yōu)良。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在原料中引入了竹炭，竹炭資源豐富且環(huán)保，并且由于竹炭具有微孔結(jié)構(gòu)，有助于磨削。本發(fā)明砂輪制備簡(jiǎn)單，制得的竹陶瓷砂輪加工表面具有極高的表面完整性及潔凈度、加工效率高、可以加工粘性、軟性等難加工材料，為磨削加工開(kāi)辟了新途徑，環(huán)保無(wú)污染。
文檔編號(hào)B24D3/34GK101590626SQ200910100229
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者于天明, 宋志陽(yáng), 偉 李, 耿寶功 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)