一种超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮及其制备方法；先机械加工方式制出砂轮基体；对砂轮基体进行超声清洗干燥处理；对旋转的砂轮基体进行绝缘层涂覆；对砂轮基体激光盲孔加工，激光对砂轮基体的绝缘层进行相同或者不同几何形状，以及相同或者不同排布方式的绝缘层去除加工；激光加工完成之后，对砂轮基体进行超声清洗，随后放置电镀溶液里面进行超细磨粒电镀，电镀液里的磨粒为CBN或金刚石；在电镀过程中，砂轮基体外圆周面被去除绝缘层的部位，形成相同或者不同几何形状，以及相同或者不同排布方式的超细磨粒簇的有序排布。本发明专利技术有利于增加容屑空间，有效减轻磨削过程中的震动，确保砂轮磨粒分布密度，提高砂轮磨削质量。质量。质量。

【技术实现步骤摘要】
一种超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮及其制备方法


[0001]本专利技术涉及砂轮磨具制备工艺，尤其涉及一种超细磨粒簇有序排布的电 镀砂轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的超硬磨粒砂轮表面的磨粒多呈随机无序排布状态，使得磨削时法 向力与切向力的比值波动大，磨削比能和磨削温度高。在磨粒密集区，大量 冗余磨粒不能有效利用而增加了砂轮制造成本，同时还严重干扰有效磨粒的 工作，容易堵塞和阻碍磨屑的去除，导致磨削效率降低；在磨粒稀疏区，由 于单个磨粒承载的工作负载大，冲击力大，磨粒容易破碎和脱落，导致磨具 使用寿命降低。
[0003]虽然常在磨具制备中加入充分混料和造粒工艺，但不能从根本上解决问 题。近年来国内外在磨粒有序排布方面做了很多工作尝试，大量实验表明， 如果人为有序的控制磨粒在胎体中的位置，使之根据不同磨削条件和材料下 进行磨削，能极大改善工具性能，延长寿命，提高磨削表面质量，且减少磨 粒用量，节能高效。
[0004]公开号为CN103465187A的专利“微结构化大磨粒金刚石砂轮的制造方 法”使用激光束对砂轮表面单层金刚石进行去除加工，通过控制加工轨迹从 而在金刚石砂轮表面形成微沟槽结构，实现织构化砂轮。虽然加工出的微沟 槽有利于磨削液进入磨削区，提高了砂轮的排屑和冷却性能，但是由于砂轮 是非均匀的多元复合体，采用激光对金刚石直接进行微结构加工，其被烧蚀 的对象包括金刚石磨粒和结合剂等，而这两种材料的激光加工性能差异极大， 导致微沟槽加工的结构和尺寸一致性差。同时，该方法针对的是90～500微 米的大磨粒砂轮，无法实现在超细磨粒的砂轮上加工出有序微槽结构。
[0005]公开号为CN109773671A的专利“一种有序微槽结构多层超硬磨粒电镀 砂轮”先在砂轮基体上涂覆聚乙烯醇胶水，然后利用激光在出数百微米间距 的直线型、斜线型或螺旋形的微沟槽，再将聚乙烯填充至微沟槽内，并溶解 掉基体表层的聚乙烯醇胶水，最后在基体砂轮上进行电镀磨粒，从而形成磨 粒与微沟槽的有序排布。通过此方法制备出的砂轮增加了砂轮的容屑空间， 提高砂轮的排屑能力。但是实现的微沟槽形状单一，无法形成任意几何形状 的有序微结构磨粒簇，并且较难实现几十微米的微结构间距。同时，缺乏砂 轮的修整，磨粒的出刃高度不一致，使得磨削时实际参与磨削的数量减少， 导致砂轮的磨削质量和磨削效率降低。
[0006]此外，人们还使用激光钎焊法、孔模板排布法、网筛排布法、隔板排布 法及静电排布法等，进行砂轮磨粒的有序排布。但是这些方法工艺流程复杂， 同时针对的都是较大颗粒的磨粒，无法实现超细磨粒及超小间距磨粒簇的有 序排布。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种超细磨粒 簇有序排布的电镀砂轮及其制备方法。本专利技术制备工艺，以增加砂轮容屑空间， 降低磨削温度，延
长砂轮使用寿命，提高砂轮的磨削效率，改善加工表面质量。
[0008]本专利技术的电镀砂轮，砂轮基体外表面分布着有序排布的超细磨粒簇的电镀 层，磨粒簇之间分布着几十微米超小间距的电镀绝缘层，在砂轮的基体外表面呈 现出超细磨粒簇和绝缘层的有序排布。
[0009]本专利技术制备工艺，得出磨粒簇排布的最优参数。通过砂轮的修整确保磨粒簇 的出刃高度尽可能的保持一致，显著提高砂轮磨削性能。
[0010]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0011](1)砂轮基体及电镀绝缘层的涂覆
[0012]为了实现超细磨粒簇有序排布电镀砂轮的制备，首先采用机加工的方法 制造出电镀砂轮的基体，保证砂轮基体圆跳动为0.01～0.05mm；随后对砂轮 基体的外圆周面进行超声去油清洗和干燥处理；最后绝缘层自动喷嘴对砂轮 基体进行多角度的均匀涂覆，并进行烘干处理，在基体表面形成电镀绝缘层。
[0013]所述砂轮基体材质为高强度合金钢，直径为30～100mm，厚度为3～ 50mm。
[0014]所述超细磨粒为CBN或金刚石，磨粒大小为40um。
[0015]所述电镀绝缘层在电镀过程中能抗电镀液的腐蚀，并有很好的绝缘性能。
[0016]所述的电镀绝缘层涂覆工艺步骤如下：
[0017]1、将砂轮基体固定在旋转轴上，旋转速度v1为20～30r/min；
[0018]2、对旋转的砂轮基体进行绝缘层的均匀涂覆，涂覆3～4层，总厚度为 5um～10um。
[0019]3、将涂覆绝缘层的砂轮基体在80～120℃的环境下，进行1～1.5h烘干 处理。
[0020](2)基体的激光加工及超细磨粒簇的优化排布
[0021]本专利技术所设计的超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮，可以通过调整砂轮基 体的旋转速度v2和激光器的移动速度v3，激光对砂轮基体的电镀绝缘层进行 不同几何形状以及不同排布方式的去除加工；激光加工完成之后，对砂轮基 体进行超声清洗，随后放置电镀溶液里进行超细磨粒的电镀。在电镀过程中， 砂轮基体外圆周面被去除的绝缘层位置形成不同几何形状(盲孔)及不同排 布方式的超细磨粒簇的有序排布。
[0022]激光加工(盲孔)深度为去除电镀绝缘层直至基体表面下方1～2um。
[0023]激光可采用纳秒激光，可精确控制去除的绝缘层的排布形状和尺寸大小， 以及精确控制十几至几十微米的排布间距，从而在电镀过程中形成精确可控 的超细磨粒簇的有序排布。激光加工参数为：激光波长为532～1064nm，脉 宽为50～100ns，焦斑直径为10～50um，脉冲重复频率为50～100kHz，单脉 冲能量为1～3mJ。
[0024]磨粒簇的几何形状和排布方式可以有多种形式，包括单列倾斜排布和不 同形状的磨粒簇的有序排布。对于单列磨粒的倾斜排布，磨粒是整齐紧密排 布在一条线上的，而每一列中磨粒之间的间距、磨粒带和轴向方向的夹角以 及磨粒带之间的间距是重要的排布参数；对于磨粒簇的排布，其中磨粒簇的 尺寸、磨粒簇的形状、排布的间距和倾斜角度是磨粒簇优化排布的重要参数。
[0025]磨粒带和磨粒簇的排布参数的优化需要考虑到表面粗糙度、磨削力和磨 削后残余应力等多方面的影响。通过磨削运动学的分析，显示磨粒带和磨粒 簇的排布角度增大会引起磨粒的磨削路径的重叠量增大，导致未变形切屑厚 度的减小，从而使更多的磨粒从切削的材料去除方式转变为犁耕和划擦。进 一步地，通过磨削力和应力场解析法的计算，表
明随着切屑厚度减小的过程 中，总磨削力和总的残余应力场强度会先减小后增加，因此，当排布角度在 60～70
°
左右时，砂轮的综合性能最佳，这也是本专利技术设定60～70
°
的原因。
[0026]除此以外，排布的间距增大会导致磨粒的密度降低、磨粒的未变形切屑 厚度增加，但是在确定了磨削参数后(磨削厚度、磨削进给和砂轮转速)，适 当地增大磨粒间距能有效改善磨削性能，降低磨削力和温度，提高参与磨削 的磨粒的占比。因此，排布的间距也存在一定的最优值，对于单列磨粒排布 而言，本专利技术设定这一间距应该约为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：先机械加工方式制出砂轮基体，砂轮基体圆跳动为0.01～0.05mm；加工完成后，并对砂轮基体进行超声去油清洗及干燥处理；步骤二：将砂轮基体固定在旋转轴上，旋转速度V1为20～30r/min；对旋转的砂轮基体进行绝缘层的均匀涂覆；完成绝缘层均匀涂覆后的砂轮基体，置于80～120℃的环境下，进行1～1.5h烘干处理；步骤三：完成步骤二后，接着对砂轮基体激光盲孔加工，具体是：设定砂轮基体旋转速度和激光器移动速度，激光对砂轮基体的绝缘层进行相同或者不同几何形状，以及相同或者不同排布方式的去除加工；激光加工完成之后，对砂轮基体进行超声清洗，随后放置电镀溶液里面进行超细磨粒电镀，电镀液里的磨粒为CBN或金刚石；电镀过程中，在砂轮基体外圆周面被去除绝缘层的部位，形成相同或者不同几何形状，以及相同或者不同排布方式的超细磨粒簇的有序排布；直至完成砂轮磨粒电镀。2.根据权利要求1所述超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮制备方法，其特征在于，步骤三中，砂轮基体激光盲孔加工中，激光加工盲孔的深度为去除绝缘层直至砂轮基体表面下方1～2um。3.根据权利要求2所述超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮制备方法，其特征在于，步骤三激光盲孔加工中，磨粒簇排布角度在60～70
°
，间距为磨粒簇直径的2～3倍。4.根据权利要求3所述超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮制备方法，其特征在于，步骤三激光盲孔加工中，盲孔的形状为三角形、矩形、多边形或者圆形。5.根据权利要求4所述超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮制...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯俊元，岳帅朋，万珍平，唐鹏，卜颖滨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：