专利名称：软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密超精密加工领域，尤其是一种半固着磨粒磨具。
技术背景磨粒加工是目前精密超精密加工的主要手段。磨粒加工又可大致 分为游离磨粒加工(包括研磨和抛光)和固着磨粒加工(如超精密磨 削)两类。固着磨粒加工具有高材料去除效率的特点，其加工精度曰 益逼近游离磨粒加工，但要求使用价格高昂的高精度、高刚性设备， 且由于强制进给引起的加工变质层较深，严重影响了产品的使用性能 和寿命。所以，目前精密超精密加工仍以游离磨粒加工为主流。游离 磨粒加工对设备精度要求不高，加工精度高、加工变质层浅甚至没有。 但游离磨粒加工材料去除速率低，且加工质量和一致性对加工环境的 洁净度十分敏感， 一旦硬质大颗粒侵入加工区域，即在被加工材料表 面产生深划痕，致使返工率和废品率增加，限制了加工效率的提高。 发明内容为了克服现有的磨粒加工方法无法兼顾加工精度和加工效率的不 足，本发明提供一种在保证高加工精度的同时获得较高的加工效率， 实现高效的精密超精密加工的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之间 以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒70% 94%，结合剂6% 30%，其中的磨粒由至少两种不同硬度的磨
粒组成。作为优选的一种方案所述的磨粒的粒径范围为0.01 30微米。作为优选的另一种方案:所述的磨粒由两个硬度等级的磨粒组成， 两种磨粒的重量比例范围为9: 1 1: 9。进一步，所述的磨粒由三个硬度等级的磨粒组成。当然，也可以 由四种、五种或更多种磨粒组成。所述的磨粒包括硬磨粒和软磨粒，所述的硬磨粒可为以下之一 ①氧化铝、②金刚石、③刚玉、 金刚砂、⑤石榴石、(D碳化硅、⑦所述的软磨粒可为以下之一①氧化铁、②氧化铬、③氧化铈、 @氧化锆、⑤氧化钛、⑥氧化硅、⑦氧化镁。所述的结合剂包括胶粘剂和添加剂，其中各个组分占整个磨具的 质量百分比为胶粘剂1% 15%，添加剂5% 15%。所述的胶粘剂可为以下一种或几种混合①淀粉类胶粘剂、②植物胶类胶粘剂、③天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、(D半合成物类胶粘剂、⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。所述的添加剂可为以下一种或几种混合①防水剂、②填充剂、③消泡剂。本发明的技术构思为由磨粒、胶粘剂和添加剂等组成的半固着 磨粒磨具中，磨粒通过结合剂以半固着的方式粘结在一起，粘结强度 介于游离与固着之间。在半固着磨粒加工过程中，较高的粘结强度与 良好的自锐性使半固着磨粒磨具能长时间保持较高的材料去除能力。 又由于半固着磨粒磨具对硬质大颗粒具有的"陷阱"效应——侵入加
工区域的硬质大颗粒陷入磨具表层且所分担载荷与磨粒相同，可有效 缓解甚至消除硬质大颗粒对工件造成的损伤，保证了加工质量和一致 性，降低返工率及废品率，从而在保证高加工精度的同时获得较高的 加工效率。由于磨具中磨粒是处于半固着状态的，因此磨具转速相对游离研磨有了很大的提高，直径300mm的半固着磨粒磨具转速最高可以达 到350rpm，材料去除效率大幅提高。同时由于处于半固着状态的磨粒 对硬质大颗粒具有"陷阱"效应，可有效防止大颗粒产生的表面损伤， 有利于高加工精度的获得。软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具由磨粒、胶粘剂和添加剂等组成。 磨粒包含多个种类， 一般是两种不同硬度等级的磨粒。硬磨粒在加工 过程中主要起研磨作用，快速去除被加工材料；软磨粒在加工过程中 主要起抛光作用，对硬磨粒产生的裂纹、划痕等缺陷进行修复，提高 加工精度。软硬磨粒的相互结合有助于进一步提高半固着磨粒加工的 精度与效率。所述软硬磨粒混合的的半固着磨粒磨具中的磨粒之间以半固着方 式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒70% 94%， 结合剂6% 30%。其中的磨粒由至少两个硬度等级的磨粒组成。所述 的硬磨粒可为以下之一①氧化铝、②金刚石、③刚玉、 金刚砂、 ⑤石榴石、 碳化硅、⑦碳化硼。所述的软磨粒可为以下之一①氧化铁、②氧化铬、③氧化铈、④氧化锆、⑤氧化钛、⑥氧化硅、⑦氧化镁。所使用的磨粒的粒径大约是30um以下的，合适的粒径范围是 0.01 30um。添加剂起防水、消泡作用。软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具的制造过程包括配料、搅拌、浇
注、消泡、烘干固化、脱模等步骤。本发明的有益效果为1、保证高加工精度的同时获得较高的加工 效率，实现高效的精密超精密加工；2、在保证磨具中磨粒半固着特征 的条件下，进一步提高加工效率和表面质量。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。一种软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之间 以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒70% 94%，结合剂剂6% 30%，其中的磨粒由至少两个硬度等级的 磨粒组成。所述的磨粒的粒径范围为0.01 30微米。所述的磨粒由两个硬度等级的磨粒组成也可，两种磨粒的重量比例范围为9: 1 1: 9。所述的磨粒由三个硬度等级的磨粒组成。当然，也可以由四种、五种或多 种磨粒组成。所述的硬磨粒可为以下之一①氧化铝、②金刚石、③刚玉、④ 金刚砂、(D石榴石、(D碳化硅、⑦碳化硼。所述的软磨粒可为以下之一①氧化铁、②氧化铬、③氧化钸、 ④氧化锆、 氧化钛、⑥氧化硅、⑦氧化镁。所述结合剂可为胶粘剂1% 15%，添加剂5% 15%。所述的胶粘剂可为以下一种或几种混合①淀粉类胶粘剂、②植物胶类胶粘剂、 ③天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、⑤半合成物类胶粘剂、 ⑥合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。所述的磨具添加剂可为以下一 种或几种混合①防水剂、②填充剂、③消泡剂。所述的防水剂可为 硅油、硅乳胶(二甲基甲硅垸)、甲基二烯聚硅氧烷或石蜡，其质量百
分比为3% 8%。所述的消泡剂可为辛醇、磷酸三丁脂类消泡剂，其 质量百分比为0 1%。所述的填充剂可为石墨、铜粉、铝粉或其混合 物，其质量百分比为0 8%。软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具的制造方法，包括以下步骤(1) 将磨粒、胶粘剂、添加剂混合，各自的质量百分比为磨粒70% 94%，胶粘剂1% 15%，添加剂5% 15%，搅拌均匀，过筛并 加水混合；(2) 将混合料倒入模具内，浇注成型；(3) 将浇注好的磨具进行消除气泡处理；(4) 消除气泡后，将磨具放入烘箱内烘干固化，脱模后制得半固着磨粒磨具。所述的(4)中，烘箱内30 卯。C温度下烘烤24 96小时。 实施例1本实施例的磨粒为3000#碳化硅和氧化硅磨粒；胶粘剂为植物胶 类胶粘剂，如藻酸钠、半乳糖体、阿拉伯树胶；添加剂为硅油防水剂 和铝粉填充剂；各个组分的质量百分比为磨具质量共重2.5千克， 碳化硅和氧化硅磨粒共占总质量的75%，比例为碳化硅氧化硅=7: 3，植物类胶粘剂9%，硅油防水剂8%，铝粉填充剂7%。实施例2本实施例的磨粒为1000#碳化硼和氧化钛磨粒；胶粘剂为淀粉类 胶粘剂，如马铃薯淀粉、玉米淀粉；添加剂为硅乳胶防水剂和磷酸三 丁脂类消泡剂；各个组分的质量百分比为磨具质量共重2千克，碳 化硼和氧化钛磨粒共占总质量的87%，比例为碳化硼氧化钛=9: 1， 淀粉类胶粘剂7.8%，硅乳胶防水剂5%，磷酸三丁脂类消泡剂0.2%。
实施例3本实施例的磨粒为600#碳化硼和氧化铬磨粒；胶粘剂为天然高分子类胶粘剂，如明胶、酪蛋白；添加剂为硅油防水剂和石墨填充剂； 各个组分的质量百分比为磨具质量共重1.8千克，碳化硼和氧化铬 磨粒共占总质量的90.5%，比例为碳化硼氧化铬=3: 7，天然高分子 类胶粘剂3%，石墨填充剂3%，石蜡防水剂3%，辛醇消泡剂0.5%。 实施例4本实施例的磨粒为1000#金刚砂和氧化铁磨粒；胶粘剂为纤维素类胶粘剂，如甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧基乙二胺; 添加剂为甲基二烯聚硅氧烷防水剂和磷酸三丁脂类消泡剂；各个组分 的质量百分比为磨具质量共重2.5千克，金刚砂和氧化铁磨粒共占 总质量的85%，比例为金刚砂氧化铁=2: 8，纤维素类胶粘剂10.5%， 甲基二烯聚硅氧烷防水剂4%，磷酸三丁脂类消泡剂0.5%。本实施例的磨粒为2000#石榴石和氧化镁磨粒；胶粘剂为半合成 物类胶粘剂，如可溶性淀粉、糊精；添加剂为硅乳胶防水剂，石墨填 充剂和辛醇消泡剂；各个组分的质量百分比为磨具质量共重1.5千 克，石榴石和氧化镁磨粒共占总质量的78%，比例为石榴石氧化镁 =3: 7，半合成物类胶粘剂13%，硅乳胶防水剂3%，石墨填充剂5%， 辛醇消泡剂1%。实施例6本实施例的磨粒为4000#碳化硼和氧化锆磨粒；胶粘剂为合成物 类胶粘剂，如聚乙烯醇、丙烯酸钠、聚环氧乙烷；添加剂为铜粉填充 剂和磷酸三丁脂消泡剂；各个组分的质量百分比为磨具质量共重2
千克，碳化硼和氧化锆磨粒共占总质量的82%，比例为碳化硼氧化锆=5: 5，合成物类胶粘剂6.6%，铜粉填充剂5%，磷酸三丁脂类消泡 剂0.4%。实施例7本实施例的磨粒为800#碳化硅和氧化铬磨粒；胶粘剂为树脂类胶粘剂，如醋酸树脂、酚醛树脂；添加剂为硅乳胶防水剂；各个组分的 质量百分比为磨具质量共重2.5千克，碳化硅和氧化铬磨粒共占总 质量的94%，比例为碳化硅氧化铬=8: 2，树脂类胶粘剂1%，硅乳胶防水剂50/。。本实施例的磨粒为2000#碳化硅、氧化铝和氧化铁磨粒；胶粘剂 为合成物类胶粘剂；添加剂分为填充剂、防水剂和消泡剂，填充剂为 石墨，防水剂为硅乳胶，消泡剂为辛醇；各个组分的质量百分比为 磨具质量共重2千克，碳化硅、氧化铝和氧化铁磨粒共占总质量的82%，比例碳化硅氧化铝氧化铁#=5: 3: 2，合成物类胶粘剂11%，石墨填充剂2.8%，硅乳胶防水剂4%，辛醇消泡剂0.2%。
权利要求
1、一种软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于所述的磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由至少两种不同硬度的磨粒组成。
2、 如权利要求1所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒的粒径范围为0.01 30微米。
3、 如权利要求1或2所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒包括硬磨粒和软磨粒，所述硬磨粒为以下之一① 氧化铝、②金刚石、③刚玉、④金刚砂、⑤石榴石、⑥碳化硅、⑦碳
4、 如权利要求3所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于 所述软磨粒为以下之一①氧化铁、②氧化铬、③氧化铈、④氧化锆、 (D氧化钛、⑥氧化硅、⑦氧化镁。
5、 如权利要求1或2所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒由两个硬度等级的磨粒组成，两种磨粒的重量比例 范围为9: 1 1: 9。
6、 如权利要求4所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于 所述的磨粒由两个硬度等级的磨粒组成，两种磨粒的重量比例范围为 9: 1 1: 9。
7、 如权利要求1或2所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于所述的结合剂包括胶粘剂和添加剂，其中各个组分占整个磨具 的质量百分比为胶粘剂1% 15%，添加剂5% 15%。
8、 如权利要求7所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于: 所述的胶粘剂为以下一种或几种混合①淀粉类胶粘剂、②植物胶类 胶粘剂、(D天然高分子类胶粘剂、④纤维素类胶粘剂、(D半合成物类 胶粘剂、(D合成物类胶粘剂、⑦树脂类胶粘剂。
9、 如权利要求7所述的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，其特征在于 所述的添加剂为以下一种或几种混合①防水剂、②填充剂、③消泡 剂。
全文摘要
一种软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之间以半固着方式粘结，所述的磨具中的各个组分的质量百分比为磨粒70％～94％，结合剂6％～30％，其中的磨粒由至少两个硬度等级的磨粒组成。本发明提供一种在保证高加工精度的同时获得较高的加工效率，实现高效的精密超精密加工的软硬磨粒混合的半固着磨粒磨具。
文档编号B24D3/00GK101148035SQ200710156519
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者俞冬强, 吕冰海, 勇 戴, 翊 杨, 王志伟, 袁巨龙, 陈美伟, 黎 陶 申请人:浙江工业大学;湖南大学