一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法。所述砂轮的制备方法的步骤为：S1，按质量百分比为取40%—70%的镀镍金刚石，取3%—18%的填料，取12%—57%的树脂结合剂，将三者混合形成混合料；S2，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场保持至少10分钟；S3，在常温下沿与磁力线垂直的方向施加1MP—30MP的压力，保持压力至少5分钟；S4，去除磁场，置于160℃-—230℃恒温箱内加热至少30分钟；S5，取出模具，再次施加1MP—30MP的压力，保持压力至少1分钟；S6，重新置于160℃-—230℃恒温箱中继续加热至少2小时后冷却后脱模得到砂轮。本发明的砂轮具有镀镍金刚石沿磁力线规则排布，并且耐磨性好、磨削加工表面质量好等特点。
【专利说明】
一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法，属于磨料、磨 具制备及领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着光学、电子、信息、航空航天技术的飞速发展，高集成、高性能、高精度 的光学系统对以碳化钨、碳化硅、光学玻璃等硬脆材料为代表的非球面光学元件的要求越 来越严格，对硬脆难加工材料的超精密加工技术提出了更高的要求。硬脆材料的微小非球 面透镜及光学模具的高精度的微小非球面光学元件既要具备纳米级的表面粗糙度，又要有 极高的形状精度。
[0003] 传统的砂轮中，发现用树脂砂轮进行加工，工件表面粗糙度较好，而面型精度较 差；用陶瓷砂轮进行加工，工件面型精度较好而表面粗糙度较差，并且由于微粉砂轮粒度 细，易出现磨粒团聚，且磨粒随机分布、不规则，导致被磨削表面粗糙度不均匀，有时出现过 度磨削、烧结、亚表面烧伤，造成后续还需要较长时间的抛光，由于小口径非球面空间狭小， 面型复杂，很难实现自动化，对工人素质与经验有很高的要求。所以通过微粉砂轮直接磨削 出高面型精度、低表面粗糙度的表面能有效降低后续的抛光时间，或者根本不需要后续的 抛光，这样就能大大降低加工成本。
[0004] 因此，研究和开发新的微粉砂轮，不仅对非球面模具加工技术提高，加工成本的降 低有重要意义，而且对提高我国超精密磨削加工技术有重要意义。
[0005] 现有利用磁性磨粒辅助加工技术主要是采用游离磁性磨粒利用外加磁场作为驱 动力进行辅助抛光，未见应用于固结磨具的报导。CN 101780664 B提出了一种磁场辅助成 型磨石的制备方法，这种磨石实际上是一种可固化的磁流变液，它由磁性颗粒、磨粒以及高 分子聚合物，如树脂，按照一定比例混合而成，主要是用于抛光，无法应用与非球面成型磨 肖IJ，且磨粒的排布靠铁粉来驱动，大大降低了磨粒有序排布的效果。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法，该制备方 法采用镀镍金刚石，利用磁场辅助制备磨粒有序排布金刚石砂轮，能够制备出其磨料层的 磨粒粒径均匀、磨粒分布规则的砂轮;该砂轮既保持了树脂砂轮的抛光性好的优点，有具有 较高的刚性，又能保证加工出的工件具有较高的形状精度，且易于实现批量生产。
[0007] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，按质量百分比包括： 40%-70%的镀镍金刚石； 3% -18%的填料； 12%-57%的树脂结合剂； 所述镀镍金刚石的颗粒在砂轮中沿着砂轮的径向方向均匀排布。
[0008] 本发明所述的砂轮的径向方向是指垂直于砂轮轴线方向的截面圆环的径向方向。
[0009] 以下为本发明的进一步改进的技术方案： 优选地，所述镀镍金刚石的镀镍层质量占镀镍金刚石总质量的15%-20%。
[0010] 优选地，所述镀镍金刚石的粒径为1 一300M1。
[0011 ] 优选地，所述填料为〇11、41、？6、石墨中的一种或几种，其粒径在0.1-20WI1。更优选 地，所述填料为石墨粉末，粒径为。
[0012] 优选地，所述树脂结合剂为热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热固型聚酰亚胺树 脂粉末中的一种或几种。
[0013] 进一步地，本发明还提供了一种如上述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备 方法，其包括以下步骤： S1，按质量百分比为取40%-70%的镀镍金刚石，用湿润剂进行湿润，按质量百分比取 3% -18%的填料，按质量百分比为取12%-57%的树脂结合剂，将三者混合形成混合料； S2，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场保持至少10分钟； S3,在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加IMP-30MP的压力，保持压力至少5 分钟，形成坯料； S4，去除磁场，将装有坯料的模具置于160°C -230°C恒温箱内对坯料加热至少30分钟； S5，从恒温箱中取出模具，对坯料施加IMP-30MP的压力，保持压力至少1分钟； S6,重新置于160°C -230°C恒温箱中继续加热至少2小时后冷却后脱模得到砂轮。
[0014] 由此，将砂轮脱模后进行修整工序得到的砂轮具有镀镍金刚石沿磁力线，即砂轮 的径向方向规则有序排布，并且耐磨性好、磨削加工表面质量好等特点。
[0015] 优选地，步骤S2中，对混合料施加的磁场不大于1000mT，更优选为400mT-1000mT。
[0016] 优选地，步骤S2中，所述磁场由永磁铁或电磁铁产生。
[0017] 优选地，步骤S1中，所述湿润剂为蓖麻油、液态热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、 热固型聚酰亚胺树脂中的一种或几种。
[0018] 优选地，步骤S2中，对混合料施加磁场保持至少10-60分钟；步骤S4中在恒温箱内 加热30-120分钟;步骤S5中，施加压力保持1-30分钟;步骤S6中，恒温箱加热2-7小时。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于在加压成型以前，在磁场的作用下， 镀镍金刚石沿磁力线均匀分布，一方面，金刚石规则排布能保证加工工件的质量，另一方 面，磨粒规则排布能提高砂轮的在磨粒排布方向的刚性，再有结合剂对镀镍金刚石的把持 能力相对于普通金刚石更高、砂轮的耐磨性更好。在超精密磨削加工时该砂轮既保持了树 脂砂轮的抛光性好的优点，又具有较高的刚性，同时耐磨性更好，保证了加工工件的面形精 度，有效降低了非球面玻璃透镜模具的加工成本。
[0020] 本发明制备的砂轮在超精密机床上进行对直径6mm的硬质合金非球面模具进行加 工，其面形精度PV达到20nm以下，表面粗糙度Ra达到5nm以下。
[0021] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
【附图说明】
[0022]图1是本发明一个实施例的镀镍金刚石排布原理图。
[0023] 在图中 1磁力线，2-模具，3-镀镍金刚石，4 一结合剂与填料，5-砂轮杆。
【具体实施方式】 [0024] 实施例1 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤： 第一，按质量百分比60%取平均粒径为6.5wii增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿 润、按质量百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比35%取酚醛树脂粉末树脂 结合剂，将三者进行充分的混合； 第二，将混合料置于外径l〇mm内径5mm的模具中，对混合料施加400mT的磁场，并保持30 分钟； 第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯 料； 第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱中加热30分钟； 第五，从恒温箱中取出模具，对坯料施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第六，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第七，将砂轮脱模后进行修整。
[0025] 实施例2 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤： 第一，按质量百分比50%取平均粒径为6.5wii增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿 润，按质量百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比45%取酚醛树脂粉末树脂 结合剂，将三者进行充分的混合； 第二，将混合料置于模具中，对混合料施加400mT磁场，并保持30分钟； 第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯 料； 第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱，加热30分钟； 第五，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第六，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第七，将砂轮脱模后进行修整。
[0026] 实施例3 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤： 第一，按质量百分比70%取平均粒径为6.5wii增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿 润、按质量百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比25%取酚醛树脂粉末树脂 结合剂，将三者进行充分的混合。
[0027]第二，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场至400mT，并保持30分钟； 第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯 料； 第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱，加热30分钟； 第五，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第六，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第七，将砂轮脱模后进行修整。
[0028] 实施例4 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤： 第一，按质量百分比60%取平均粒径为6.5wii增重为55%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿 润，按质量百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比35%取酚醛树脂粉末树脂 结合剂，将三者进行充分的混合； 第二，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场至400mT，并保持30分钟； 第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯 料； 第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱，加热30分钟； 第五，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第六，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第七，将砂轮脱模后进行修整。
[0029] 对比例1 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤： 第一，按质量百分比60%取平均粒径为6.5wii增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿 润、按质量百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比35%取酚醛树脂粉末树脂 结合剂，将三者进行充分的混合； 第二，在常温下对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯料； 第三，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱，加热30分钟； 第四，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第五，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第六，将砂轮脱模后进行修整。
[0030] 对比例2 第一，按质量百分比60%取平均粒径为6.5wii的普通金刚石用蓖麻油进行湿润、按质量 百分比5%取平均粒径为3wii的石墨粉末，按质量百分比35%取酚醛树脂粉末树脂结合剂，将 三者进行充分的混合。
[0031]第二，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场至400mT，并保持30分钟； 第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯 料； 第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170°C恒温箱，加热30分钟； 第五，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟； 第六，重新置于170°C恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷； 第七，将砂轮脱模后进行修整。
[0032] 测试 将实施例及对比例制成的金刚石砂轮安装在超精密磨床的气浮主轴上加工口径为6_ 的硬质合金YG8，主轴转速45000r/min;工件转速为20r/min。先进行端面磨削，单次切深为 2um，进给速度为10mm/min，加工400微米后测量磨削比。然后进行固定点非球面磨削，单次 切深为lum，进给速度为lmm/min，测量加工表面形状误差PV以及表面粗糙度Ra。
[0033] 测试结果如表1
由表1所示，本发明的实施例与对比例在磨削同样的材料时，其磨耗比有较大幅度的提 高，即采用镀镍金刚石，施加磁场以后，镀镍金刚石的颗粒沿磁力线，即砂轮的径向方向规 贝1J有序排布，砂轮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明显降低， 即采用镀镍金刚石，施加磁场以后，磨削表面质量明显提高。
[0034]上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不 用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式 的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，按质量百分比包括： 40%-70%的镀镍金刚石； 3% -18%的填料； 12%-57%的树脂结合剂； 所述镀镍金刚石的颗粒在砂轮中沿着砂轮的径向方向均匀排布。2. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述镀镍金 冈1J石的镀镍层质量占镀镍金刚石总质量的15%-20%。3. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述镀镍金 刚石的粒径为1 一300μηι。4. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述填料为 Cu、Al、Fe、石墨中的一种或几种，其粒径在0. Ιμπι-20μηι。5. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述树脂结 合剂为热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热固型聚酰亚胺树脂粉末中的一种或几种。6. -种如权利要求1-5之一所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特 征在于，包括以下步骤： S1，按质量百分比为取40%-70%的镀镍金刚石，用湿润剂进行湿润，按质量百分比取 3% -18%的填料，按质量百分比为取12%-57%的树脂结合剂，将三者混合形成混合料； S2，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场保持至少10分钟； 53, 在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加 IMP-30ΜΡ的压力，保持压力至少5 分钟，形成坯料； 54, 去除磁场，将装有坯料的模具置于160°C -230°C恒温箱内对坯料加热至少30分钟； S5，从恒温箱中取出模具，对坯料施加 IMP-30MP的压力，保持压力至少1分钟； S6,重新置于160°C -230°C恒温箱中继续加热至少2小时后冷却后脱模得到砂轮。7. 根据权利要求6所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特征在于，步 骤S2中，对混合料施加的磁场不大于1 OOOmT。8. 根据权利要求6所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特征在于，步 骤S2中，所述磁场由永磁铁或电磁铁产生。9. 根据权利要求6所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特征在于，步 骤S1中，所述湿润剂为蓖麻油、液态热固型环氧树脂、液态热固型酚醛树脂、液态热固型聚 酰亚胺树脂中的一种或几种。10. 根据权利要求6-9之一所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特征 在于，步骤S2中，对混合料施加磁场保持至少10-60分钟；步骤S4中在恒温箱内加热30-120 分钟;步骤S5中，施加压力保持1-30分钟;步骤S6中，恒温箱加热2-7小时。
【文档编号】B24D3/30GK106002654SQ201610303394
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】尹韶辉, 潘卫清, 黄世凡
【申请人】杭州日铭科技有限公司