一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法与流程

本发明涉及砂轮制造技术领域，具体涉及的是一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法。

背景技术：

砂轮可以分为金属基砂轮和非金属基砂轮，无论是金属基砂轮和非金属基砂轮，砂轮的结合剂影响砂轮的强度、抗冲击性、耐热性、抗腐蚀性等，并对磨削精度及磨削效率有很大的影响。非金属基砂轮以酚醛树脂为代表树脂砂轮由于基体具有较好的弹性和退让性，能够吸收振动及冲击，但耐热性不好且磨粒易脱落，耐用度不高。金属基砂轮因为具有刚度大，耐用度高的特点，所以金属基砂轮是树脂结合剂砂轮使用寿命的3倍以上。但是，金属基砂轮同样也存在不足，以金属基超硬磨粒(金刚石)砂轮为例，金属基超硬磨粒(金刚石)砂轮具有刚度大，耐用度高的特点，适合高效加工，但因其退让性差，所以不利于在精密加工中获得高质量的表面。

为了获得兼具不同结合剂砂轮优点的新型砂轮，出现了多种多节点陶瓷金刚石(或cbn)复合砂轮，现有多节点陶瓷金刚石(或cbn)复合砂轮的节点单元和砂轮基体一般采用粘结剂粘接在一起。采用粘结剂粘结结构进行组合时，节点单元与砂轮基体粘接强度依赖于粘结剂的物理性能，因而，易因失效，耐腐蚀性差，且自动脱落，进而影响其磨削性能。

另外，现有常用砂轮不仅制作工序步骤繁多，而且加工难度大，对设备要求较高，也比较耗费人力。因此，生产效率低，成本较高。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮，其不仅导热性好，而且更加耐用，有利提高磨削工件的表面质量，还能有效避免磨削过程中磨块因磨削力作用而脱落。

本发明的另一目的在于提供一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮的制备方法，不仅工序简单，而且易于制备，同时对设备要求不高，也有效地节省人力，提高生产效率，降低了成本。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮，包括基体和金刚石磨削层，基体为圆形盘状，金刚石磨削层为环形，所述金刚石磨削层套固于所述基体的外周圆上，还包括有多个位于所述基体与所述金刚石磨削层之间的树脂结合剂金刚石磨块，各所述树脂结合剂金刚石磨块均具有固定部和磨削部，各所述树脂结合剂金刚石磨块的固定部位于所述基体内并靠近所述基体与所述金刚石磨削层的内环分界线处，所述金刚石磨削层的外周圆上设置有多个通孔，多个所述通孔均从所述金刚石磨削层的内壁贯穿至外壁，各所述树脂结合剂金刚石磨块的磨削部穿插于相应的所述通孔内。

进一步优选的，所述基体外周圆上设置有多个盲孔，多个所述盲孔与多个所述通孔一一对应布设，各所述树脂结合剂金刚石磨块的固定部相适配地处于所述盲孔内。

进一步优选的，所述盲孔的孔径大于所述通孔的孔径，所述树脂结合剂金刚石磨块的磨削部为圆柱形或棱柱形。

进一步优选的，所述树脂结合剂金刚石磨块的磨削部与所述树脂结合剂金刚石磨块的固定部同轴且为一体结构。

一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮的制备方法，依次通过以下步骤实现：

(1)制备树脂结合剂金刚石磨块：选取磨粒、耐高温酚醛树脂或者聚酰亚胺及辅助添加物混合料，采用常用电子秤对磨粒、耐高温酚醛树脂或者聚酰亚胺及辅助添加物混合料进行称重，再按树脂结合剂金刚石砂轮磨削层材料的常规比例将称重后的磨粒、耐高温树脂及辅助添加物混合料填充到压制成型模具内，合模后送入热压机内，控制热压机工作温度在160～245℃压制成磨块坯体；再将压制成型的磨块坯体置于电炉或者热处理炉内热固化得到树脂结合剂金刚石磨块；

(2)制备砂轮基体泡沫塑料模型：将ps泡沫塑料板切割成圆环状的砂轮内圈泡沫模型，在圆环状的砂轮内圈泡沫模型的外周圆上均匀地加工出盲孔，步骤(1)得到树脂结合剂金刚石磨块的固定部插入环形泡沫件的圆周表面上的所述盲孔内，得到嵌有所述树脂结合剂金刚石磨块的环状泡沫件；

(3)制备砂轮整体泡沫塑料模型：将步骤(2)中得到的嵌有所述树脂结合剂金刚石磨块的环状泡沫件置于发泡模具型腔的中心位置，然后用金刚石颗粒、预发泡的ps珠粒和少量已发泡的ps泡沫塑料碎末作为骨架材料，并按常规的金刚石砂轮浓度的比例混合成复合材料，再将复合材料填入所述环形泡沫件与型腔构成的环形间隙中，经热压发泡成型后，得到与所述环状泡沫件和所述树脂结合剂金刚石磨块融合为一体的金刚石磨削层复合泡沫模型，所述环状泡沫件、所述树脂结合剂金刚石磨块和金刚石磨削层复合泡沫模型构成完整的砂轮整体模型；

(4)制备泡沫塑料浇铸模型：先用泡沫塑料切割制成浇冒口，然后取步骤(3)制备的两个完整的砂轮整体模型与用泡沫塑料切割制成的浇冒口连接，再对用泡沫塑料切割制成的浇冒口和两个完整的砂轮整体模型的外表面涂装耐火涂料并干燥处理，得到所需的消失模浇铸模型；

(5)浇铸成型：将步骤(4)中得到的消失模浇铸模型埋入砂箱中，把砂箱放在常规的三维震动台上进行震动压实，然后再将砂箱从常规的三维震动台上取出，然后再将砂箱与常规负压设备连接，常规负压设备对砂箱进行抽真空，最后往砂箱浇铸高温的金属熔料，浇铸完成后经冷却落砂后，获得带有浇冒口凝料的砂轮，再将带有浇冒口凝料的砂轮送至铣床或者车床上，再由铣床或者车床切割掉浇冒口，得到砂轮毛坯；

(6)整形处理：用砂轮修整器对步骤(5)中得到的砂轮毛坯进行修整得到具有莲蓬结构的金刚石砂轮。

步骤(1)中，压机选用现有常规热压机，压制时，所述耐高温树脂酚醛树脂或者聚酰亚胺树脂，选用酚醛树脂时，热压温度为160～200℃，选用聚酰亚胺时，热压温度为205～245℃，控制单位压力为40～100mpa，固化所需时间为10～30h。

步骤(2)中，所述盲孔在环形泡沫件外圆表面上以规则排布或不规则排布形式布置，所述树脂结合剂金刚石磨块均具有固定部和磨削部，所述树脂结合剂金刚石磨块的固定部插入环形泡沫件的圆周表面上的盲孔内，所述树脂结合剂金刚石磨块的磨削部沿所述圆环状的砂轮内圈泡沫模型的圆周外的径向方向突出。

步骤(5)中，往砂箱浇铸高温的金属熔料的方式为底注式或顶注式。

采用上述技术方案，本发明中，金刚石磨削层套固于基体的外周圆上，并与基体构成整体结构，各树脂结合剂金刚石磨块均具有固定部和磨削部，各树脂结合剂金刚石磨块的固定部位于基体内并靠近基体与金刚石磨削层的内环分界线，金刚石磨削层的外周圆上均匀地设置有多个孔，各树脂结合剂金刚石磨块的磨削部穿插于相应的孔内。由于采用上述结构设置，各树脂结合剂金刚石磨块的固定部被基体和金刚石磨削层所包覆，各树脂结合剂金刚石磨块的磨削部被金刚石磨削层所包覆，各树脂结合剂金刚石磨块均被牢地包裹在金刚石磨削层和基体之间。所以树脂结合剂金刚石磨块按类似莲子在莲蓬中的方式散生分布状排布在本发明的金刚石砂轮内，同时树脂结合剂金刚石磨块也具有较好的退让性，有利提高磨削工件的表面质量。因此，能够有效避免磨削过程中磨块因磨削力作用而脱落。同时，又由于基体、树脂结合剂金刚石磨块和金刚石磨削层三者牢固结合在一体，基体、树脂结合剂金刚石磨块和金刚石磨削层构成一个整体，所以本发明在本发明的金刚石砂轮导热性好，而且更加耐用。

采用上述技术方案，本发明一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法，具有的有益效果是：

(1)树脂结合剂金刚石磨块作为嵌件，通过消失模铸造的方法浇铸成型，在金刚石砂轮成型过程中被埋入金刚石磨削层与基体之间，树脂结合剂金刚石磨块的固定部被基体包裹住，并与基体及金刚石磨削层牢固连接为一体。

(2)消失模铸造砂轮之前需制备专用的砂轮泡沫塑料模型(环状泡沫件、树脂结合剂金刚石磨块和金刚石磨削层复合泡沫模型构成完整的砂轮整体模型)，消失模浇铸模型也都是采用泡沫塑料制作(即：泡沫塑料浇铸模型)，所以制作简单，易于制备，同时对设备要求不高，也有效地节省人力。

(3)树脂结合剂金刚石磨块插入环形泡沫件的圆周表面上的所述盲孔内,基体与金刚石磨削层是通过一次浇铸成型的，因此树脂结合剂金刚石磨块的固定部被基体裹住，而树脂结合剂金刚石磨块的磨削部则被金刚石磨削层包裹住，从而三者牢固结合为一体，有效避免磨削过程中磨块因磨削力作用而脱落。

因此，本发明一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法，不仅工序简单，而且易于制备，同时对设备要求不高，也有效地节省人力，提高生产效率，降低了成本。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施方式及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的局部放大图(沿砂轮圆周方向剖切的局部放大图)。

图3为本发明的树脂结合剂金刚石磨块的结构示意图。

图4为本发明的树脂结合剂金刚石磨块的另一种结构示意图。

图5为本发明的金刚石砂轮制备方法的步骤框图。

图6为本发明的砂轮基体泡沫塑料模型图。

图7为本发明的砂轮整体泡沫塑料模型图。

图8为本发明的泡沫塑料浇铸模型图。

图中：

1-基体；2-金刚石磨削层；

3-树脂结合剂金刚石磨块；4-轴孔；

5-环状泡沫件；6-发泡模具；

7-金刚石磨削层复合泡沫模型；8-砂轮整体模型；

9-浇冒口。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1-4所示，本发明的具有莲蓬结构的金刚石砂轮，包括基体1和金刚石磨削层2，基体1为圆形盘状，金刚石磨削层2为环形，所述金刚石磨削层2套固于所述基体1的外周圆上，还包括有多个位于所述基体1与所述金刚石磨削层2之间的树脂结合剂金刚石磨块3，各所述树脂结合剂金刚石磨块3均具有固定部和磨削部，各所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定部位于所述基体1内并靠近所述基体1与所述金刚石磨削层2的内环分界线处，所述金刚石磨削层2的外周圆上均匀地设置有多个通孔，相邻的两个所述通孔以间间距相等或不相等方式排布，各所述树脂结合剂金刚石磨块3的磨削部穿插于相应的所述通孔内。各树脂结合剂金刚石磨块3的固定部为圆柱凸台结构，也可以其他形状的凹凸结构。所述基体1的中部设置有轴孔4，通过轴孔4可以将本发明的金刚石砂轮安装在机台上或者用于安装本发明的金刚石砂轮的工装上。

上述中，具体的：基体1可以是铝铜合金，也可以是铸铁等其他铸造合金。金刚石磨削层2以基底1同种材料为结合剂，金刚石磨削层2是金刚石磨料与金属结合剂的复合物，通过消失模铸造成型的方法制备。树脂结合剂金刚石磨块3则是以树脂为主要成分并添加与金刚石磨削层2相同的超硬磨料构成的复合材料，通过压制成型方法制备。其中，金刚石磨削层2是在消失模铸造过程中套固于所述基体1的外周圆上，具体的，用于形成基体1的合金熔料与用于形成金刚石磨削层2的合金熔料是一样的并且通过一次浇铸成型的。合金浇铸进模，熔掉环形基体位置的泡沫塑料，填充所述基体；同时溶掉磨削层泡沫件中的泡沫塑料及所述骨料，填充并包封磨削层中的金刚石颗粒。

更具体的：金刚石磨削层2中的结合剂是采用与基体1相同的合金为主要成分并加入镀膜的金刚石磨粒等构成的复合材料。金刚石磨削层2中的结合剂可以是铝合金结合剂，也可以是其它可浇铸成型的金属结合剂；金刚石磨削层2中的磨粒可以是金刚石磨粒，也可以是cbn等其他超硬磨粒。树脂结合剂金刚石磨块3选用改性的耐高温树脂作为磨块材料，树脂结合剂金刚石磨块3内的磨粒可以是金刚石也可以是cbn等超硬颗粒。因此，本发明的金刚石砂轮更加耐用、导热性好，不仅有利提高磨削工件的表面质量。

进一步优选的，所述基体1的外周圆上设置有多个盲孔，多个所述盲孔与多个所述通孔一一对应布设，各所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定部相适配地处于所述盲孔内。

进一步优选的，所述盲孔的孔径大于所述通孔的孔径，所述树脂结合剂金刚石磨块3的磨削部为圆柱形或棱柱形。

进一步优选的，所述树脂结合剂金刚石磨块3的磨削部与所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定同轴且为一体结构。

需要说明的是：本发明中，由基体1、基体1上的多个盲孔、金刚石磨削层2和金刚石磨削层2上与基体1上的多个盲孔一一对应设置的通孔共同构成类似莲蓬的散生蜂窝结构，该结构包裹着各树脂结合剂金刚石磨块3。所以，能够将各树脂结合剂金刚石磨块3牢牢地固定住，从而基体1、树脂结合剂金刚石磨块3和金刚石磨削层2三者牢固结合为一体。因此，能够有效避免磨削过程中树脂结合剂金刚石磨块3因磨削力作用而脱落。所以，本发明的金刚石砂轮兼具金属结合剂砂轮和树脂结合剂砂轮的优点，耐用度高、导热性好、有利提高磨削工件的表面质量。

还需要说明的是：本发明中，根据实际需要，树脂结合剂金刚石磨块3按一定的体积比例和排布方式分布在金刚石磨削层2上。本发明中，树脂结合剂金刚石磨块3和金刚石磨削层2内的磨粒体积比，是根据树脂结合剂金刚石磨块3与金刚石磨削层2的磨耗比确定的。

如图1-8所示，一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮的制备方法，依次通过以下步骤实现：

(1)制备树脂结合剂金刚石磨块：选取磨粒、耐高温酚醛树脂或者聚酰亚胺及辅助添加物混合料，采用常用电子秤对磨粒、耐高温酚醛树脂或者聚酰亚胺及辅助添加物混合料进行称重，再按树脂结合剂金刚石砂轮磨削层材料的常规比例将称重后的磨粒、耐高温树脂及辅助添加物混合料填充到压制成型模具内，合模后送入热压机160～245℃压制成树脂结合剂磨块坯体(这里合模后也可以送入普通压力机上冷压制成型磨块坯体)；再将压制成型的磨块坯体置于电炉或者热处理炉内热固化得到树脂结合剂金刚石磨块3。

(2)制备砂轮基体泡沫塑料模型：将ps泡沫塑料板切割成圆环状的砂轮内圈泡沫模型，在圆环状的砂轮内圈泡沫模型的外周圆上均匀地加工出盲孔，将步骤(1)得到树脂结合剂金刚石磨块3的固定部插入环形泡沫件的圆周表面上的所述盲孔内，得到嵌有所述树脂结合剂金刚石磨块3的环状泡沫件5。

(3)制备砂轮整体泡沫塑料模型：将步骤(2)中得到的嵌有所述树脂结合剂金刚石磨块3的环状泡沫件5置于发泡模具6型腔的中心位置，然后把金刚石颗粒、预发泡的ps珠粒和少量已发泡的ps泡沫塑料碎末作为骨架材料按常规的金刚石浓度的比例混合成复合材料，再将复合材料填入所述环形泡沫件与型腔构成的环形间隙中，经热压发泡成型后，得到与所述环状泡沫件5和所述树脂结合剂金刚石磨块3融合为一体的金刚石磨削层复合泡沫模型7，所述环状泡沫件5、所述树脂结合剂金刚石磨块3和金刚石磨削层复合泡沫模型7构成完整的砂轮整体模型8。

(4)制备泡沫塑料浇铸模型：先用泡沫塑料切割制成浇冒口9(即：浇道)，然后取步骤(3)制备的两个完整的砂轮整体模型8与用泡沫塑料切割制成的浇冒口9连接，再对用泡沫塑料切割制成的浇冒口9和两个完整的砂轮整体模型8的外表面涂装耐火涂料并干燥处理，得到所需的消失模浇铸模型。

(5)浇铸成型：将步骤(4)中得到的消失模浇铸模型埋入砂箱中，把砂箱放在常规的三维震动台上进行震动压实，然后再将砂箱从常规的三维震动台上取出，然后再将砂箱通过气管与常规负压设备连接，常规负压设备通过气管对砂箱抽真空，抽真空完成后再往砂箱浇铸高温的金属熔料，浇铸完成后经冷却落砂后，获得带有浇冒口9凝料的砂轮，再将带有浇冒口9凝料的砂轮送至铣床或者车床上，再由铣床或者车床切割掉浇冒口9，得到砂轮毛坯。

(6)整形处理：步骤(5)中得到的砂轮毛坯采用砂轮修整器进行修整，得到具有莲蓬结构的金刚石砂轮。

步骤(1)中，压机选用现有常规热压机，压制时，所述耐高温树脂酚醛树脂或者聚酰亚胺树脂，选用酚醛树脂时，热压温度为160～200℃，选用聚酰亚胺时，热压温度为205～245℃，控制单位压力为40～100mpa，固化所需时间为10～30h。

作为优选的，选用酚醛树脂时，热压温度为170℃、185℃或195℃。选用聚酰亚胺时，热压温度为215℃、225℃、230℃或245℃。控制单位压力为60mpa或80mpa。这里固化所需时间和热压机单位压力是根据选用的耐高温树脂而定。

该步骤中，树脂结合剂金刚石磨块3的粘结剂采用改性的酚醛树脂(pf)，改性的酚醛树脂(pf)通过压制成型的方法制备树脂结合剂金刚石磨块3。可利用碳化硼b4c对pf改性,b4c与pf裂解过程中释放的部分挥发份之间的反应活性，将部分挥发份转化成无定形碳并保留在树脂结合剂中从而高了树脂的残炭率，改善树脂结合剂的密实性，并使树脂具有一定的自修复。树脂结合剂金刚石磨块3的粘结剂也可以采用无机有机杂化的耐高温酚醛树脂作为制造树脂磨块的材料，通过特定模具压制所得的磨块形状。

步骤(2)中，所述盲孔在环形泡沫件外圆表面上以规则排布或不规则排布形式布置，所述树脂结合剂金刚石磨块3均具有固定部和磨削部，所述树脂结合剂金刚石磨块3均的固定部插入环形泡沫件的圆周表面上的盲孔内，所述树脂结合剂金刚石磨块3的磨削部沿所述圆环状的砂轮内圈泡沫模型的圆周外的径向方向突出。

具体的：本发明中，各树脂结合剂金刚石磨块3的固定部为圆柱凸台结构，所述盲孔的直径与所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定部的直径相同，所述盲孔的深度与所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定部的高度相一致。这样能够使得所述树脂结合剂金刚石磨块3的固定部完全嵌入盲孔内，并且与盲孔紧密配合，进而使得树脂结合剂金刚石磨块3固定更加牢固。同时，也能够使基体1与金刚石磨削层2不会存有间隙，便于金刚石磨削层2与基体1紧密连接，有利于金刚石磨削层2牢固地固定在基体1上。

步骤(3)中，常规比例是指现有技术中超硬磨料砂轮工作层中各材料的常用比例，控制金刚石浓度为80％-200％。常规金属结合剂砂轮的金刚石浓度是75％到150％。这个比例是根据粗磨或者精磨及磨粒大小确定,粗磨使用的浓度比较小的,精磨选用比较大的浓度.磨粒较小时可选用较大的浓度。本发明制备砂轮的工艺方法可以制备常规比例的砂轮也可以制备更细粒度砂轮。步骤(4)中，常规负压设备可以采用真空泵，往砂箱浇铸高温的金属熔料的方式为底注式或顶注式。具体的：步骤(4)中，消失模铸造采用底注式一模两腔成型，也可以采用顶注式的方式浇注。

步骤(5)中，往砂箱浇铸高温的金属熔料的方式为底注式或顶注式。

步骤(6)中，还可以先采用电解法快速修整基体1，再用修整器修整树脂结合剂金刚石磨块3部分，从而得到具有莲蓬结构的金刚石砂轮。

还需要说明的是：本发明的金刚石砂轮所使用的磨粒并不局限于金刚石磨粒，其结构及制备方法同样适用于cbn及其他超硬磨粒。

采用上述技术方案，本发明一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法，具有的有益效果是：

(1)树脂结合剂金刚石磨块3作为嵌件，通过消失模铸造的方法浇铸成型，在金刚石砂轮成型过程中被埋入金刚石磨削层2与基体1之间，树脂结合剂金刚石磨块3的固定部被基体1包裹住，并与基体1及金刚石磨削层2牢固连接为一体。

(2)消失模铸造砂轮之前需制备专用的砂轮泡沫模型(环状泡沫件、树脂结合剂金刚石磨块和金刚石磨削层复合泡沫模型构成完整的砂轮整体模型)，消失模浇铸模型也都是采用泡沫塑料制作(即：泡沫塑料浇铸模型)，所以制作简单，易于制备，同时对设备要求不高，也有效地节省人力。

(3)树脂结合剂金刚石磨块3插入环形泡沫件的圆周表面上的所述盲孔内，基体1与金刚石磨削层2是通过一次浇铸成型的，因此树脂结合剂金刚石磨块3的固定部被基体1裹住，而树脂结合剂金刚石磨块3的磨削部则被金刚石磨削层2包裹住，从而三者牢固结合为一体，有效避免磨削过程中磨块因磨削力作用而脱落。

因此，本发明一种具有莲蓬结构的金刚石砂轮及其制备方法，不仅工序简单，而且易于制备，同时对设备要求不高，也有效地节省人力，提高生产效率，降低了成本。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。