專利名稱：軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具的制作方法
技術領域：
本發明涉及精密超精密加工領域，尤其是一種半固著磨粒磨具。
技術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 分為游離磨粒加工(包括研磨和拋光)和固著磨粒加工(如超精密磨 削)兩類。固著磨粒加工具有高材料去除效率的特點，其加工精度曰 益逼近游離磨粒加工，但要求使用價格高昂的高精度、高剛性設備， 且由于強制進給引起的加工變質層較深，嚴重影響了產品的使用性能 和壽命。所以，目前精密超精密加工仍以游離磨粒加工為主流。游離 磨粒加工對設備精度要求不高，加工精度高、加工變質層淺甚至沒有。 但游離磨粒加工材料去除速率低，且加工質量和一致性對加工環境的 潔凈度十分敏感， 一旦硬質大顆粒侵入加工區域，即在被加工材料表 面產生深劃痕，致使返工率和廢品率增加，限制了加工效率的提高。 發明內容為了克服現有的磨粒加工方法無法兼顧加工精度和加工效率的不 足，本發明提供一種在保證高加工精度的同時獲得較高的加工效率， 實現高效的精密超精密加工的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之間 以半固著方式粘結，所述的磨具中的各個組分的質量百分比為磨粒70% 94%，結合劑6% 30%，其中的磨粒由至少兩種不同硬度的磨
粒組成。作為優選的一種方案所述的磨粒的粒徑范圍為0.01 30微米。作為優選的另一種方案:所述的磨粒由兩個硬度等級的磨粒組成， 兩種磨粒的重量比例范圍為9: 1 1: 9。進一步，所述的磨粒由三個硬度等級的磨粒組成。當然，也可以 由四種、五種或更多種磨粒組成。所述的磨粒包括硬磨粒和軟磨粒，所述的硬磨粒可為以下之一 ①氧化鋁、②金剛石、③剛玉、 金剛砂、⑤石榴石、(D碳化硅、⑦所述的軟磨粒可為以下之一①氧化鐵、②氧化鉻、③氧化鈰、 @氧化鋯、⑤氧化鈦、⑥氧化硅、⑦氧化鎂。所述的結合劑包括膠粘劑和添加劑，其中各個組分占整個磨具的 質量百分比為膠粘劑1% 15%，添加劑5% 15%。所述的膠粘劑可為以下一種或幾種混合①淀粉類膠粘劑、②植物膠類膠粘劑、③天然高分子類膠粘劑、④纖維素類膠粘劑、(D半合成物類膠粘劑、⑥合成物類膠粘劑、⑦樹脂類膠粘劑。所述的添加劑可為以下一種或幾種混合①防水劑、②填充劑、③消泡劑。本發明的技術構思為由磨粒、膠粘劑和添加劑等組成的半固著 磨粒磨具中，磨粒通過結合劑以半固著的方式粘結在一起，粘結強度 介于游離與固著之間。在半固著磨粒加工過程中，較高的粘結強度與 良好的自銳性使半固著磨粒磨具能長時間保持較高的材料去除能力。 又由于半固著磨粒磨具對硬質大顆粒具有的"陷阱"效應——侵入加
工區域的硬質大顆粒陷入磨具表層且所分擔載荷與磨粒相同，可有效 緩解甚至消除硬質大顆粒對工件造成的損傷，保證了加工質量和一致 性，降低返工率及廢品率，從而在保證高加工精度的同時獲得較高的 加工效率。由于磨具中磨粒是處于半固著狀態的，因此磨具轉速相對游離研磨有了很大的提高，直徑300mm的半固著磨粒磨具轉速最高可以達 到350rpm，材料去除效率大幅提高。同時由于處于半固著狀態的磨粒 對硬質大顆粒具有"陷阱"效應，可有效防止大顆粒產生的表面損傷， 有利于高加工精度的獲得。軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具由磨粒、膠粘劑和添加劑等組成。 磨粒包含多個種類， 一般是兩種不同硬度等級的磨粒。硬磨粒在加工 過程中主要起研磨作用，快速去除被加工材料；軟磨粒在加工過程中 主要起拋光作用，對硬磨粒產生的裂紋、劃痕等缺陷進行修復，提高 加工精度。軟硬磨粒的相互結合有助于進一步提高半固著磨粒加工的 精度與效率。所述軟硬磨粒混合的的半固著磨粒磨具中的磨粒之間以半固著方 式粘結，所述的磨具中的各個組分的質量百分比為磨粒70% 94%， 結合劑6% 30%。其中的磨粒由至少兩個硬度等級的磨粒組成。所述 的硬磨粒可為以下之一①氧化鋁、②金剛石、③剛玉、 金剛砂、 ⑤石榴石、 碳化硅、⑦碳化硼。所述的軟磨粒可為以下之一①氧化鐵、②氧化鉻、③氧化鈰、④氧化鋯、⑤氧化鈦、⑥氧化硅、⑦氧化鎂。所使用的磨粒的粒徑大約是30um以下的，合適的粒徑范圍是 0.01 30um。添加劑起防水、消泡作用。軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具的制造過程包括配料、攪拌、澆
注、消泡、烘干固化、脫模等步驟。本發明的有益效果為1、保證高加工精度的同時獲得較高的加工 效率，實現高效的精密超精密加工；2、在保證磨具中磨粒半固著特征 的條件下，進一步提高加工效率和表面質量。
具體實施方式
下面對本發明作進一步說明。一種軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之間 以半固著方式粘結，所述的磨具中的各個組分的質量百分比為磨粒70% 94%，結合劑劑6% 30%，其中的磨粒由至少兩個硬度等級的 磨粒組成。所述的磨粒的粒徑范圍為0.01 30微米。所述的磨粒由兩個硬度等級的磨粒組成也可，兩種磨粒的重量比例范圍為9: 1 1: 9。所述的磨粒由三個硬度等級的磨粒組成。當然，也可以由四種、五種或多 種磨粒組成。所述的硬磨粒可為以下之一①氧化鋁、②金剛石、③剛玉、④ 金剛砂、(D石榴石、(D碳化硅、⑦碳化硼。所述的軟磨粒可為以下之一①氧化鐵、②氧化鉻、③氧化鈽、 ④氧化鋯、 氧化鈦、⑥氧化硅、⑦氧化鎂。所述結合劑可為膠粘劑1% 15%，添加劑5% 15%。所述的膠粘劑可為以下一種或幾種混合①淀粉類膠粘劑、②植物膠類膠粘劑、 ③天然高分子類膠粘劑、④纖維素類膠粘劑、⑤半合成物類膠粘劑、 ⑥合成物類膠粘劑、⑦樹脂類膠粘劑。所述的磨具添加劑可為以下一 種或幾種混合①防水劑、②填充劑、③消泡劑。所述的防水劑可為 硅油、硅乳膠(二甲基甲硅垸)、甲基二烯聚硅氧烷或石蠟，其質量百
分比為3% 8%。所述的消泡劑可為辛醇、磷酸三丁脂類消泡劑，其 質量百分比為0 1%。所述的填充劑可為石墨、銅粉、鋁粉或其混合 物，其質量百分比為0 8%。軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具的制造方法，包括以下步驟(1) 將磨粒、膠粘劑、添加劑混合，各自的質量百分比為磨粒70% 94%，膠粘劑1% 15%，添加劑5% 15%，攪拌均勻，過篩并 加水混合；(2) 將混合料倒入模具內，澆注成型；(3) 將澆注好的磨具進行消除氣泡處理；(4) 消除氣泡后，將磨具放入烘箱內烘干固化，脫模后制得半固著磨粒磨具。所述的(4)中，烘箱內30 卯。C溫度下烘烤24 96小時。 實施例1本實施例的磨粒為3000#碳化硅和氧化硅磨粒；膠粘劑為植物膠 類膠粘劑，如藻酸鈉、半乳糖體、阿拉伯樹膠；添加劑為硅油防水劑 和鋁粉填充劑；各個組分的質量百分比為磨具質量共重2.5千克， 碳化硅和氧化硅磨粒共占總質量的75%，比例為碳化硅氧化硅=7: 3，植物類膠粘劑9%，硅油防水劑8%，鋁粉填充劑7%。實施例2本實施例的磨粒為1000#碳化硼和氧化鈦磨粒；膠粘劑為淀粉類 膠粘劑，如馬鈴薯淀粉、玉米淀粉；添加劑為硅乳膠防水劑和磷酸三 丁脂類消泡劑；各個組分的質量百分比為磨具質量共重2千克，碳 化硼和氧化鈦磨粒共占總質量的87%，比例為碳化硼氧化鈦=9: 1， 淀粉類膠粘劑7.8%，硅乳膠防水劑5%，磷酸三丁脂類消泡劑0.2%。
實施例3本實施例的磨粒為600#碳化硼和氧化鉻磨粒；膠粘劑為天然高分子類膠粘劑，如明膠、酪蛋白；添加劑為硅油防水劑和石墨填充劑； 各個組分的質量百分比為磨具質量共重1.8千克，碳化硼和氧化鉻 磨粒共占總質量的90.5%，比例為碳化硼氧化鉻=3: 7，天然高分子 類膠粘劑3%，石墨填充劑3%，石蠟防水劑3%，辛醇消泡劑0.5%。 實施例4本實施例的磨粒為1000#金剛砂和氧化鐵磨粒；膠粘劑為纖維素類膠粘劑，如甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羧基乙二胺; 添加劑為甲基二烯聚硅氧烷防水劑和磷酸三丁脂類消泡劑；各個組分 的質量百分比為磨具質量共重2.5千克，金剛砂和氧化鐵磨粒共占 總質量的85%，比例為金剛砂氧化鐵=2: 8，纖維素類膠粘劑10.5%， 甲基二烯聚硅氧烷防水劑4%，磷酸三丁脂類消泡劑0.5%。本實施例的磨粒為2000#石榴石和氧化鎂磨粒；膠粘劑為半合成 物類膠粘劑，如可溶性淀粉、糊精；添加劑為硅乳膠防水劑，石墨填 充劑和辛醇消泡劑；各個組分的質量百分比為磨具質量共重1.5千 克，石榴石和氧化鎂磨粒共占總質量的78%，比例為石榴石氧化鎂 =3: 7，半合成物類膠粘劑13%，硅乳膠防水劑3%，石墨填充劑5%， 辛醇消泡劑1%。實施例6本實施例的磨粒為4000#碳化硼和氧化鋯磨粒；膠粘劑為合成物 類膠粘劑，如聚乙烯醇、丙烯酸鈉、聚環氧乙烷；添加劑為銅粉填充 劑和磷酸三丁脂消泡劑；各個組分的質量百分比為磨具質量共重2
千克，碳化硼和氧化鋯磨粒共占總質量的82%，比例為碳化硼氧化鋯=5: 5，合成物類膠粘劑6.6%，銅粉填充劑5%，磷酸三丁脂類消泡 劑0.4%。實施例7本實施例的磨粒為800#碳化硅和氧化鉻磨粒；膠粘劑為樹脂類膠粘劑，如醋酸樹脂、酚醛樹脂；添加劑為硅乳膠防水劑；各個組分的 質量百分比為磨具質量共重2.5千克，碳化硅和氧化鉻磨粒共占總 質量的94%，比例為碳化硅氧化鉻=8: 2，樹脂類膠粘劑1%，硅乳膠防水劑50/。。本實施例的磨粒為2000#碳化硅、氧化鋁和氧化鐵磨粒；膠粘劑 為合成物類膠粘劑；添加劑分為填充劑、防水劑和消泡劑，填充劑為 石墨，防水劑為硅乳膠，消泡劑為辛醇；各個組分的質量百分比為 磨具質量共重2千克，碳化硅、氧化鋁和氧化鐵磨粒共占總質量的82%，比例碳化硅氧化鋁氧化鐵#=5: 3: 2，合成物類膠粘劑11%，石墨填充劑2.8%，硅乳膠防水劑4%，辛醇消泡劑0.2%。
權利要求
1、一種軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于所述的磨具中的磨粒之間以半固著方式粘結，所述的磨具中的各個組分的質量百分比為磨粒70％～94％，結合劑6％～30％，其中的磨粒由至少兩種不同硬度的磨粒組成。
2、 如權利要求1所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒的粒徑范圍為0.01 30微米。
3、 如權利要求1或2所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒包括硬磨粒和軟磨粒，所述硬磨粒為以下之一① 氧化鋁、②金剛石、③剛玉、④金剛砂、⑤石榴石、⑥碳化硅、⑦碳
4、 如權利要求3所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于 所述軟磨粒為以下之一①氧化鐵、②氧化鉻、③氧化鈰、④氧化鋯、 (D氧化鈦、⑥氧化硅、⑦氧化鎂。
5、 如權利要求1或2所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于所述的磨粒由兩個硬度等級的磨粒組成，兩種磨粒的重量比例 范圍為9: 1 1: 9。
6、 如權利要求4所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于 所述的磨粒由兩個硬度等級的磨粒組成，兩種磨粒的重量比例范圍為 9: 1 1: 9。
7、 如權利要求1或2所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于所述的結合劑包括膠粘劑和添加劑，其中各個組分占整個磨具 的質量百分比為膠粘劑1% 15%，添加劑5% 15%。
8、 如權利要求7所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于: 所述的膠粘劑為以下一種或幾種混合①淀粉類膠粘劑、②植物膠類 膠粘劑、(D天然高分子類膠粘劑、④纖維素類膠粘劑、(D半合成物類 膠粘劑、(D合成物類膠粘劑、⑦樹脂類膠粘劑。
9、 如權利要求7所述的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，其特征在于 所述的添加劑為以下一種或幾種混合①防水劑、②填充劑、③消泡 劑。
全文摘要
一種軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具，所述的磨具中的磨粒之間以半固著方式粘結，所述的磨具中的各個組分的質量百分比為磨粒70％～94％，結合劑6％～30％，其中的磨粒由至少兩個硬度等級的磨粒組成。本發明提供一種在保證高加工精度的同時獲得較高的加工效率，實現高效的精密超精密加工的軟硬磨粒混合的半固著磨粒磨具。
文檔編號B24D3/00GK101148035SQ200710156519
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者俞冬強, 呂冰海, 勇 戴, 翊 楊, 王志偉, 袁巨龍, 陳美偉, 黎 陶 申請人:浙江工業大學;湖南大學