一種超硬磨粒磨具整形方法
【專利摘要】本發明公開了一種超硬磨粒磨具整形方法，包括如下步驟：1）通過在線加熱使在整形過程中超硬磨粒磨具上的超硬磨粒或活性整形塊至少一方的溫度持續保持在活化溫度區內；2）將超硬磨粒磨具上的超硬磨粒與活性整形塊進行接觸并作相對刻劃運動；3）超硬磨粒與活性整形塊中的反應性元素發生反應并生成化學反應物，所述的化學反應物被移除；4）實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，直至所述的超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止所述的步驟1-3。最終通過上述整形步驟達到去除磨粒多余部分，高效率獲得高形狀精度超硬磨料磨具的目的。
【專利說明】一種超硬磨粒磨具整形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工中超硬磨粒磨具應用領域,具體地涉及一種超硬磨粒磨具整形方法。
【背景技術】
[0002]超硬磨粒磨具，如砂輪、磨輪、鋸片、鉆頭等，廣泛應用于工程陶瓷、半導體材料、硬質合金、光學材料、石材、混凝土等硬脆難加工材料的加工。擁有正確的幾何形狀是超硬磨粒磨具實現高效、精密、長壽命加工的關鍵。然而因超硬磨粒粒度、晶型以及位置分布等差異的客觀存在，加上工具制備工藝過程磨粒存在移位等問題，制造出來的超硬磨粒磨具很難擁有預期、正確的幾何形狀，嚴重影響其加工使用，因此在使用前必須對其進行整形，即通過加工將超硬磨粒磨上多余的磨粒移除，從而使其輪廓幾何形狀得到矯正。目前整形方法有機械整形、脈沖激光整形、電火花-機械整形和化學修整等。機械式整形屬于“硬碰硬”的干涉撞擊去除過程，這必然導致造成整形過程砂輪金剛石磨粒產生大量破損和不必要的脫落，從而極大降低了砂輪的整形精度和砂輪的磨削能力；脈沖激光整形所采用的激光發生器設備昂貴，耗能大，操作復雜，生產成本高。化學修整法，通過一定的化學反應使金剛石磨粒逐層去除，修整精度較高，但由于化學反應發生的條件較苛刻，目前已有的機械化學式修整法修整效率較低。
[0003]馬宏路報道了用聲光調QYAG脈沖激光修整超硬磨料砂輪的方法，從脈沖激光修整超硬磨料砂輪的機理出發，利用閉環控制單脈沖的輸出，進行系統地青銅金剛石砂輪修整實驗。該方法所需設備昂貴，操作過程復雜，耗能大，不適合實際的生產應用。
[0004]王平等報道了對鑄鐵微細金剛石、CBN砂輪采用電火花一機械復合快速精密整形方法，修整后砂輪表面光滑，形狀精度高，磨粒等高性好，適合起精密鏡面磨削用。2006.6.14公開的專利號CN200510032590.7的中國發明專利公開了一種金屬結合劑超硬磨料砂輪的電火花一機械復合整形方法，首先對砂輪進行電火花整形，直至電火花無法生成；然后采用制動式碳化硅滾輪來進行機械整形，直至將突出的磨粒磨除，即出刃高度為零。電火花一機械復合整形方法中，電火花是用于除去多余的結合劑，而對突出磨粒的去除依然采用機械滾壓完成，易對磨粒產生大量破損和不必要的脫落。
[0005]王帥等利用釬焊金剛石砂輪磨削低碳鋼的機械化學方法修整金剛石砂輪，通過金剛石與鋼塊劃擦在劃擦界面形成瞬時高溫，而使與鐵直接接觸的金剛石磨粒自由表面局部區域由于高溫而發生石墨化；另一方面在高溫下，金剛石的碳原子與鋼中的鐵原子相互親和擴散，形成強度較低的Fe3C層粘附在金剛石的表面，與形成的石墨一起同時被油石塊磨粒去除。韓帥等采用Crl2鋼塊對金剛石砂輪進行修整，通過機械化學磨損去除金剛石磨粒材料，達到對金剛石磨粒砂輪進行整形的目的。上述機械化學整形方法均是利用摩擦產生的熱使磨粒與活性金屬發生化學反應，由于摩擦所產生的熱量有限，使得反應溫度不高，導致整形效率低下。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種超硬磨粒磨具整形方法，以解決現有技術中存在的上述問題。
[0007]本發明提供的技術方案如下：
[0008]一種超硬磨粒磨具整形方法，包括如下步驟：
[0009]I)通過在線加熱使在整形過程中超硬磨粒磨具上的超硬磨粒和活性整形塊兩部分至少一方的溫度持續保持在活化溫度區內；
[0010]2)將超硬磨粒磨具上的超硬磨粒與活性整形塊進行接觸并作相對刻劃運動；
[0011]3)超硬磨粒與活性整形塊中的反應性元素發生反應并生成化學反應物，所述的化學反應物被移除；
[0012]4)實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，直至所述的超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止所述的步驟1-3。
[0013]所述的超硬磨粒為金剛石或立方氮化硼磨粒，也可以是表面經過金屬化處理的金剛石或立方氮化硼磨粒，超硬磨粒粒徑范圍為O. 02mm-0. 8mm。
[0014]所述的反應性元素是鐵、鈦、鉻、鎢、鈷、釩、鑰、鋯或鋁元素中的一種或多種的合金。
[0015]所述的活化溫度區范圍為200°C -1000°C。
[0016]所述的相對刻劃運動是所述的超硬磨粒與所述的活性整形塊之間存在運動速度差的接觸。
[0017]進一步的，所述的運動速度差的范圍為0-100m/s，所述的接觸的深度范圍為
O.I μ m-10 μ m。
[0018]進一步的，所述的超硬磨粒與所述的活性整形塊兩者運動的方向為同向、反向或有角度交叉。
[0019]進一步的，所述的角度交叉的范圍為0-60°。
[0020]所述步驟3)中所述的化學反應物通過所述的超硬磨粒與所述活性整形塊進行所述的相對刻劃運動時產生的機械作用移除。
[0021]進一步的，經過機械研磨移除所述的化學反應物。
[0022]本技術方案與【背景技術】相比，它具有如下優點：
[0023]在活化溫度區超硬磨粒與活性整形塊中的反應性元素發生化學反應，生成可被容易移除的化學反應物，從而達到對超硬磨粒磨具進行整形的目的，該方法避免了機械式整形導致造成整形過程磨粒產生大量破損和不必要的脫落的副作用；同時也避免了化學修整法在常溫情況下導致整形效率低下的問題；此外該方法所采用設備均為常規設備相比脈沖激光整形方法，操作過程簡單，生產成本低，適合在實際生產中的應用。
【具體實施方式】
[0024]以下結合具體實施例進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的內容并不限于此。
[0025]實施例I
[0026]活性整形塊采用90%Ti、6%Al、4%V均質合金，通過公知加熱方法加熱使得活性整形塊一直保溫在600°C。金剛石砂輪以線速度lOm/s，接觸深度I μ m,相對于活性整形塊做往復切入運動。在這個往復接觸過程中，超硬砂輪上的磨粒與活性整形塊中的Ti、Al、V元素發生化學反應，并在接觸的機械作用下發生移除，將砂輪上磨粒多余部分快速磨除。實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，當超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止整形加工，最終獲得高精度的砂輪幾何輪廓。
[0027]實施例2
[0028]將采用30%Fe、20%Cu、15%Ni、7%Sn、8%Zn和20%活性合金粉（活性合金粉成分為76%Ni、14%Cr、10%P)均勻混合后通過燒結成形成活性整形塊。通過加熱并保溫700°C。金剛石砂輪以線速度30m/s，接觸深度10 μ m相對于活性整形塊做往復切入運動。在這個往復接觸過程中，超硬砂輪上的磨粒與活性整形塊中的Fe和Cr元素發生化學反應，并在接觸的機械作用下發生移除，從而將砂輪上磨粒多余部分快速磨除，獲得高精度的砂輪幾何輪廓。實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，當超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止整形加工，最終獲得高精度的砂輪幾何輪廓。
[0029]實施例3
[0030]將采用42%Ag、38%Cu和20%Ti均質合金作為活性修整塊，通過加熱并保溫在750°C。立方氮化硼以線速度8m/s，接觸深度O. Ιμπι相對于活性整形塊做往復切入運動。在這個往復接觸過程中，超硬砂輪上的立方氮化硼磨粒中的N和B元素與活性整形塊中的Ti元素發生化學反應，并在接觸的機械作用下發生移除，從而將砂輪上磨粒多余部分快速磨除，獲得高精度的砂輪幾何輪廓。實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，當超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止整形加工，最終獲得高精度的砂輪幾何輪廓。
[0031]實施例4
[0032]將采用42%Ag、38%Cu和20%Ti均質合金作為活性修整塊，通過加熱并保溫在9000C。立方氮化硼以線速度100m/S，接觸深度8 μ m相對于活性整形塊做往復切入運動。在這個往復接觸過程中，超硬砂輪上的立方氮化硼磨粒中的N和B元素與活性整形塊中的Ti元素發生化學反應，并在接觸的機械作用下發生移除，從而將砂輪上磨粒多余部分快速磨除，獲得高精度的砂輪幾何輪廓。實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，當超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止整形加工，最終獲得高精度的砂輪幾何輪廓。
[0033]實施案例5
[0034]活性整形塊采用82%Ni-8%Cr-3%B-5%Si_2%Fe均質合金，通過公知加熱方法加熱使得活性整形塊一直保溫在1000°c。金剛石砂輪以線速度lOm/s，接觸深度10 μ m，相對于活性整形塊做往復切入運動。在這個往復接觸過程中，超硬砂輪上的磨粒與活性整形塊中的Cr元素發生化學反應，并在接觸的機械作用下發生移除，將砂輪上磨粒多余部分快速磨除。實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，當超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止整形加工，最終獲得高精度的砂輪幾何輪廓。
[0035]上述實施例僅為本發明較佳的實施方式，但本發明的構思并不局限于此，凡利用本發明的構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護范圍的行為。
【權利要求】
1.一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)通過在線加熱使在整形過程中超硬磨粒磨具上的超硬磨粒或活性整形塊至少一方的溫度持續保持在活化溫度區內； 2)將超硬磨粒磨具上的超硬磨粒與活性整形塊進行接觸并作相對刻劃運動； 3)超硬磨粒與活性整形塊中的反應性元素發生反應并生成化學反應物,所述的化學反應物被移除； 4)實時測量整形過程中的超硬磨粒磨具形貌，直至所述的超硬磨粒磨具形貌符合設計標準后，停止所述的步驟1-3。
2.根據權利要求1所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的超硬磨粒為金剛石或立方氮化硼磨粒。
3.根據權利要求2所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的超硬磨粒表面經過金屬化處理。
4.根據權利要求1-3任一項所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的超硬磨粒粒徑范圍為0.02mm-0.8mm。
5.根據權利要求1所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的反應性元素是鐵、鈦、鉻、鶴、鈷、銀、鑰、錯或招元素中的一種或多種的合金。
6.根據權利要求1所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的活化溫度區范圍為 200°C -1000°C。
7.根據權利要求1所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的相對刻劃運動是所述的超硬磨粒與所述的活性整形塊之間存在運動速度差的接觸。
8.根據權利要求7所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的運動速度差的范圍為0-100m/s，所述的接觸的深度范圍為0.1 u m-10 u m。
9.根據權利要求7所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的超硬磨粒與所述的活性整形塊兩者運動的方向為同向、反向或有角度交叉。
10.根據權利要求9所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述的角度交叉的范圍為0-60°。
11.根據權利要求1所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:所述步驟3)中所述的化學反應物通過所述的超硬磨粒與所述活性整形塊進行所述的相對刻劃運動時產生的機械作用移除。
12.根據權利要求11所述的一種超硬磨粒磨具整形方法，其特征在于:經過機械研磨移除所述的化學反應物。
【文檔編號】B24B53/06GK103753398SQ201410027200
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】黃國欽, 徐西鵬, 郭樺 申請人:華僑大學