[發明專利]一種有序微槽結構超硬砂輪的壓鑄成型方法

有效

• 申請號: 202010691809.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111906703B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 毛聰;王佳麗;張德嘉;胡永樂;肖思來;隆鵬;孫鵬程;劉超
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00;B24D3/06;B22D17/00;B22D1/00;B22D19/00
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本發明公開了一種有序微槽結構超硬砂輪的壓鑄成型方法，該方法能夠制備出外圓周存在大量有序排布微槽結構且超硬磨料分布均勻的砂輪；具體制備方法為：將砂輪輪轂置于具有大量凹槽的模具內，再將混合均勻的鋁粉和超硬磨料組成的復合粉末倒入模具內，啟動電機使轉臺低速旋轉，復合粉末在離心力作用下會充滿模具凹槽；再將熔融鋁倒入模具內，啟動電機使轉臺高速旋轉，熔融鋁在離心力作用下能夠克服毛細管力滲透到復合粉末的空隙中，鋁粉吸收熔融鋁的熱量而熔化；待模具充分冷卻后脫模，得到有序微槽結構超硬砂輪。本發明使得磨料在鋁基結合劑中分布更為均勻，提高了砂輪的磨削效率和使用壽命，且工藝可重復性強，操作難度低，生產效率高。

技術領域

本發明涉及一種有序微槽結構超硬砂輪的制備方法，特別是一種有序微槽結構超硬砂輪的壓鑄成型方法。

背景技術

隨著現代機械加工朝著高精、高效、低耗等方向發展，對磨具性能提出了更高的要求，而超硬砂輪的磨削效率、磨削精度和耐磨性等性能是高速精密磨削加工中的關鍵問題，同時砂輪本身的制備工藝和制備效率也越來越受到業界的高度關注。超硬砂輪的制備方法通常比較繁瑣，且超硬磨料往往分布不均，特別是表面結構比較復雜的砂輪，如有序微槽結構超硬砂輪，制成后的砂輪容屑、排屑空間小，嚴重影響了砂輪的磨削效率和磨削質量。電鍍工藝可以制備出具有微槽結構的砂輪，但電鍍砂輪通常為單層磨料，電鍍工藝復雜，且難以保證微槽結構和尺寸的一致性。

為了提高有序微槽結構超硬砂輪的制備質量和制備效率，公開號為CN104385160A的專利“一種有序結構電鍍砂輪的制造方法”，先采用激光束在砂輪輪轂外圓周面上加工出凹槽陣列，然后使用環氧樹脂將凹槽陣列填滿，再在砂輪外圓周面上電鍍磨料，從而形成磨料層與環氧樹脂有序間隔排布的電鍍砂輪。通過此方法制備的砂輪增加了砂輪的容屑空間，提高了砂輪的排屑能力，并使磨削液有效的進入磨削區域，改善磨削區的冷卻效果。但由于電鍍過程中被微槽隔開的磨料層有向外擴張的趨勢，砂輪的磨料層數不能過多，所形成的微槽深寬比不能太大，且電鍍工藝效率低下，每個砂輪的微槽陣列都要進行激光逐個加工，生產效率低，很難實現有序微槽結構超硬砂輪的大批量、高效生產。

發明內容

為解決上述砂輪制備過程中現有技術存在的問題，本發明提出一種有序微槽結構超硬砂輪的壓鑄成型方法，也就是將模具一次加工出凹槽陣列，通過離心壓力對超硬磨料、鋁基結合劑進行壓鑄成型，從而大批量快速地制備出外圓周存在大量復雜微槽的有序微槽結構超硬砂輪，本發明采用壓鑄成型方法制備結構復雜的有序微槽結構超硬砂輪，該方法具有制備工藝簡單、效率高、工藝可重復性強的特點，且制備而成的砂輪其磨料分布均勻，微槽深寬比大，能夠提高砂輪后續的磨削質量和磨削效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：取體積分數比25%~35%的超硬磨料和65%~75%的鋁粉進行均勻混合得到復合粉末；將砂輪輪轂進行除銹處理并置于模具內，模具存在大量有序排布的凹槽即模具凹槽；將復合粉末倒入模具中并使其高度與砂輪輪轂的厚度一致；啟動電機使轉臺低速旋轉，復合粉末在離心力作用下會充分填入模具與砂輪輪轂之間的間隙中；將熔融鋁經注液孔倒入模具中，再驅動電機使轉臺高速旋轉，熔融鋁在離心力作用下克服毛細管力滲透到復合粉末之間的空隙；電熱絲加熱模具內的復合粉末并對熔融鋁進行保溫；復合粉末會吸收熔融鋁的熱量，其中的鋁粉因為熔點低而被完全熔化，而高熔點的超硬磨料吸熱之后仍處于固態；鋁的熔點僅為660℃，所以超硬磨料不會受熱損傷；砂輪壓鑄成型：在離心力的作用下，熔融鋁和固態超硬磨料均處于壓鑄狀態；電熱絲斷電，熔融鋁逐步固化形成鋁基結合劑，即鋁基結合劑、超硬磨料和砂輪輪轂構成一個整體鑄件；轉臺停止轉動，待模具充分冷卻后，由熱脹冷縮原理，在脫模劑的作用下鑄件脫模，得到大量磨料層凸塊和磨料層微槽呈相間排布的有序微槽結構超硬砂輪，其中磨料層包括鋁基結合劑和超硬磨料。

所述的鋁粉粒徑為60~400目，超硬磨料粒徑為40~300目。

所述的模具內徑為Φ20~200 mm，可以鑄造出直徑為Φ20~200 mm的砂輪。