[發明專利]超硬磨料砂輪工作層及其制備方法、超硬磨料砂輪

有效

• 申請號: 202110410474.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112936121B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 苗情;殷振;戴晨偉;曹自洋;趙彪;丁文鋒
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00;B24D3/20
• 代理公司: 蘇州今邁知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32524
• 代理人: 張佩璇

本發明公開了一種超硬磨料砂輪工作層及其制備方法、超硬磨料砂輪。所述超硬磨料砂輪工作層包括N個相互疊加的磨料層，N≥2，任一所述磨料層包括結合劑和陣列分布在所述結合劑中的多個磨粒，任一所述磨料層的結合劑上陣列分布有多個孔隙，多個所述磨粒和多個所述孔隙交錯分布；所述方法包括：水解層層數確定、水解層上激光預制第一孔和第二孔的分布設計、分層布置超硬磨料磨粒和造孔劑、冷壓成型及燒結砂輪工作層。本發明通過設計并實現磨粒與孔隙的空間有序分布，所制得的砂輪工作層兼具高開放孔隙率、高磨粒鋒利度等特性，磨削性能優異。

技術領域

本發明涉及超硬磨料工具制造技術領域，具體的是一種超硬磨料砂輪工作層及其制備方法、超硬磨料砂輪。

背景技術

鎳基高溫合金、鈦合金等先進金屬材料憑借優異的高溫綜合性能在航空航天、核工業等領域獲得廣泛應用。然而，這些先進材料給機械加工帶來了巨大的困難。現階段，超硬磨料砂輪(如CBN、金剛石砂輪等)因其優異的磨削性能成為先進金屬材料高效精密加工的重要工具。

超硬磨料砂輪工作層一般包含磨粒、孔隙、結合劑等組元。研究表明，相較于無序排布的磨粒和孔隙，按照一定規則排布的磨粒和孔隙有助于提升砂輪工作層的容屑空間、砂輪的鋒利度等，從而提高砂輪整體的磨削能力、減輕砂輪磨損。經查詢，文獻[Ding etal.Grindability and surface integrity of cast nickel-based superalloy increep feed grinding with brazed CBN abrasive wheels,Chinese Journal ofAeronautics,23(2010)501-510.]采用磨粒有序排布的單層釬焊CBN砂輪，有效降低了磨削過程中的能耗與磨削溫度，但是由于砂輪只有單層磨粒，當因磨損導致磨粒脫落后，后續無法補充，致使砂輪使用壽命較短；發明專利[一種基于二硫化鉬和開放孔隙的金屬結合劑金剛石砂輪及其制備方法，公開號：CN111251200A]提出采用尿素作為造孔劑，實現多層金屬結合劑金剛石砂輪的高孔隙率制造，但是由于金剛石磨粒、尿素均為無序排布，導致高孔隙率金剛石砂輪的磨削效果提升受限；發明專利[磨粒三維有序分布的立方氮化硼砂輪及其制備方法，公開號：CN102729157A]報導了通過將多顆CBN磨粒預先粘結一起，制作成CBN纖維磨粒，從而實現砂輪局部空間內磨粒的有序排布，有助于提升磨削效率，但磨粒的空間排布形式單一，且專利中未見砂輪孔隙的規則排布。

以上文獻所涉及的砂輪磨粒和孔隙的排布均是分開實施的，并未考慮多層超硬磨料砂輪的磨粒與孔隙的協同有序排布。事實上，只有同時實現多層超硬磨料砂輪的磨粒與孔隙的空間分布設計和控制，才能借助最優的砂輪工作層組元排布，促使多層超硬磨料砂輪在鎳基高溫合金、鈦合金等難加工材料高效磨削中發揮出最大潛能。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本發明實施例提供了一種超硬磨料砂輪工作層及其制備方法、超硬磨料砂輪，其目的在于通過設計和控制多層超硬磨料砂輪的磨粒與孔隙空間分布狀態，提升多層超硬磨料砂輪的開放孔隙率、磨粒鋒利度等特性，進而提升磨削性能，所得砂輪可以實現鎳基高溫合金等難加工材料的高效精密加工。

本申請實施例公開了：一種超硬磨料砂輪工作層，包括N個相互疊加的磨料層，N≥2，任一所述磨料層包括結合劑和陣列分布在所述結合劑中的多個磨粒，任一所述磨料層的結合劑上陣列分布有多個孔隙，多個所述磨粒和多個所述孔隙交錯分布。

本申請實施例還公開了：一種多層超硬磨料砂輪工作層的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：提供N個用于固定顆粒物的水解層，其中N≥2，所述水解層上設有多個用于放置磨粒的第一孔和多個用于放置造孔劑的第二孔，多個所述第一孔和多個所述第二孔分別陣列分布；

步驟2：將第一個所述水解層放置于模具中，向第一個所述水解層的多個第一孔中一一放入磨粒，向第一所述水解層的多個第二孔中一一放入造孔劑，隨后在第一個所述水解層上放置結合劑以形成結合劑層；至此，完成一個磨料層坯料的布置；