专利名称：一种冷冻磨具及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磨具及其制备方法，具体地说是一种利用液体作为粘结剂，通过冷冻将磨料粘结形成的磨具及其制备方法。
背景技术：
众所周知，传统的磨具均是由磨料和粘结剂组成的，同时它又是一种非常重要和常规的表面粗、精加工工具，尤其是超精、超薄材料的加工更离不开磨具的磨削加工。由于磨削是通过磨粒与被磨工件对应磨擦而达到加工目的的，其加工过程中会产生大量的热，该热量如果传递到被加工对象中就会在被加工对应中产生热应力，因此冷却是磨削加工的必要装置，虽然现有的磨削设备均加装有冷却喷淋装置，给磨具降温的同时将磨削过程中产生的磨屑及脱落的磨料冲走，但对热敏感性强的材料而言，仍然会影响最终产品的性能。此外对于一些硬度较低的材料，如铝材，由于材料硬度较低，容易与磨粒粘结，使砂轮中的磨粒无法参与切削，因而只能采用金刚石车削的方法进行高精加工，速度慢、成本高。
综上所述，目前在利用磨具进行精加工时，急需一种适应性强，制造方便，磨削热小，既能对硬质金属进行磨削，又能对软质金属、非金属等质地较软的材料进行磨削加工，得到理想的表面粗糙度和厚度的磨具供使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷冻磨具及其制备方法，以适应目前磨削精加工的需求。
本发明的技术方案是一种冷冻磨具，其特征是主要由磨料、添加剂和冷冻后起到粘结作用的液体组成，其中磨料占总重量的10％～70％，添加剂占总重量的10％～20％，余量为最终结成冰的液体。
所述的添加剂可采用细土，也可采用无粘性的粉状物料，如石粉等。
所述的液体为水或乙醇等冷冻性能好的液体。
本发明冷冻磨具可采用以下方法制造a、首先将配比好的磨料、添加剂和液体搅拌成糊状，置入模具中；b、然后将上述模具放入冷冻设备中，在零下1至零下40度的条件下进行冷冻，待模具中的糊状物完全凝固成固体即得与模具外形相同的冷冻磨具。本发明的有益效果1、制造简单，成形容易，可制造成各种形状，尤其适合制作成异形磨具。
2、适合于各种材质和粒度的磨粒成形。
3、加工过程中产生的磨削热很小，有利于防止被磨削零部件热应力的产生，且使用方便，可通过在磨头部位加装冷却装置、充填液氮等方法保证砂轮不会因环境温度而自行熔化。
4、粘结强度完全能满足使用要求。当液体结成冰后其硬度和强度相当大，既确保磨粒与冰结合的强度，冰本身也可参与一定的切削。成块的冰其硬度和强度足可以将钢板冲裂，泰坦尼克号海轮毁于海中浮冰就是最好的证明。
5、可实现自润滑磨削，加工过程中可不添加润滑剂，有利于环境保护，适应当前绿色制造的发展方向。
6、为超薄晶体材料的制造提供了行之有效的加工工具。
7、为软性材料和非金属材料零件的高精度表面加工提供了全新的加工工具，必将引起材料加工方式的变革，有利于开拓这类材料的新的用途。
8、使用方便，可现制现用。对科研单位而言可大幅度降低实验成本，有利于磨削、磨料实验的低成本进行。
9、可实现磨具的自修锐，有利于减少停机时间，降低加工成本。
10、能在高速下工作，有利于提高加工效率。
11、可实现机械和化学磨削的双重结合，通过改变添加剂或/和液体的PH值可实现化学磨削的目的。
图1是本发明的超薄材料研磨用冷冻砂轮模具及冷冻砂轮结构示意图。
图2是本发明的超薄材料研磨用冷冻砂轮模具及冷冻砂轮结构示意图。
图3是本发明的冷冻杯形砂轮模具及冷冻杯形砂轮示意图。
图4是本发明的冷冻平形砂轮模具及冷冻平形砂轮示意图。
图5是本发明的冷冻碗形砂轮模具及冷冻碗形砂轮示意图。
图中1为上模，2为下模，3为注料孔，4为连接螺纹。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种超薄材料研磨用冷冻砂轮，由500克的W5金刚磨料、200克的石粉及300克的水(也可为50％乙醇)组成，使用前先将三者混合制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连同模型一起放入低温试验箱中冷冻45分钟，并在零下50度下保温15分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用，图1a为模具图，图1b为使用图1a所示模具制造的冷冻砂轮使用状态图。
实施例二。
如图2所示。
一种超软材料研磨用冷冻砂轮，由200克的100目金刚磨料、100克的100目的石粉及700克的水(也可为35％的乙醇)组成，使用前先将三者混合制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连同模型一起放入低温试验箱中冷冻50分钟，并在零下35度下保温20分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。图2a为模具图，图2b为使用图2a所示模具制造的冷冻砂轮使用状态图。
实施例三。
如图3所示。
一种超硬材料抛光用冷冻砂轮，由700克的W10金刚磨料、150克的石粉及150克的水(也可为32％的乙醇)组成，使用前先将三者混合制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连同模型一起放入低温试验箱中冷冻35分钟，并在零下30度下保温60分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。图3a为模具图，图3b为使用图3a所示模具制造的冷冻砂轮使用状态图。
实施例四。
如图4所示。
图4所示的为一种普通硬度材料磨削用冷冻杯形砂轮，可用其端面磨平面或刃磨铣、铰、拉刀等，也可用其外圆磨内圆，该砂轮由450克的100目金刚磨料、150的100目石粉及400克的水(或浓度为40％的乙醇)组成，使用前先将三者混合制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连同模型一起放入低温试验箱中冷冻50分钟，并在零下40度下保温25分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。图4a为模具图，图4b为使用图4a所示模具制造的冷冻砂轮使用状态图。
实施例五。
如图5所示。
图5所示的为一种普通硬度材料磨削用冷冻平行砂轮，用于外圆、内圆、平面、无心磨、刃磨等，该砂轮由600克的80目金刚磨料、100的80目的石粉及300克的水(也可为浓度为60％的乙醇)组成，使用前先将三者混合均匀制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连接同模型一起放入低温试验箱中冷冻45分钟，并在零下60度下保温30分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。图5a为模具图，图5b为使用图5a所示模具制造的冷冻砂轮使用状态图。
实施例六。
一种普通硬度材料磨削用冷冻碗形砂轮，用于刃磨各种刀具等，该砂轮由400克的150目金刚磨料、200克的150目的石粉及40克的(也可为75％的乙醇)组成，使用前先将三者混合制成糊状，再将其压入砂轮模型中，然后连接模型一起放入低温试验箱中冷冻45分钟，并在零下70度下保温10分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用。
实施例七。
一种超薄材料抛光用CMP冷冻抛光砂轮，由500克的金刚磨料、100克的添加剂(它由多羟基二胺40克、烷基聚氧乙烯醇醚15克、乙二胺四乙酸二钠盐15克、羧甲基纤维素(CMC)或聚乙二醇(分散剂)30克)及余量的400的水(或浓度为45％的含水乙醇)组成，使用前先将三者混合均匀使之形成磨料处于分散、悬浮状的胶状混合物，再将其压入抛光垫模具中，然后连同模具一起放入低温试验箱中冷冻45分钟，并在零下40度下保温15分钟。使用时应先进行脱模，然后快速将其安装在带有冷却装置或液氮的动力头上即可开机使用，采用此抛光垫加工单晶硅片可使表面粗糙度值达到Ra＝2.01nm，比传统的CMP效率提高近14倍。
权利要求
1.一种冷冻磨具，其特征是主要由磨料、添加剂和冷冻后起到粘结作用的液体组成，其中磨料占总重量的10％～70％，添加剂占总重量的10％～20％，余量为最终结成冰的液体。
2.根据权利要求1所述的冷冻磨具，其特征是所述的添加剂或为细土，或为无粘性的粉状物料，或为与被加工对应相配的符合CMP加工要求的化学添加剂。
3.根据权利要求1所述的冷冻磨具，其特征是所述的液体为水或浓度为32％-90％的含水乙醇。
4.一种权利要求1所述的冷冻磨具的制备方法，其特征是包括以下步骤a、首先将配比好的磨料、添加剂和液体搅拌均匀，置入模具中；b、然后将上述模具放入冷冻设备中，在零下1至零下70度的条件下进行冷冻，待模具中的糊状物完全凝固成固体即得与模具外形相同的冷冻磨具。
全文摘要
本发明针对传统磨具在磨削加工过程中会产生大量的磨削热不适于加工热敏性材料、软材料及磨具制作成本高等缺点，提出了一种冷冻磨具及其制备方法，以适应目前磨削精加工的需求。本发明利用水作为粘结剂，通过冷冻将磨料粘结形成磨具，可用于磨削加工各种工件，尤其适于加工热敏性材料、软材料。具有制造简单、加工成本低、加工效率高、绿色环保等优点。
文档编号B24D18/00GK1903509SQ200610041108
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月3日 优先权日2006年8月3日
发明者左敦稳, 孙玉利, 王珉, 黎向锋 申请人:南京航空航天大学