一种成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮及其制备方法与流程

本发明涉及一种修整滚轮，具体的说，涉及了一种成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮，还涉及该修整滚轮的制备方法。

背景技术：

成形磨削是当前航空航天、汽车、精密装备等行业中实现诸多复杂形面机械零件高精度、高效率、低成本加工要求的主要机加方法。为了使砂轮在成形磨削时能够具有正确的工作形面，对其进行修整是必不可少的环节，同时砂轮修整效果的好坏也是保证零件加工质量的关键。

针对多层磨料砂轮而言，采用CNC修整器对砂轮进行修整不仅效率高，而且还能通过设置不同运动轨迹修整出各种所需要的砂轮工作形面，因此该方法在成形磨削中得到广泛应用。现阶段，CNC修整器常用电镀金刚石滚轮作为配套的修整工具。

但是，电镀工具对金刚石磨粒的机械把持力低，其磨粒有效利用率通常不足30%，由此带来修整工具使用寿命短、使用成本高的问题，这也是砂轮CNC修整技术应用中一直难以突破的瓶颈。

目前，超硬磨料钎焊技术已成功实现对磨粒的高把持力。

因此，在保证工具制造精度前提下，如何通过钎焊技术提高工具对金刚石磨粒的高把持力，从而提升磨粒的利用率及其使用寿命，已成为降低砂轮CNC修整技术使用成本急需解决的技术问题。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种金刚石磨粒把持力高、磨粒利用充分、滚轮寿命长及使用成本低的一种成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮。还提供了一种设计科学、制造精度高、磨粒等间距有序排列、钎焊过程可控的成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮，包括自内而外依次设置的滚轮基体、环基体、钎料层和磨粒，所述滚轮基体通过粘结层与所述环基体粘结，所述钎料层设置在所述环基体外侧，所述磨粒呈环状等间距一体设置在所述钎料层的外圈。

基上所述，所述钎料层由粉末钎料通过液相烧结固定在所述环基体外侧，同时所述磨粒在液相烧结过程中与所述钎料层固定。

基上所述，所述环基体为内厚外薄的对称斜面体结构。

一种制造成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮的方法，包括以下步骤：

1）制作阴模：阴模的内孔中加工出轴向定位面、水平的磨粒定位面和放置环基体的斜面；

2）制作滚轮基体和环基体：所述滚轮基体为一圆环状结构，所述环基体上端面的外端开设一阶梯结构；

3）涂耐热胶：在阴模轴向定位面的中下部沿周向等间距的涂设一薄层耐热胶；

4）放入环基体：将环基体放入阴模，阴模的斜面与环基体下端面的斜面对齐，调整环基体外圆周面与阴模的轴向定位面同轴心；

5）填入磨粒：将磨粒等间距的填入阴模与环基体之间的缝隙，磨粒位置与耐热胶位置对应，保持磨粒的底面贴合磨粒定位面，磨粒的一侧面抵接轴向定位面并与所述耐热胶接触实现定位；

6）添加钎料：取一环形套模，将该环形套模插入磨粒与环基体之间的缝隙，环形套模与阶梯结构构成容纳钎料粉的空间，将钎料粉填入该空间中并压实；

7）液相烧结：取出套模，然后将所述阴模、所述磨粒、所述环基体、所述钎料一并放入真空炉中进行高温液相烧结，形成滚轮工作层；

8）粘结滚轮基体：先将滚轮工作层和阴模粘结，再将滚轮基体与环基体粘结；

9）加工滚轮基体内孔及端面：利用阴模的参照面，采用机械加工方法保证滚轮基体内孔与阴模的轴向定位面基准统一，以及保证滚轮基体两端面与其内孔之间的垂直度要求；

10）成形：去除阴模，加工环基体及滚轮基体的外形尺寸至要求尺寸。

基上所述，步骤1）中，所述阴模材料为高纯石墨，磨粒定位面的宽度为所述磨粒粒径的60%～70%，放置所述环基体的斜面角度为10～30°。

基上所述，步骤2）中，所述环基体为金属，外圆面宽度为所述磨粒粒径的1～3倍，所述阶梯结构自内向外带有5～20°斜角。

基上所述，步骤4）中， 环基体外圆面距离阴模内径表面的距离为L，其计算公式为：

L=d₀ + d₁；

d₀ =所述磨粒的粒径；

d₁ =0.1～0.2mm；

所述环形套模的厚度小于d₁。

基上所述，步骤3）中，所述耐热胶的耐热温度高于钎焊温度。

基上所述，步骤5）中，所述磨粒为耐热型人造金刚石，粒径大于0.5mm，所述磨粒间距为1～3mm。

基上所述，步骤6）中，所述钎料层由粉末钎料在液相烧结后流淌凝固形成，且钎料层包埋磨粒厚度为粒径的20%以上。

有益效果

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用钎焊技术增加对金刚石磨粒的把持力，进而提升了该修整滚轮的磨粒利用率，最终实现延长该修整滚轮使用寿命、降低修整滚轮使用成本的目的。

进一步的，制备修整滚轮的方法中，以轴向定位面、水平的磨粒定位面为基准填入磨粒，利用涂在轴向定位面上的耐热胶固定磨粒，使得磨粒的形面精度和位置精度可控；利用前述优势，使得磨粒等间距有序排列便捷；开设阶梯结构，配合环形套模，用于对钎料粉末填充进行约束，优化钎料粉末的填入工序，使得钎焊过程钎料层对磨粒的包埋厚度可控。整个制备过程具有工艺简单、制造精度高、钎焊过程可控的优点。

附图说明

图1是本发明中成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮的结构示意图。

图2是本发明中成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮的剖视图。

图3是本发明中液相烧结前粉末钎料装填及其套模使用状态的示意图。

图4是本发明中液相烧结后成形的滚轮工作层与阴模的结构示意图。

图5是本发明中滚轮工作层与阴模之间的粘结固定的结构示意图。

图中：1.阴模；2.磨粒；3.钎料层；4.环基体；5.滚轮基体；6.粘结层；7.耐热胶；8.套模；9.轴向定位面；10.磨粒定位面；11.阶梯结构；12.钎料粉末；13.粘结区；14.第二参照面。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮，包括自内而外依次设置的滚轮基体5、环基体4、钎料层3和磨粒2，所述滚轮基体5通过粘结层6与所述环基体4粘结，粘结层6的材料为A/B胶与金属铝粉的混合物，所述A/B胶与所述金属铝粉按体积比1：1进行配制，所述粘结层6的厚度为0.1mm。所述钎料层3设置在所述环基体4外侧，单层磨粒2呈环状等间距一体设置在所述钎料层3的外圈，所述钎料层3由粉末钎料通过液相烧结固定在所述环基体4外侧，同时所述磨粒2在液相烧结过程中与所述钎料层3固定。所述环基体4为内厚外薄的对称斜面体结构。

由于采用钎焊技术，磨粒的把持力获得大幅提高，同时磨粒裸露高度大，因此滚轮切削锋利，且磨粒的利用率得到提高，由此使得修整滚轮的使用寿命增加，同时也降低了修整滚轮的使用成本。

一种制备上述成形磨削用钎焊金刚石修整滚轮的方法，包括以下步骤：

1）制作阴模1。所述阴模1材料为高纯石墨，阴模1具有内孔，内孔中加工出轴向定位面9、水平的磨粒定位面10和放置环基体4的斜面，磨粒定位面10的宽度为0.7mm，斜面的角度为20°。

2）制作滚轮基体5和环基体4。所述滚轮基体5为一圆环状结构，其内孔直径尺寸为3mm，主要用于后续精度矫正，所述环基体4上端面的外端开设一阶梯结构11，阶梯面角度为15°，用于后续填入钎料粉末12，下端面用于与所述阴模1上的斜面配合，环基体4外圆面宽度为2mm。

3）涂耐热胶。在阴模1的轴向定位面9的中下部沿周向等间距的涂设一薄层耐热胶7，耐热胶7采用耐热温度在1000度以上的耐热胶，具体实施时，可以在预先确定的点胶位置画上标记，然后在标记处进行点胶，提升点胶位置的精度。

4）放入环基体4。阴模1的斜面与环基体4下端面的斜面对齐，调整环基体4外圆周面与阴模1的轴向定位面9同轴心，其中，环基体4外圆面距离阴模1内径表面的距离为L，其计算公式为：

L=d₀ + d₁；

d₀ =磨粒的粒径；

d₁ =0.1～0.2mm。

本实施例中，d₀ =1mm，d₁ =0.2mm，L=1.2mm。

5）填入磨粒2。所述磨粒2为耐热型人造金刚石，粒径为1mm，且单件滚轮上使用的磨粒2粒径大小应通过筛选，尽可能保持一致；将磨粒2等间距的填入阴模1与环基体4之间的缝隙，保证磨粒位置与耐热胶的点胶位置对应，磨粒间的间距控制在2mm，保持磨粒2的底面贴合磨粒定位面10，磨粒2的一侧面抵接轴向定位面9并与耐热胶接触，借助轴向定位面9上的耐热胶7固定自身，所述耐热胶7的耐热温度高于钎焊温度。

6）添加钎料。如图3所示，取一环形套模8，套模8为塑料膜，环形套模的厚度小于d₁，将该环形套模8插入磨粒2与环基体4之间的缝隙，环形套模8与阶梯结构11围成一封闭的空间，用于对钎料粉末12填充时进行约束。环形套模8在具体使用过程中应当与磨粒之间保留间隙，是为了给钎料粉末预留位置，同时不碰到磨粒，然后将钎料粉末12填入环基体4上的阶梯结构11中并压实，钎料粉末的多少决定了包埋磨粒的厚度。

7）液相烧结。取出套模8，然后将所述阴模1、所述磨粒2、所述环基体4、所述钎料粉末12一并放入真空炉中进行高温液相烧结液相烧结，粉末钎料在液相烧结后流淌至缝隙中并凝固形成钎料层3，上述钎料粉末选用Cu-Sn-Ti合金粉末，控制钎料层3包埋磨粒厚度为粒径的30%，最终形成如图4所示的滚轮工作层。

8）如图5所示，粘结滚轮基体。将滚轮工作层与阴模1做进一步粘结，粘结区13的材料为A/B胶，之后再将所述滚轮基体5与环基体4进行粘结。粘结层6材料为A/B胶与金属铝粉的混合物，所述A/B胶与所述金属铝粉按体积比1：1进行配制，所述粘结层的厚度为0.1mm。

9）加工滚轮基体内孔及端面，轴向定位面9作为第一参照面，阴模1的上端面作为第二参照面14，加工滚轮基体的内孔及端面。其目的是保证滚轮基体5内孔与阴模1上磨粒的轴向定位面9基准统一，以及保证滚轮基体5两端面与其内孔之间的垂直度要求。

10）成形。去除阴模1，加工环基体4及滚轮基体5的外形尺寸至要求尺寸，将阶梯结构磨平，将环基体修整成对称斜面体结构。

在其他实施例中，所述磨粒的粒径为1mm，磨粒定位面的宽度为0.6mm，放置所述环基体的斜面角度为10°，所述环基体外圆面厚度为3mm，所述阶梯结构自内向外10°斜角，所述磨粒间距为3mm，钎料层包埋磨粒厚度为粒径的15%，已达到体积更加轻薄的特性。在更多实施例中，也可以采用适用范围内的其它尺寸，以便获取不同特性的修整滚轮。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。