本发明涉及铸件飞边打磨技术领域，更具体地，涉及一种新型钎焊金刚石磨具及其制备工艺。
背景技术：
目前，铸件飞边常规的打磨方法是打磨工用安装了树脂砂轮片的手动砂轮机进行手动打磨。由于树脂砂轮片是利用树脂固化的原理将碳化硅磨料、刚玉磨料固结成盘状制作而成，其结合强度低，因此在打磨过程中，会出现打磨盘易消耗、火花大、气味大、粉尘大等缺点。这是由于树脂砂轮片在打磨过程中遇到铸铁件飞边受到过大冲击，导致磨料边磨削边脱落，并由于磨料出露高度低，磨削表面温度高，导致树脂变软、烧熔挥发，散发出有毒、刺激气味。此外，由于磨料出露低导致打磨盘锋利度不理想，打磨效率较慢，使得铸件的打磨工作量占铸件整体制造工作量的四分之一左右。
由于存在以上的缺点，再加上铸件制造业对成本控制的要求，需要开发一种新型打磨盘来取代传统打磨盘，以达到磨削效率高、寿命长、无污染等目的。
金刚石聚晶的固结技术目前有电镀、烧结、钎焊等三种主要结合方式。通过对以上三种结合方式进行对比发现，烧结技术与电镀技术磨料出露高度底，胎体对磨料把持强度低，锋利度不理想，排屑效果差，已证明难以胜任打磨铸件飞边的要求。而钎焊技术是利用焊料熔化将金刚石聚晶与基体焊接在一起，焊料与磨料之前发生了化学冶金结合，磨料焊接强度高，因此磨料出露高，磨削锋利，是较为理想的一种制作打磨铸件飞边的技术。相比其它磨料，金刚石为目前最硬的物质；研磨性好；比热小而导热率大，因此易升温也容易散热，而且金刚石是打磨金属较为理想的材料。相比于传统树脂砂轮片，钎焊金刚石工具由于在使用过程中基本不会出现磨料脱落现象，而且无树脂熔化挥发，因在使用过程安全，无刺激性气味产生，更具有绿色环保的特点。这与目前低碳、环保的发展理念是一致的。
目前，利用钎焊技术，将金刚石焊接在钢基体上制备钎焊金刚石工具已有部分应用于实际生产中，比如高铁博格板磨轮，钎焊金刚石钻头等。但对于专业打磨铸件铸件飞边的金刚石工具目前尚未有相关报道与专利出现。现有的钎焊金刚石打磨工具种类少，且多用于打磨石材，工具的制作工艺，基体外形、以及打磨设备均有较大不同，无法应用于铸件打磨上。
而且目前常规的钎焊磨盘多为在磨盘基体表面无序排布一定数量的金刚石，然后经过高温钎焊制作而成。其磨盘表面磨料排布由于工艺限制，难以做到均匀排布，而且未有根据磨盘的实际形貌进行地貌优化，即浪费了金刚石用量，又制约了磨盘的磨削效率与寿命。
磨料排布技术在钎焊、电镀产品中已有部分应用，实际应用于生产的技术有孔模板法、真空吸附法以及簇状排布法。其中孔模板法是利用特殊材料制成的孔模板来有序分布磨料，其原理是在基板上开有序列小孔，每孔容纳一颗金刚石，然后利用相关工艺将序列排布的金刚石粘附于基体表面。此方法多用于制备烧结金刚石工具中，如锯片刀头，目前只能用于平面以及少量简单几何外形。真空吸附法是利用抽真空的原理让一带有小孔的模板具有吸附力吸附金刚石，然后置于基体表面，此种方式与孔模板法类似，只能制备一些较为简单的几何面，而且上述两种方法目前尚未做到按照工件使用性能来有序分布磨料。第三种簇状排布法指利用一定几何外形的模板，使金刚石磨料分布于此模板的空隙内，布好后撒去模板即可。此种方式多见于电镀金刚石产品中，由于模板制作较为简单，在电镀产品中应用广泛，但此种方法仅能做到宏观形状有序，而每个空隙中的金刚石磨料排布仍然是无序的，无法做到有序排布，难以有效发挥金刚石磨料的优势。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的技术问题，本发明根据铸铁件打磨的具体要求，以打磨用手动砂轮机为配套机器，结合钎焊金刚石聚晶工具的钎焊工艺，并根据铸铁件飞边大小、外形以及打磨盘的大小优化计算金刚石聚晶磨料在打磨盘表面的排布，提供了一种适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具及其制备方法。本发明所设计的磨具具有打磨效率高、手感轻、震动小、无气味、寿命长、外形美观的特点。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具，包括手动砂轮机和安装于手动砂轮机的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘，所述钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘基体为圆盘形，包括打磨盘外端、打磨盘斜面、打磨盘平面顶端和打磨盘底部，打磨盘外端、打磨盘斜面和打磨盘平面顶端平面均布有金刚石聚金磨料，所述金刚石聚金磨料通过焊料钎焊固定；所述打磨盘外端边缘的磨料是有序密排的，打磨盘斜面的磨料是单颗并沿磨盘径向有序等间距分布的，打磨盘平面顶端平面的磨料是簇状磨料涡轮状排布的；打磨盘底部为一凹面，用于排屑以及定位于砂轮机，打磨盘底部中心设置用于固定于砂轮的孔。
进一步地，所述打磨盘平面顶端的宽度占磨盘半径的1/3～1/2，打磨盘斜面的宽度为3～5mm；打磨盘底部为一凹面，用于排屑以及定位于砂轮机，打磨盘底部中心设置用于固定于砂轮的孔。
进一步地，所述钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘基体外径为100mm～180mm，基体厚度为1.4mm～4.5mm。
进一步地，所述打磨盘斜面与水平方向的夹角θ为5°～15°。
进一步地，所述的磨料钎焊在打磨盘基体表面，焊料为镍铜铬硼硅合金，钎焊方式为真空钎焊。
进一步地，所述打磨盘外端边缘的磨料是有序密排的高品级的钻切用磨料，磨料粒度为10～50目，相邻两颗磨粒的横向间距为2d～4d，相邻两颗磨粒的纵向间距为2d～5d，其中d为磨料的最大粒径。
进一步地，所述打磨盘斜面的磨料在沿磨盘径向方向上数量相同。
进一步地，所述打磨盘平面顶端平面的磨料是中等品级的涡轮状排布的簇状磨削用磨料，磨料粒度为10～50目，每簇3～8颗磨料。
本发明还提供了一种适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)打磨盘基体外径冲压；
(2)打磨盘基体外端边缘进行倒角；
(3)打磨盘基体表面进行喷砂处理，并进行超声清洗；
(4)在清洗晾干的基体表面进行涂覆粘结剂，所述粘结剂用于粘结金刚石磨粒与焊料；
(5)依次对打磨盘平面顶端、打磨盘斜面和打磨盘外端边缘进行磨料排布；
(6)磨料排布完成后，添加钎焊焊料并进行真空钎焊，制备出铸件打磨用金刚石磨盘。
进一步地，所述打磨盘平面顶端、打磨盘斜面和打磨盘外端边缘进行磨料排布均通过以下步骤完成：
(1)将预制的按地貌优化所设计的有序排布模板置于基体表面；
(2)排布金刚石磨料，金刚石磨料分布于模板的空洞区域内，从而得到按照地貌优化所设计的形貌；所述打磨盘平面顶端得到旋涡状排布的簇状有序的地貌；所述打磨盘外端边缘得到有序密排的地貌；所述打磨盘斜面得到单颗磨粒有序排布且径向数目相同的地貌；
(3)撤除有序排布模板，得到金刚石按地貌优化排布表面形貌。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的制备方法生产的钎焊金刚石铸件打磨盘，具有打磨效率高、手感轻、震动小、无气味、寿命长、外形美观等特点，并且根据实际情况选择不同品级的磨料，优化了成本，更具有经济性，较为完美地替代了传统的树脂砂轮片，是铸件制造业中铸件打磨盘发展的方向，具有很大的市场潜力。
(2)本发明的制备方法工艺简单，操作方便，能够简单的实现金刚石磨料的有序、簇状排布。
说明书附图
图1为本发明的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘结构剖视图；
图2为本发明的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘外端边缘磨料排布示意图；
图3为本发明的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘顶端平面磨料排布示意图。
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。
适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具，包括手动砂轮机和安装于手动砂轮机的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘，其中钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘基体外形为圆盘形，如图1所示，包括打磨盘外端1、打磨盘斜面2、打磨盘平面顶端3和打磨盘底部4，打磨盘外端1、打磨盘斜面2和打磨盘平面顶端3平面均布有金刚石聚金磨料，所述金刚石聚金磨料通过焊料钎焊固定；磨料钎焊在钢基体表面，焊料为镍铜铬硼硅合金，真空钎焊实现高强度连接。打磨盘平面顶端的宽度占磨盘半径的1/3～1/2，斜面的宽度为3～5mm；打磨盘底部为一凹面，用于排屑以及定位于砂轮机，打磨盘底部中心设置用于固定于砂轮的孔。打磨盘基体外端倒圆角，圆角大小与基体厚度匹配。本发明所适用的打磨盘尺寸范围为：外径100mm～180mm，基体厚度为1.4mm～4.5mm。
打磨盘的磨料布料根据磨盘工作情况以及磨盘外形确定。打磨盘工作时沿打磨盘中心轴高速旋转，并可按照任一方向、特定角度运动，因此，打磨盘磨削的运动极为复杂，根据其实际应用的状态逆向分析，确定钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘上的磨料分布并进行地貌优化。
(1)打磨盘外端边缘磨料排布地貌优化
打磨盘在使用过程中，打磨盘外端边高速转动边向前推进，因此在打磨盘外端受力最大，要求金刚石钎焊强度更高，所承担负载更大，而且打磨盘外端的运动可以看作一边切割一边磨削的运动，因此，为了减小外端负载，磨盘外端磨料的密度应在保证排屑空间的情况下尽可能的多，因此磨盘外端布料要做到密排有序，如图2所示。
根据负载与磨盘运动轨迹分析，此处磨料选用大粒度、高品级的钻切用磨料。磨料粒度范围为10目～50目，通过试验优选用35目～40目粒度。相邻两颗磨粒的横向间距为2d～4d，相邻两颗磨粒的纵向间距为2d～5d，其中d为磨料的最大粒径。
(2)打磨盘斜面磨料排布地貌优化
由于操作人员在使用打磨机时打磨盘与打磨平面常会保持一定夹角，使得打磨盘能获得一个向前的推力对突起的铸件飞边进行切磨，而且可以保证打磨盘在打磨铸件飞边时磨片边缘能够通过斜面将磨屑排出，并使得打磨盘对打磨面有一定的适应性。因此打磨盘上端是一个由平面与一定倾角的斜面组成的。斜面角度θ(如图1所示)可根据人体工程学的原理以及结合铸件铸件飞边的外形来确定。
打磨盘斜面上由于承受负载打磨盘外端边缘较小，但仍需要起到磨削、排屑的作用，对此斜面的要求是磨削效率高、磨削寿命长、散热效果佳、排屑效果好，为了实现上述要求，采用有序排布磨料的方法，将磨料在沿磨盘上沿径向排列，具体排布方式为在打磨盘径向方向上，将单颗磨料按照等间距分开，并且径向方向上磨料颗粒数量相同。这是由于磨盘高速回转，为保证振动最小且磨削效率最高，则在回转方向上同一时刻参与磨削的磨粒数量一致从而保证磨削的平稳性。此外磨粒的有序性排列也提高了打磨盘的美观性。根据负载与磨盘运动轨迹分析，此处磨料选用中等粒度、高品级的磨削用磨料。
为了实现上述要求，斜面角度θ为5°～15°，磨料在打磨盘上沿径向分布时，沿磨盘径向沿磨盘径向相邻相颗磨粒间距范围1.5d～4d，沿径向分布的两列磨粒的间距范围1.5d～6d。磨料粒度范围10目～50目，通过试验优化选用40目～50目粒度。
(3)打磨盘顶端平面磨料排布地貌优化
由于铸件打磨盘的运动实际上是切削、磨削合二为一的运动，且所打磨的表面有一定精度的要求，因此在磨盘外端与斜面进行切磨后，平面的作用是排屑、进一步磨削、抛光打磨表面，因此为了提高打磨精度以及排屑效果，打磨盘顶端磨料排布情况如图3所示。
打磨盘平面顶端平面地貌优化原理是根据铸件飞边打磨要求以及打磨的铸件飞边外形、砂轮机转速等工作条件进行创造性地地貌优化所得出的最佳结果。
每一条簇状磨料形成的轨迹可以是直线，圆弧，渐开线，抛物线等轨迹。两邻两条轨迹线之间的间距范围3mm～25mm。根据负载与磨盘运动轨迹分析，此处磨料选用中等品级、粒度较细的磨削用磨料。打磨盘平面顶端平面处按照涡轮状排布簇状磨料，其它部位不排布磨料。磨料粒度为10～50目，通过试验优化选用40目～50目粒度，每簇3～8颗磨料，簇状面积范围为4mm2～12mm2。
顶端平面处进行簇状排布提高了平面打磨的排屑空间，保证散热空间，亦提高了打磨效率。顶端平面的簇状金刚石按照涡轮状排布，保证了打磨盘在高速转动中的平稳性，这是由于每条簇状金刚石带的切入角都是一致的，而且在同一时刻的动态有效磨粒数一致。
本发明涉及的磨料的品级分类与jb/gq·f6010-86相同(人造金刚石、立方氮化硼产品质量分等标准)
实施例1
一种适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具，包括手动砂轮机和安装于手动砂轮机的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘，其中钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘基体外形为圆盘形，包括打磨盘外端、打磨盘斜面、打磨盘平面顶端和打磨盘底部。打磨盘基体外径为100mm，基体厚度为1.4mm，打磨盘平面顶端的宽度为34mm，斜面的宽度为3mm，斜面角度θ为5°。打磨盘外端、打磨盘斜面和打磨盘平面顶端平面均通过钎焊布有金刚石聚金磨料。打磨盘底部为一凹面，用于排屑以及定位于砂轮机，打磨盘底部中心设置用于固定于砂轮的孔。打磨盘基体外端倒圆角，圆角大小与基体厚度匹配。
该钎焊金刚石磨具的磨料的排布如下：
①打磨盘外端边缘选用中等平级金刚石磨料，粒度35～40目，相邻两颗磨粒横向间距为2d，纵向间距2d。
②打磨盘斜面选用高等品级金刚石磨料，粒度40～50目，沿径向两颗磨粒横向间距为1.5d，沿径向分布的两列磨粒间距1.5d。
③打磨盘顶端平面磨料按圆形簇状排布，簇状直径3mm,每个簇状区排布40～50目中等品级金刚石10～15颗，轨迹线为半径80的圆弧，均排17条。
该适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具中，钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘的制备方法如下：
(1)打磨盘基体外径冲压。所用打磨盘基体材料为65mn钢，保证工具强度，基体厚度为1.4mm。
(2)打磨盘基体外端边缘进行倒角，倒角尺寸r＝0.5。
(3)打磨盘基体表面进行喷砂处理，并进行超声清洗。
(4)在清洗晾干的基体表面进行涂覆粘结剂，此粘结剂的作用是粘结金刚石磨粒与焊料。其中首先在打磨盘顶端平面处刷粘结剂。
(5)将本实施例中打磨盘磨料的排布方式预制的按地貌优化所设计的有序排布模板置于基体表面。模板材料柔韧性好，可以进行弯曲，因此可以与磨盘表面紧密贴合。
(6)进行排布金刚石磨料，金刚石选用中等品级的40～50目的磨削用金刚石，由于有序排布模板的作用，金刚石磨料只分布于模板的空洞区域内，由此便可以得到按照地貌优化所设计的形貌。打磨盘顶端平面处便可得到按旋涡状排布的簇状有序的地貌。
(7)将有序排布模板撤除，便实现了打磨盘顶端平面磨料的排布。
(8)按步骤(4)～(7)的方法对打磨盘斜面进行布料，磨料选用高品级的40～50目的磨削用金刚石。所得到的地貌为单颗磨粒径向有序排布，且径向数目相同。
(9)按步骤(4)～(7)对打磨盘外端边缘进行布料，磨料选用高品级的35～40目的钻切用金刚石。所得到的为密排有序分布的磨料地貌。
(10)磨料排布完成后，添加钎焊焊料并进行真空钎焊，制备出铸件打磨用金刚石磨盘。
实施例2
一种适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具，包括手动砂轮机和安装于手动砂轮机的钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘，其中钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘基体外形为圆盘形，包括打磨盘外端、打磨盘斜面、打磨盘平面顶端和打磨盘底部。打磨盘基体外径为180mm，基体厚度为4.5mm，打磨盘平面顶端的宽度为120mm，斜面的宽度为3mm，斜面角度θ为15°。打磨盘外端、打磨盘斜面和打磨盘平面顶端平面均通过钎焊布有金刚石聚金磨料。打磨盘底部为一凹面，用于排屑以及定位于砂轮机，打磨盘底部中心设置用于固定于砂轮的孔。打磨盘基体外端倒圆角，圆角大小与基体厚度匹配。
该钎焊金刚石磨具的磨料的排布如下：
①打磨盘外端边缘选用中等平级金刚石磨料，粒度35～40目，相邻两颗磨粒横向间距为4d，纵向间距5d。
②打磨盘斜面选用高等品级金刚石磨料，粒度40～50目，沿径向两颗磨粒横向间距为3.5d，沿径向分布的两列磨粒间距5d。
③打磨盘顶端平面磨料按圆形簇状排布，簇状直径6mm,每个簇状区排布40～50目中等品级金刚石25～30颗，均排35条。
该适用于铸件飞边打磨的钎焊金刚石磨具中，钎焊金刚石聚晶铸件打磨盘的制备方法如下：
(1)打磨盘基体外径冲压。所用打磨盘基体材料为65mn钢，保证工具强度，基体厚度为4.5mm。
(2)打磨盘基体外端边缘进行倒角，倒角尺寸r＝0.5。
(3)打磨盘基体表面进行喷砂处理，并进行超声清洗。
(4)在清洗晾干的基体表面进行涂覆粘结剂，此粘结剂的作用是粘结金刚石磨粒与焊料。其中首先在打磨盘顶端平面处刷粘结剂。
(5)将本实施例中打磨盘磨料的排布方式预制的按地貌优化所设计的有序排布模板置于基体表面。模板材料柔韧性好，可以进行弯曲，因此可以与磨盘表面紧密贴合。
(6)进行排布金刚石磨料，金刚石选用中等品级的40～50目的磨削用金刚石，由于有序排布模板的作用，金刚石磨料只分布于模板的空洞区域内，由此便可以得到按照地貌优化所设计的形貌。打磨盘顶端平面处便可得到按旋涡状排布的簇状有序的地貌。
(7)将有序排布模板撤除，便实现了打磨盘顶端平面磨料的排布。
(8)按步骤(4)～(7)的方法对打磨盘斜面进行布料，磨料选用高品级的40～50目的磨削用金刚石。所得到的地貌为单颗磨粒径向有序排布，且径向数目相同。
(9)按步骤(4)～(7)对打磨盘外端边缘进行布料，磨料选用高品级的35～40目的钻切用金刚石。所得到的为密排有序分布的磨料地貌。
(10)磨料排布完成后，添加钎焊焊料并进行真空钎焊，制备出铸件打磨用金刚石磨盘。
通过此方法生产的钎焊金刚石铸件打磨盘，具有打磨效率高、手感轻、震动小、无气味、寿命长、外形美观等特点，并且根据实际情况选择不同品级的磨料，优化了成本，更具有经济性，较为完美地替代了传统的树脂砂轮片，是铸件制造业中铸件打磨盘发展的方向，具有很大的市场潜力。