一种角度可控多孔贴片砂轮及其制造方法与流程

本发明涉及一种砂轮及其制造方法，尤其是一种角度可控多孔贴片砂轮及其制造方法。

背景技术：

磨削加工是机械制造中广泛运用的精加工方法之一，但是磨削过程中产生的热量多，而且大部分的热量在工件表面聚集，如果不能进行充分有效的冷却，将导致被磨削的工件烧伤，致使工件的使用性能下降甚至报废。传统砂轮的容屑空间小，磨屑容易粘附在砂轮表面将砂轮堵塞，这将使得磨削加工时摩擦发热量增大，同时使得砂轮与的工件接触区域变得更加密实，导致磨削液难以注入磨削接触区，无法对磨削区进行有效冷却。

目前的砂轮制造技术通常都是在砂轮生产过程中添加发泡剂来生成气孔，这些气孔在一定程度上可以增大砂轮的容屑空间和改善散热效果，但是这些气孔在砂轮中一般都是无序分布，而且气孔数量的多少和气孔体积的大小难以进行准确控制，容易造成砂轮结构强度降低、磨削加工质量下降等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种角度可控多孔贴片砂轮及其制造方法。通过该方法可以制备出具有直径为0.1mm~1mm且倾斜角度可控细微小孔的多孔贴片砂轮，这些倾斜角度可控的细微小孔可以有效吸附磨削液进入磨削区，有利于降低磨削温度，防止工件烧伤，另外这些细微小孔也可以增大砂轮的容屑空间，防止砂轮在磨削时发生堵塞，从而提高工件磨削加工质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

步骤一，采用机械加工的方法制造出符合尺寸要求的砂轮基体。

步骤二，配置砂轮贴片基料，主要包含磨料、结合剂、填充剂、润湿剂、增塑剂。所述的磨料粒径为15μm~150μm，结合剂采用聚酰亚胺树脂，填充剂采用冰晶石（na3alf6）、石墨混合材料，润湿剂采用酚醛树脂液，增塑剂采用低分子聚酰胺。

步骤三，在成形模具中涂刷一层脱模剂，然后将配置好的砂轮贴片基料装入成形模具中压制成砂轮贴片坯体。砂轮贴片坯体压制完成之后，将成形模具的外侧挡板拆下并连同砂轮贴片坯体一起装入开孔专用夹具的圆弧槽中。所述的成形模具为弧形槽结构，弧度与砂轮贴片弧度一致，该成形模具外侧弧面挡板可拆卸。

步骤四，在阵列钢针板上涂覆脱模剂，将阵列钢针板通过开孔专用夹具的导向槽钻入压制成形的砂轮贴片坯体中。钻入过程中可以调节角度调节螺钉控制导向槽与砂轮贴片坯体之间的夹角，从而可以获得角度可控的多孔砂轮贴片。所述的阵列钢针板是将直径为0.1mm~1mm的钢针精密焊接在弧形钢板上，钢板弧度与砂轮贴片的弧度一致。所述的开孔专用夹具设计有固定成形模具的圆弧槽，可以引导阵列钢针板的导向槽，可以调节导向槽角度的调节螺钉。

步骤五，将钻入了阵列钢针板的砂轮贴片坯体与成形模具一起放入固化炉中固化成形。

步骤六，取下砂轮贴片坯体上的阵列钢针板，并将砂轮坯体从成形模具中取出，获得多孔砂轮贴片。

步骤七，将烧结好的多孔砂轮贴片粘接在砂轮基体上，获得角度可控多孔贴片砂轮。

本发明制作的角度可控多孔贴片砂轮与现有技术相比，具有以下有益效果。

①砂轮贴片上开设有细微的有序小孔，这些细微孔可以吸附磨削液进入磨削区，有利于降低磨削温度，防止工件烧伤。

②这些细微小孔可以增大砂轮的容屑空间，防止砂轮在磨削时发生堵塞，从而提高工件磨削加工质量。

③可以通过调节开孔专用夹具的角度调节螺钉制作出不同倾斜角度的小孔。在砂轮高速旋转时，由于磨削液和磨屑本身的惯性力以及小孔内壁对孔内的磨削液和磨屑产生的作用力，当小孔的方向与砂轮径向方向相同既小孔不倾斜时，小孔吸附磨削液的能力和排屑能力均衡；当小孔的倾斜方向与砂轮旋转方向相同时，小孔内的磨削液和磨屑容易被向外甩出，使得小孔吸附磨削液的能力降低，排屑能力提升；当小孔的倾斜方向与砂轮旋转方向相反时，小孔内的磨削液和磨屑容易被向内带入，使得小孔吸附磨削液的能力提升，排屑能力降低。根据不同的加工要求，可以选择不同倾斜角度的多孔贴片砂轮，以获得最佳的磨削加工效果。

④在砂轮贴片上开设的角度可控多孔呈有序排布，而且孔直径大小和孔间距可以准确控制，孔的开设在砂轮贴片固化之前完成，砂轮贴片的结构强度不会显著下降。

⑤采用砂轮贴片粘接在砂轮基体上的结构设计，在砂轮贴片上开孔不会影响砂轮基体的结构强度，而且砂轮基体可以循环利用。

附图说明

图1角度可控多孔贴片砂轮结构图。

图2单块砂轮贴片结构图。

图3小孔方向与砂轮直径向方向相同的示意图。

图4小孔倾斜方向与砂轮旋转方向相同的示意图。

图5小孔倾斜方向与砂轮旋转方向相反的示意图。

图6砂轮贴片成形模具结构图。

图7砂轮贴片成形模具拆分图。

图8阵列钢针板结构图。

图9开孔专用夹具结构图。

图10砂轮贴片坯体开孔示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，角度可控多孔贴片砂轮包括：砂轮贴片（1）和砂轮基体（2）。

砂轮基体（2）的直径为150mm~250mm，砂轮基体（2）宽度为15mm~25mm，砂轮基体（2）采用tc4钛合金材料。砂轮基体（2）采用机械加工的方式获得。加工砂轮基体（2）时，先粗车基体两端面、钻内孔，再镗内孔至要求尺寸，内孔表面粗糙度要求不高于ra1.6，然后精车砂轮基体（2）的两端面，两端面表面粗糙度要求不高于ra1.6，两端面与内孔轴线的垂直度误差要控制在0.001mm内。然后以砂轮基体（2）的内孔作为定位基准，采用小锥度心轴定位，两顶尖装夹，粗车、精车砂轮基体（2）的外圆面，精车后的外圆面表面粗糙度值应不高于ra3.2，砂轮基体（2）的外圆面相对于内孔轴线的全跳动误差要控制在0.001mm内。在完成机械加工之后，对砂轮基体（2）的外圆面进行喷砂粗糙化处理，在喷砂过程中砂轮基体（2）的两端面要贴上保护层防止损伤。

如图2所示，砂轮贴片（1）的厚度为5mm~15mm、宽度为15mm~25mm，砂轮贴片数量20~30块，砂轮贴片上开设有直径为0.1mm~1mm、倾斜角度在左右45°范围内的小孔（3），孔深度为5mm~15mm，小孔横向和纵向间距都为0.2mm~2mm。

砂轮贴片（1）中的小孔（3）可以开设不同的倾斜角度。如图3、图4、图5所示，截取部分砂轮贴片的小孔进行分析。在砂轮高速旋转时，由于磨削液和磨屑（4）本身的惯性力以及小孔内壁对孔内的磨削液和磨屑（4）产生的作用力，如图3所示，当小孔（3）的方向与砂轮径向方向相同既小孔不倾斜时，小孔（3）吸附磨削液的能力和排屑能力均衡；如图4所示，当小孔的倾斜方向与砂轮旋转方向相同时，小孔内的磨削液和磨屑（4）容易被向外甩出，使得小孔吸附磨削液的能力降低，排屑能力提升；如图5所示，当小孔的倾斜方向与砂轮旋转方向相反时，小孔内的磨削液和磨屑（4）容易被向内带入，使得小孔吸附磨削液的能力提升，排屑能力降低。根据不同的加工要求，可以选择不同倾斜角度的多孔贴片砂轮，以获得最佳的磨削加工效果。

砂轮贴片（1）基料可以依据实际使用要求选用粒径为15μm~150μm的磨粒，如金刚石、立方氮化硼、碳化硅等磨粒，砂轮贴片基料的结合剂采用粉状聚酰亚胺树脂，填充剂采用冰晶石（na3alf6）、石墨混合材料，润湿剂采用酚醛树脂液，增塑剂采用低分子聚酰胺，按质量份进行配比，其中磨料为90~110份，结合剂30~40份，填充剂冰晶石（na3alf6）8~10份、石墨2~4份、润湿剂3~6份，增塑剂质量分数4~8份。

砂轮贴片的制作过程具体步骤如下。

第一步，洗料。将磨粒用浓度10%~15%的稀硫酸进行酸洗，过清水漂洗后再用浓度为5%~10%的naoh溶液进行碱洗，最后再用清水漂洗、烘干备用。

第二步，混料。将磨料和润湿剂按配比放入球磨机充分均匀混合，然后过筛，筛子的网孔直径为磨料直径的2倍为宜，将筛出的团块碾细直至可以过筛为止。将结合剂、填充剂、增塑剂加入球磨机与润湿过的磨粒继续混合至均匀，然后再过筛，将筛出的团块碾细直至可以过筛为止，即可获得基料。

第三步，压制。准备好特制的成型模具（5），将模具预热至50℃~60℃，并在模具内腔壁涂上脱模剂，然后按要求称量混合好的基料放入模具中，在160℃~170℃的温度下采用压力机进行压制，压力控制在20~30mpa为宜，压制时间依据砂轮贴片的宽度选定，取45~75分钟。加压后3~8分钟内要放气3至5次。

成型模具（5）结构如图6所示，成形模具为弧形槽结构，弧度与砂轮贴片的弧度一致。成形模具（5）外侧挡板（6）可拆卸，如图7所示。

第四步，开孔。开孔需要用的装置如图8、9所示。阵列钢针板（8）结构如图8所示，是将直径为0.1mm~1mm的钢针（10）精密焊接在弧形钢板（9）上，钢板（9）弧度与砂轮贴片（1）的弧度一致，阵列钢针板（8）设置有连接柄（7），可以与电动执行机构连接，方便后期扩展实现自动化。开孔专用夹具（12）结构如图9所示，开孔专用夹具（12）设计有固定成形模具（5）的圆弧槽（13）、可以引导阵列钢针板（8）的导向槽（14），可以调节导向槽（14）角度的调节螺钉（11）。

如图10所示，完成压制的砂轮贴片坯体（15）已经成形并具备一定的强度和韧性，将成型模具（5）的外侧挡板（6）拆卸下，并与砂轮贴片坯体（15）整体装入开孔专用夹具（12）的固定槽（13）中，将开孔用的阵列钢针板（8）涂覆脱模剂并置入开孔专用夹具（12）的导向槽（14）中，推动阵列钢针板（8）精确钻入成型模具（5）的砂轮贴片坯体（15）中，钻入过程中可以调节角度调节螺钉（11）控制导向槽（14）与砂轮贴片坯体（15）之间的夹角，从而可以获得角度可控的多孔砂轮贴片。

第五步，固化。将成形模具（5）、钻入了阵列钢针板（8）的砂轮贴片坯体（15）整体从开孔专用夹具（12）的固定槽（13）中取出并置入固化炉中进行固化，一般初始温度为60~80℃，最高固化温度为（230±5）℃并保持4~5小时，整个固化过程需用时30~35小时。最后降温至40~60℃，打开炉门，即可将成形模具（5）、钻入了阵列钢针板（8）的砂轮贴片坯体（15）整体取出，然后将阵列钢针板（8）从已经固化成型的砂轮贴片坯体（15）上分离，再将固化成型的砂轮贴片坯体（15）从成形模具（5）中取出，即可获得多孔砂轮贴片（1）。

多孔砂轮贴片（1）制作好之后，采用聚酰亚胺胶粘剂将多孔砂轮贴片（1）粘接在砂轮基体（2）上，待粘接剂固化后，角度可控多孔贴片砂轮的制作完成。

以上所述，只是本发明的典型具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何采用同等替换或等效变换所形成的技术方案都应属于本发明的保护范围之内。