一种超硬磨料磨具的微生物修整方法
【专利摘要】本发明公开了一种超硬磨料磨具的微生物修整方法，是选用可通过某种方式达到消耗该结合剂的目的的微生物来对超硬磨料磨具进行生物修锐的方法，具体是将微生物在培养基中对其进行接种培养至一定浓度，将磨具待修整部分浸泡于培养液中，利用微生物去除磨具表面的结合剂，通过控制微生物的浓度及浸泡时间来实现对磨具修整量的控制。利用此方法可以完成超硬磨料磨具，特别是细粒度磨具的精密修整。
【专利说明】
一种超硬磨料磨具的微生物修整方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及磨具修整技术，特别是涉及一种超硬磨料磨具的微生物修整方法。
【背景技术】
[0002]磨具修整是指将磨具修整成形或去除磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。其主要作用包括两个方面:(I)保证磨具获得几何形状(又叫整形)；(2)保证磨具表面的磨粒可以有一定的出露高度(又叫修锐)。及时而正确地修整砂轮，是提高磨削效率和保证磨削质量不可缺少的重要环节。对于普通磨粒磨具而言，多是使用金刚石工具(例如单点金刚石笔，金刚石滚轮等)同步完成整形与修锐过程。
[0003]超硬磨料磨具是利用不同结合剂将超硬磨料(主要是金刚石与立方氮化硼)固结起来而形成的一种磨具。由于所用的磨料的磨粒硬度高，而且有效工作层有限，因此对于超硬磨粒磨具的修整而言，其整形与修锐多是分开进行。对于超硬磨料磨具而言，共修整问题是保证磨具正常使用的关键所在，因此也一直是本领域的研究热点。
[0004]目前对于超硬磨料磨具的修整主要包括以下两大类方法:(I)利用机械去除的方式。例如利用金刚石工具修整法、普通砂轮磨削法、游离磨料研磨法、软弹性修整法等方法，其本质是利用修整工具与磨具之间的机械作用达到去除超硬磨料磨具结合剂及磨粒的目的；(2)利用其它能量进行修整。例如激光修整法主要是利用光能熔化去除结合剂；电火花修整是利用电火花烧蚀的原理去除结合剂;超声振动修整法是利用超声波能量去除结合剂。同时也有学者将这两种方法结合起来形成新的修整方法。这些修整方法在普通超硬磨料磨具的修整中起到了良好的使用效果。但是在精密及超精密磨削用超硬磨料磨具修整中，上述方法仍然存在很多问题。
[0005]与普通超硬磨料磨具相比，精密及超精密磨削所用的超硬磨料磨具的主要特点是所采用的磨料粒度细小，多为微米，或亚微米级的尺度的磨粒。这么细小的磨粒对于修整提出了更大的挑战。对于常规的机械去除方式，要求控制结合剂的去除量为微米及亚微米尺度，仍然是比较困难的。因此目前用于细粒度超硬磨具的修整主要是利用能量方式进行修整。主要包括以下几种:喷射修锐法、激光修锐法、磁粉研蚀修锐法、在线电解修锐法(ELID)等，但各自都有相应的不足。喷射修锐法要严格注意安全防护;激光修锐法的激光光源价格较贵，同时还要注意激光对金刚石磨料的损伤;磁粉研蚀修锐法仅适用于低刚度磨具的修锐;在线电解修锐法(ELID)装置需要一套专用的直流电源，该电源装置较贵，另外由于修锐装置中电刷的磨损，亦造成电流供给的不稳定，从而影响砂轮的修锐效果。
[0006]细粒度超硬磨具要想达到比较理想的修锐效果，必须保证合理的结合剂去除量，如果去除量太大会导致磨粒把持力不够容易脱落，去除量太小则会磨粒出露高度不足和容肩空间不够而达不到修锐效果。而超精密磨抛工艺所使用的磨具往往磨料粒度非常低，去除量控制更加困难，所以该类磨具修锐难度比普通磨具修锐难度更大。研究出一种经济高效，节能环保，且适用于超精密加工的超硬磨料磨具的修锐方法已成当务之急。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种超硬磨料磨具的微生物修整方法，其克服了现有技术所存在的不足之处。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超硬磨料磨具的微生物修整方法，该超硬磨料磨具由超硬磨料和结合剂固结形成，该修整方法包括以下步骤:
[0009]I)根据结合剂类型选择微生物，该微生物可通过某种方式达到消耗该结合剂的目的；
[0010]2)对选定的微生物进行培养获得适量微生物浓度的培养液；
[0011]3)将磨具待修整面浸入培养液中，通过微生物的作用去除待修整面的结合剂；
[0012]4)根据所需要修整的去除量及微生物培养液对结合剂的去除率确定浸泡时间，达到浸泡时间后观测待修整面的表面形貌并判断是否继续浸泡直至达到要求，取出磨具并清洗。
[0013]优选的，所述微生物是通过其代谢产物与结合剂反应生成代谢原料，代谢原料再被微生物转化成代谢产物的循环消耗结合剂，从而实现对结合剂的去除。
[0014]优选的，所述代谢产物与结合剂的反应为氧化还原反应。
[0015]优选的，所述微生物为氧化亚铁硫杆菌，代谢原料是Fe2+离子，代谢产物Fe3+离子；所述结合剂是可将Fe3+离子还原为Fe2+离子的金属基结合剂。
[0016]优选的，所述金属基结合剂是铜基、铅基、锌基、钴基、锡基、铬基、镉基、锰基、铁基、镍基、铝基的结合剂中的一种或其组合。
[0017]优选的，步骤2)中，所述氧化亚铁硫杆菌于培养基中培养至代谢产物Fe3+离子的浓度为6?9g/L，得到所述适量微生物浓度的培养液。
[0018]优选的，步骤3)中，所述微生物培养液的温度保持在25?45°C。
[0019]优选的，所述微生物为氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌，嗜酸喜温硫杆菌，氧化亚铁钩端螺旋菌等。
[0020]优选的，所述磨具于培养液中转动以使待修整面浸入培养液中。
[0021 ]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0022]1.本发明所采用的超硬磨料磨具的微生物修锐方法，利用微生物对结合剂的去除能力，去除磨粒间的部分结合剂，使磨粒突出于结合剂表面之外，形成切削刃，并在磨粒之间形成一定的容肩空间。微生物修锐加工过程所采用的工具为化能自养微生物，它能够利用被去除结合剂材料氧化过程中释放出来的化学能为自身生长繁殖提供能量，同时利用空气中游离的二氧化碳来满足自身生长繁殖所需要的碳源，因此，以微生物为工具的生物去除方法是不需要额外提供能量的，是一种资源可持续发展的加工方法。整个过程看起来就像是微生物在“吃”磨具的结合剂材料。另一方面，微生物修锐过程中，不仅不会产生二氧化碳，反而还会将空气中游离的无机二氧化碳固定并转化为微生物细胞生命所需的各种糖、蛋白质、脂类等有机物。这些被当作修锐工具的微生物本身就是从矿山井水等大自然中分离，驯化得到的，所以不会对地球生态环境造成不利影响。然而其它的物理、化学形式的材料去除方法，它们在去除过程中，通常需要耗费大量的机械能、电能、化学能等，除此以外，在这些加工方法中，某些还需要使用一些对生态环境和人体健康有害的材料作为加工工具，如:强酸、强碱等，也有一些在加工过程中会产生某种有害气体或者辐射，如辐射、强光、毒烟、粉尘和毒气等，这无形的增加了这些加工方法的成本。
[0023]2.本发明所采用的超硬磨料磨具的微生物修锐方法，修锐后的磨具表面和亚表面损伤都非常小，特别是磨料粒度非常小的磨具，微生物去除结合剂的精度非常高，对提高磨具结合剂对磨料的把持力有一定的作用，是目前其它一些修锐方法无法达到，微生物修锐方法操作过程简单，只需要将磨削面浸泡在微生物培养液中，特别适合大尺寸磨具。因为微生物加工不像一些传统的物理形式的加工方法采用切割、摩擦等手段，所以不会对磨具基体产生挤压和拉扯，更不会产生高温，从而也就不会在工件上产生损坏层或者热影响区，工件内也不会有残余应力的产生。微生物修锐所使用的工具为微生物，比较常用的微生物菌种为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，其细胞个体比较小，直径通常只有约0.5微米，对材料表面进行加工的尺度可以达到微米和纳米级别。微生物去除材料时，侧向钻蚀量非常小，一般只有普通化学加工的一半左右，实现修锐的同时保证结合剂对磨料足够的把持力。因此，本发明是一种非常有前途的修锐新方法。
[0024]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种超硬磨料磨具的微生物修整方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0025]图1是本发明第一实施例的结构示意图；
[0026]图2是本发明第二实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027 ] —种超硬磨料磨具的微生物修整方法，该超硬磨料磨具由超硬磨料粒和结合剂固结形成，其修整方法包括以下步骤:
[0028]1、根据所要修锐的超硬磨具的结合剂类型，选择合适的微生物，其要求是该微生物可以通过某种方式达到消耗结合剂的目的；
[0029]2、选用特定的培养基，控制适合的环境条件(例如温度、湿度、酸碱度等)，对选定的微生物培养，获得含有微生物的培养液，并使其达到一定的浓度；
[0030]3、让磨具部分或全部浸泡于培养液中，根据修整面的要求，也可以让磨具以较低的速度进行运动；
[0031 ] 4、根据所需要修整的去除量以及细菌培养液对结合剂的去除率，确定浸泡修整时间，最后，通过磨具待修整面表面形貌的观察，确定是否停止浸泡；
[0032]5、判断是否达到要求，如果未达到要求，继续修锐，如果达到要求，取出磨具并清洗，修锐完成。
[0033]具体的，微生物去除结合剂的方式可以是通过其代谢产物与结合剂反应生成代谢原料，代谢原料再被微生物转化成代谢产物的循环消耗结合剂。所述微生物为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌，嗜酸喜温硫杆菌，氧化亚铁钩端螺旋菌等。
[0034]作为一种优选，代谢产物与结合剂的反应为氧化还原反应，通过氧化还原反应使固态结合剂生成可溶性产物以溶解于培养液中，从而实现对结合剂的去除。
[0035]以下以氧化亚铁硫杆菌为例进行具体的说明。
[0036]实施例1
[0037]参考图1，本实施例所需要修整的磨具I是铁基结合剂金刚石砂轮，所用的金刚石磨粒的粒度约为20μπι。选用的微生物为氧化亚铁硫杆菌。修锐方法按如下步骤进行:
[0038]a.容器3内装有一定体积的氧化亚铁硫杆菌培养液2，主要由氧化亚铁硫杆菌体4和培养基化学试剂以及菌体代谢产物如Fe3+离子等组成，氧化亚铁硫杆菌培养液2需要进行无菌培养基接种培养获得。培养基可以选用9K培养基并对培养基进行高温灭菌，再将氧化亚铁硫杆菌4接种至培养基内进行恒温摇床培养，氧化亚铁硫杆菌4在培养基内获得了充分的营养物质和化学能后，不断进行细胞分裂增殖，分别经历调整期，对数期，稳定期，菌液浓度会不断升高，培养基内浅绿色的Fe2+离子不断被氧化亚铁硫杆菌4转化为黄色的Fe3+离子，待培养液颜色变黄棕后，检测Fe3+离子浓度达到8g/L后，停止培养。
[0039]b.将整个容器3放置于修整机台上，起动磨床，让磨具I低速转动。将磨具I的磨削区域浸泡在微生物培养液2中并保持转动，保持氧化亚铁硫杆菌培养液的温度为30?40 0C。氧化亚铁硫杆菌4通过自身的一系列生化反应，持续不断的将Fe2+离子转化为Fe3+离子，而Fe3+离子具有氧化性，可以和磨具I的铁基结合剂材料发生化学反应，零价的铁基结合剂被氧化生成Fe2+阳离子溶解于培养液中，Fe3+离子同时也被还原成Fe2+离子，Fe3+离子不断的被消耗掉又重新被氧化亚铁硫杆菌4利用并转化为Fe3+离子，形成一个循环往复的过程，这样微生物培养液不断的将磨具结合剂材料去除。
[0040]c.根据磨具I磨料的粒度值和磨具所采用的结合剂材料，以及微生物培养液对结合剂材料的去除率，可以初步计算出铁基砂轮在氧化亚铁硫杆菌培养液2中浸泡时间约为36分钟，将磨具磨削区域保持在微生物培养液中。达到计算的保持时间后，检测磨具磨削面的表面形貌，观察磨料的出刃高度和磨料之间的容肩空间。
[0041]d.判断磨料的出刃高度和磨料之间的容肩空间是否达到要求，如果观察结果没有达到要求时，则需要继续进行修锐过程，如果观察结果达到要求，说明磨具结合剂去除量足够，将磨具I从培养液中取出，移走容器4，修锐过程完成。
[0042]实施例2
[0043]参考图2，本实施例所需要修整的是铜基结合剂金刚石磨盘6，所用的金刚石磨粒的粒度约为I Oym。选用的微生物为氧化亚铁硫杆菌。
[0044]修整方法与实施I相似，磨盘6以低速水平方式转动，将磨盘6的整个磨削区域浸泡在氧化亚铁硫杆菌培养液2中，Fe3+离子和磨盘6的铜基结合剂材料发生化学反应，零价的铜基结合剂被氧化生成Cu2+阳离子溶解于培养液中，实现去除磨盘6的铜基结合剂材料。可以计算出磨盘6在氧化亚铁硫杆菌培养液2中浸泡时间约为15分钟，达到一定的结合剂去除量，完成修锐。
[0045]上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种超硬磨料磨具的微生物修整方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种超硬磨料磨具的微生物修整方法，该超硬磨料磨具由超硬磨料和结合剂固结形成，其特征在于该修整方法包括以下步骤: 1)根据结合剂类型选择微生物，该微生物可通过某种方式达到消耗该结合剂的目的； 2)对选定的微生物进行培养获得适量微生物浓度的培养液； 3)将磨具待修整面浸入培养液中，通过微生物的作用去除待修整面的结合剂； 4)根据所需要修整的去除量及微生物培养液对结合剂的去除率确定浸泡时间，达到浸泡时间后观测待修整面的表面形貌并判断是否继续浸泡直至达到要求，取出磨具并清洗。2.根据权利要求1所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物是通过其代谢产物与结合剂反应生成代谢原料，代谢原料再被微生物转化成代谢产物的循环消耗结合剂，从而实现对结合剂的去除。3.根据权利要求2所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述代谢产物与结合剂的反应为氧化还原反应。4.根据权利要求3所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物为氧化亚铁硫杆菌，代谢原料是Fe2+离子，代谢产物Fe3+离子;所述结合剂是可将Fe3+离子还原为Fe2+离子的金属基结合剂。5.根据权利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述超硬磨料磨具的结合剂为铜基、铅基、梓基、钻基、锡基、络基、锦基、猛基、铁基、银基、招基的结合剂中的一种或其组合。6.根据权利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:步骤2)中，所述氧化亚铁硫杆菌于培养基中培养至代谢产物Fe3+离子的浓度为6?9g/L，得到所述适量微生物浓度的培养液。7.根据权利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:步骤3)中，所述微生物培养液的温度保持在25?45 °C。8.根据权利要求1或2所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物为氧化硫硫杆菌、氧化铁铁杆菌、嗜酸喜温硫杆菌或氧化亚铁钩端螺旋菌。9.根据权利要求1所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述磨具于培养液中转动以使待修整面浸入培养液中。
【文档编号】B24B53/00GK106041739SQ201610365437
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】黄辉, 马飞, 徐西鹏
【申请人】华侨大学