专利名称：一种适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于先进陶瓷精密和镜面磨削加工的磨削液。
背景技术：
在线电解修锐(E1ectrolytic In-process Dressing，简称ELID)技术是日本学者大森整在1987年提出的一种新的连续修锐磨削方法，已成功地应用于先进陶瓷的精密和镜面磨削加工。目前其应用范围正在日益扩大。采用这种方法进行磨削加工时，砂轮通过电刷跟电源的正极相连，根据砂轮的形状制造一个导电性能好的阴极同电源的负极相连，电极与砂轮表面之间有一定的间隙，从喷嘴中喷出的具有电解作用的磨削液进入电极和砂轮表面之间的间隙，在电源驱动下，砂轮的结合剂作为阳极被电解掉，使砂轮中的磨粒露出表面，形成一定的出刃高度和容屑空间。随着电解过程的进行，在砂轮表面逐渐形成一层氧化膜，阻止电解过程继续进行，使砂轮损耗不致太快；当砂轮表面的磨粒磨损后，氧化膜被工件材料刮擦去除，电解过程继续进行，对砂轮进行修锐。上述过程是一个动态平衡的过程，既避免了砂轮过快消耗，又能使磨粒始终有一定的出刃高度，自动保持砂轮表面的磨削能力，从而实现了砂轮的在线连续修锐。
在ELID磨削过程中，氧化膜的作用十分关键。一方面砂轮金属结合剂的电解使绝缘氧化膜不断增厚，另一方面工件又将氧化膜不断地刮除，从而使氧化膜厚度不断变化，最终氧化膜的生成与刮除达到动态平衡；而磨削液中的电解质、防锈剂、冷却剂、极性添加剂等成分的选择及配比对磨削液的电解能力及砂轮生成氧化膜的速度、吸附强度、硬度、厚度、致密性、绝缘性乃至最终的磨削效果也有着重要影响。所以磨削液的成分配比成为ELID磨削中的关键技术之一。
国内的一些研究机构针对铸铁结合剂砂轮配制出相应的专用磨削液，并且对磨削液的冷却性、润滑性、湿润性、防锈性以及电解成膜特性等方面进行了实验研究，取得了良好的效果。但是由于目前铸铁结合剂砂轮制造困难，应用较少，相对影响了这种砂轮及磨削液的推广应用。而青铜结合剂砂轮具有良好的性能，并且容易制造，在实际生产中应用较广，所以针对青铜结合剂砂轮配制ELID专用磨削液是十分必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液，它具有良好的电解成膜能力，电解电流下降快，稳定电流小；能在砂轮表面生成较厚、粘附性强、硬度大、致密性好的氧化膜；用其对陶瓷进行高速磨削时，磨削力及工件表面粗糙度较普通磨削时都要小，是一种针对青铜结合剂砂轮配制并具有满意效果的ELID专用磨削液。
本发明的技术解决方案是，所述适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液的质量百分比组成是基液 87％～89％；亚硝酸钠 9％～11％；硝酸钠 0.25％～0.40％；磷酸氢二钠 0.5％～2.0％；四硼酸钠 0.1％～0.2％；
丙三醇 0.28％～0.32％；磷酸三丁酯 0.1％～0.3％；其中，所述基液为常规水溶性化学合成磨削液。
上述做为基液的水溶性化学合成磨削液为已有技术产品，如《实用机械加工工业手册》(陈宏钧主编，北京，机械工业出版社，2000.7，926～928)记载的磨削液，包括市售420号磨削液、M-2磨削液、QM强力磨削液等诸种之一；其中，420号磨削液的主要化学成分为甘油、三乙醇胺、苯甲酸钠、亚硝酸钠等，M-2磨削液的主要化学成分为油酸丁二酸一醇酰胺、葵二酸一乙醇胺、苯甲酸钠。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明的磨削液可采用常规方法配制，如采用下述方法制备。
首先，将所需质量的不易溶解的磷酸氢二钠放入一定质量的热水或温水中，并用玻璃棒不断搅动，使其充分溶解；其次，用水将基液按照使用要求以及所需质量稀释(所加水的质量要把之前溶解磷酸氢二钠所用水的质量考虑在内)；再次，将刚刚溶解的磷酸氢二钠溶液加入到基液中，并不断搅动，使其混和均匀；然后，将较易溶解的亚硝酸钠、硝酸钠、四硼酸钠、丙三醇磷酸三丁酯、按照所需的质量比例逐个加入到基液中，不断搅动使其充分均匀溶解，制得所需磨削液。
一般的说，磨削液应具有四种基本性能，即润滑性、冷却性、清洗渗透以及防锈性，而ELID磨削液还应具有较好的电解和钝化功能；因为具有较好的电解能力，砂轮结合剂才能溶解到溶液中，但电解能力不能过大，否则砂轮磨料脱落严重，使砂轮寿命降低；另一方面，具有较好的钝化能力，即在砂轮表面形成厚度适中的均匀氧化膜，使磨粒能均匀的露出结合剂表面，这是进行稳定磨削加工的保证。
本发明针对青铜结合剂金刚石砂轮，优化选择了亚硝酸钠，硝酸钠，磷酸氢二钠，四硼酸钠，丙三醇，磷酸三丁酯作为所配制磨削液的主要成分，其中亚硝酸钠和硝酸钠作为磨削液的主要电解质，增强磨削液的导电能力，同时他们与磷酸氢二钠一同作为无机盐对破坏工件表面的气膜很有效，能提高磨削液的冷却性；亚硝酸钠和四硼酸钠还能使铁产生严密的钝化膜而阻止氧或其他活性离子对机床的锈蚀，有很好的防锈性能；丙三醇作为表面活性剂，它可以降低水的表面张力，提高润滑性能，有效地减小水基溶液的润湿角，从而提高磨削液的渗透和清洗能力；磷酸三丁酯作为极压添加剂，它可以增强磨削液的极压性，在金属表面形成化学润滑膜，保证边界极压润滑，以使磨削液迅速进入高温磨削区，从而提高磨削液的润滑性能。
本发明的磨削液在电解过程中，在电源的驱动下，作为阳极的砂轮结合剂——铜，会失去电子变成铜离子进入磨削液中，然后跟阳极周围的氢氧根离子结合生成氢氧化铜(蓝色)，氢氧化铜会失去水而生成氧化铜(黑色)，，Cu(OH)2→CuO，所以金属阳极表面生成的氧化膜应该是氢氧化铜和氧化铜的混合物；阴极的反应主要是氢离子得到电子生成氢气放出；处于在线电解作用中的砂轮，随着砂轮结合剂的不断电解，磨粒会始终保持一定的出刃高度，避免砂轮磨削过程中的堵塞和粘附，从而降低磨削力，提高砂轮的使用寿命，改善工件的加工质量，同时，砂轮表面生成的氧化膜会减少磨削加工过程中砂轮与工件之间的摩擦，吸收一定的振动，从而降低工件的表面粗糙度，提高工件的表面质量。
由以上可知，本发明为一种适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液，它具有良好的电解成膜能力，电解电流下降快，稳定电流小(参见图1)，能在砂轮表面生成较厚，粘附性强，硬度大，致密性好的氧化膜(参见图2)，用其对陶瓷进行高速磨削时，磨削力仅为普通磨削时的3/4～2/3，工件表面粗糙度仅为普通磨削时的4/5～3/4，技术效果很显著。
图1是磨削液电解电流-时间关系曲线；图2是阳极砂轮表面生产的氧化膜图像(放大80倍)。
具体实施例方式
实施例1按质量百分比取基液(420号磨削液)87.77％、亚硝酸钠11％、硝酸钠0.25％、磷酸氢二钠0.5％、四硼酸钠0.1％、丙三醇0.28％、磷酸三丁酯0.1％，首先将所需质量的不易溶解的磷酸氢二钠放入一定质量的热水或温水中，并用玻璃棒不断搅动，使其充分溶解；其次，用水将基液按照使用要求以及所需质量稀释(所加水的质量要把之前溶解磷酸氢二钠所用水的质量考虑在内)；再次，将刚刚溶解的磷酸氢二钠溶液加入到基液中，并不断搅动，使其混和均匀；然后，将较易溶解的亚硝酸钠、硝酸钠、四硼酸钠、丙三醇磷酸三丁酯、按照所需的质量比例逐个加入到基液中，不断搅动使其充分均匀溶解，制得所需磨削液。
实施例2按质量百分比取基液(420号磨削液)87.78％、亚硝酸钠9％、硝酸钠0.40％、磷酸氢二钠2.0％、四硼酸钠0.2％、丙三醇0.32％、磷酸三丁酯0.3％，首先，将所需质量的不易溶解的磷酸氢二钠放入一定质量的热水或温水中，并用玻璃棒不断搅动，使其充分溶解；其次，用水将基液按照使用要求以及所需质量稀释(所加水的质量要把之前溶解磷酸氢二钠所用水的质量考虑在内)；再次，将刚刚溶解的磷酸氢二钠溶液加入到基液中，并不断搅动，使其混和均匀；然后，将较易溶解的亚硝酸钠、硝酸钠、四硼酸钠、丙三醇磷酸三丁酯、按照所需的质量比例逐个加入到基液中，不断搅动使其充分均匀溶解，制得所需磨削液。
实施例3按质量百分比取基液(420号磨削液)88.78％、亚硝酸钠9％、硝酸钠0.32％、磷酸氢二钠1.25％、四硼酸钠0.15％、丙三醇0.3％、磷酸三丁酯0.2％，首先，将所需质量的不易溶解的磷酸氢二钠放入一定质量的热水或温水中，并用玻璃棒不断搅动，使其充分溶解；其次，用水将基液按照使用要求以及所需质量稀释(所加水的质量要把之前溶解磷酸氢二钠所用水的质量考虑在内)；再次，将刚刚溶解的磷酸氢二钠溶液加入到基液中，并不断搅动，使其混和均匀；然后，将较易溶解的亚硝酸钠、硝酸钠、四硼酸钠、丙三醇磷酸三丁酯、按照所需的质量比例逐个加入到基液中，不断搅动使其充分均匀溶解，制得所需磨削液。
权利要求
1.一种适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液，其特征是，它的质量百分比组成是基液 87％～89％；亚硝酸钠 9％～11％；硝酸钠 0.25％～0.40％；磷酸氢二钠 0.5％～2.0％；四硼酸钠 0.1％～0.2％；丙三醇 0.28％～0.32％；磷酸三丁酯 0.1％～0.3％；其中，所述基液为常规水溶性化学合成磨削液。
全文摘要
一种适用于青铜结合剂超硬磨料砂轮高速在线电解修锐磨削的磨削液，其质量百分比组成是基液87％～89％、亚硝酸钠9％～11％、硝酸钠0.25％～0.40％、磷酸氢二钠0.5％～2.0％、四硼酸钠0.1％～0.2％、丙三醇0.28％～0.32％、磷酸三丁酯0.1％～0.3％；所述基液为普通水基高速磨削液。它具有良好的电解成膜能力，电解电流下降快，稳定电流小，能在砂轮表面生成较厚，粘附性强，硬度大，致密性好的氧化膜，用其对陶瓷进行高速磨削时，磨削力仅为普通磨削时的3/4～2/3，工件表面粗糙度仅为普通磨削时的4/5～3/4。
文档编号C10N40/00GK1786131SQ20051003259
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者宓海青, 王树启, 盛晓敏, 尚振涛, 吴耀, 黄红武, 谢桂芝, 易了 申请人:湖南大学