[发明专利]一种竹陶瓷砂轮及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于精密与超精密加工领域，涉及一种竹陶瓷砂轮及其制备方法和应用，尤其是在ELID平面磨削加工中的应用。

背景技术

在线电解修整(ELID，Electrolysis In-process Dressing)磨削可实现硬脆材料高效率、超精密表面加工，已成为今后超精密磨削加工的主要手段与研究方向之一。随着新型材料与精密器件的不断开发出现，对于加工表面质量的要求越来越高。

现有ELID磨削主要采用铸铁基结合剂金刚石或CBN砂轮，依靠铸铁结合剂材料经过电解在砂轮表面形成氧化膜，使金刚石磨粒露出砂轮表面，产生在线电解修锐的效果。这种方法尚存在以下问题：

1)铸铁结合剂金刚石砂轮制造需要特殊的烧制工艺与设备，以及在氮气保护下高达1100℃的烧结炉内高压烧结，成本昂贵，制作大型砂轮异常困难。

2)铸铁结合剂金刚石砂轮刚性较高，加工过程中的振动和冲击易造成工件表面的损伤，对于加工设备与工艺有较高要求。

3)铸铁氧化膜形成需要较大的电解电流及较长的预电解时间，需要较大功率的电解电源，以及较长的预电解时间。

4)对于单晶硅、铌酸锂等功能材料的超光滑表面加工，要求加工表面具有极高的表面完整性及洁净度，ELID磨削过程中工件加工表面有受到砂轮中的铁、钼等金属元素污染的可能性。

因此，有必要开发一种新型环保的ELID磨削用砂轮，结合ELID磨削技术，开发出一种制作更容易、使用更方便、加工表面质量更优良的超精密加工方法与技术，为超精密加工技术的研究与发展提供一个新的方向与途径。

发明内容

为了解决上述现有ELID磨削主要采用的铸铁基结合剂金刚石或CBN砂轮存在的制作困难、成本昂贵、对加工设备和工艺要求高、并且对于功能材料的洁净表面加工容易造成污染等诸多问题，本发明提供了一种新型环保、制备容易、使用方便的竹陶瓷砂轮(BambooCharcoal Bond砂轮，简称BCB砂轮)。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种竹陶瓷砂轮(BCB砂轮)，是由下列原料经混合、装模、热压成型、脱模，得到毛坯砂轮，烘焙后制成；所述的原料质量配比组成为：酚醛树脂20～30％、磨粒20～30％、竹炭粉40～60％。

本发明所述的磨粒为可以导电的磨粒，如氧化铝磨粒、金刚石等。所述的酚醛树脂作为结合剂，所述的竹炭粉可增强导电性。本领域技术人员可以根据实际需要(比如砂轮是用于精磨还是粗磨等)来控制磨粒的粒度。本发明中磨粒直径一般在1μm～0.5mm，树脂和竹炭粉的直径都要比所选的磨粒直径小。

本发明还提供了一种竹陶瓷砂轮的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料混合：将酚醛树脂、磨粒、竹炭粉称重后按质量配比投料，搅拌混合均匀制成混合料；

(2)装模、热压成型、脱模：将步骤(1)制得的混合料装模、热压成型、脱模，得到毛坯砂轮；

(3)高温炭化：将步骤(2)制得的毛坯砂轮置于马弗炉中，常压下加热至500～900℃，保持2～2.5h，冷却即得到竹陶瓷砂轮。

(4)砂轮检测：动平衡测试，外圆修正。

本发明所述的磨粒为可以导电的磨粒，如氧化铝磨粒、金刚石等。所述的酚醛树脂作为结合剂，所述的竹炭粉可增强导电性。本领域技术人员可以根据实际需要(比如砂轮是用于精磨还是粗磨等)来控制磨粒的粒度。本发明中磨粒直径一般在1μ～0.5mm，树脂和竹炭粉的直径都要比所选的磨粒直径小。进一步，本发明步骤(2)所述的热压成型可采用常规工艺条件，具体推荐步骤(2)所述的热压成型条件为：从室温加热到100～120℃保持10～20min，加压力20～25MPa；然后将温度加热到240～260℃保持40～60min，加压力40～45MPa。

步骤(3)中，优选以10℃/min的平均升温速度加热至500～900℃，最优选加热至900℃进行炭化反应。

本发明所述的竹陶瓷砂轮用于ELID磨削，可使得加工表面质量更优良。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

a)本发明在原料中引入了竹炭，竹炭资源丰富且环保，并且由于竹炭具有微孔结构，有助于磨削。本发明制得的竹陶瓷砂轮加工表面具有极高的表面完整性及洁净度、加工效率高、可以加工粘性、软性等难加工材料，为磨削加工开辟了新途径，环保无污染。

b)本发明所述的竹陶瓷砂轮采用生活中常见的竹炭作为原材料，制造简单，不需要氮气保护下高达1100℃的烧结炉内高压烧结、制造成本低。

附图说明