[实用新型]用于制备磁性磨粒有序排布砂轮的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于磨料、磨具制备及领域，具体涉及一种采用磁性磨粒，利用磁场辅助制备磨粒有序排布砂轮的装置。

背景技术

近年来，随着光学、电子、信息、航空航天技术的飞速发展，高集成、高性能、高精度的光学系统对以碳化钨、碳化硅、光学玻璃等硬脆材料为代表的光学元件的要求越来越严格，既要求具备纳米级的表面粗糙度，且要求表面质量非常均匀。这就要求使用微粉砂轮。传统的微粉砂轮，由于微粉磨料体积较小、形状不规则，往往容易产生偏析和聚集，聚集区的磨粒在磨削过程几乎不作为而自行脱落，得不到有效利用而导致浪费，砂轮的耐磨性差，磨粒随机分布、不规则，也会导致被磨削表面粗糙度不均匀。

传统磨具制备工艺中磨料随机分布的状态使得磨具的使用性能存在诸多不稳定因素，造成工件磨削质量稳定性差、加工表面质量不均匀、磨具使用寿命低等问题。

现有的磨粒规则排布技术：欧洲专利EP1208345A公开了一种采用点胶法制备磨粒有序排布砂轮，美国专利U.S.6，039，641公开了一种采用模板法实现磨粒的有序排布，中国专利CN102896590A公开了一种钎焊实现磨粒等距离排布的砂轮，这些方法都只是针对粗粒，对于微粉难以实现。中国专利CN101780664B提出了磁场辅助成型磨石的制备方法。这种磨石实际上是一种可固化的磁流变液，它由磁性颗粒、磨粒以及高分子聚合物，如树脂，按照一定比例混合而成，主要是用于抛光，无法应于成型磨削，且其中的铁粉与非磁性的磨粒是分开的，其原理是铁粉受到磁场力驱动形成磁链，运动中的铁粉会推动磨粒运动从而达到磨粒规则排布的目的，大大降低了磨粒规则排布的效果。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种用于制备磁性磨粒有序排布砂轮的装置，该装置采用磁性磨粒，利用磁场直接控制磁性磨粒规则排布，磁性磨粒有内核和外层组成，内核为铁磁性粒子，外层为磨粒。铁磁粒子在磁场中极易磁化，在磁场的作用下，这种磨粒就会沿磁力线规则排布。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于制备磁性磨粒有序排布砂轮的装置，其结构特点是，包括砂轮成型模具与励磁系统；所述砂轮成型模具具有用于容纳砂轮混合料的砂轮成型腔；所述励磁系统包括磁铁，该磁铁的磁力线沿着砂轮成型腔径向方向布置。

所述砂轮成型腔与砂轮的形状匹配，砂轮成型腔径向方向是指垂直于砂轮成型腔轴向的截面圆环的径向方向。由此，将磁性磨粒、填料和树脂进行充分混合形成砂轮混合料，并装填入成型腔进行生坯，将坯体烧结，脱模、修整即得砂轮。

以下为本实用新型的进一步改进的技术方案：

所述砂轮成型模具包括导磁杆，套装在导磁杆上的上模和下模，以及套装在上模和下模上兼作上导磁板的模套；所述上模可相对导磁杆的轴线上下滑动，在导磁杆外壁、上模下表面、下模上表面、以及兼作上导磁板的模套内壁面之间形成用于容纳砂轮混合料的砂轮成型腔。由此，砂轮的中心轴孔与导磁杆的形状匹配。

所述励磁系统包括所述导磁杆、套装在导磁杆上的下导磁板、所述兼作上导磁板的模套、以及位于下导磁板与兼作上导磁板的模套之间的磁铁，该磁铁的磁力线沿着砂轮成型腔径向方向布置。更进一步地，所述兼作上导磁板的模套、下导磁板以及中间的导磁杆均由初始磁导率大于10⁴的材料制成。

优选地，所述磁铁的磁场强度大于0mT且不高于1000mT。

优选地，所述磁铁为钕铁硼永磁铁。

进一步地，利用上述用于制备磁性磨粒有序排布砂轮的装置制备砂轮的方法，包括如下步骤：

S1、将兼作上导磁板的模套、下模、导磁杆组装；

S2、在所述成型腔内装填砂轮混合料；

S3、将磁铁、下导磁板组装，在磁场作用下磁性磨粒被磁化而沿磁力线的方向规则排布；

S4、待砂轮混合料稳定以后，通过套在导磁杆上的上模对砂轮混合料向下施加1—30MPa的压力使砂轮成型为坯体；

S5、将坯体烧结，脱模、修整得砂轮。

所述磁性磨粒由内部的铁磁相和包裹在铁磁相外的磨粒相组成，磁性磨粒的粒径为1—300μm。

进一步地，本实用新型所述砂轮混合料按质量百分比包括：

40%—70%的磁性磨粒；

3%—18%的填料；

12%—57%的树脂结合剂。

优选地，磁性磨粒为镀镍金刚石。