[发明专利]一种制备结构化成形砂轮的工具及方法

说明书

本发明公开了一种制备结构化成形砂轮的工具及方法，属于结构化砂轮的制备技术领域，该方法包括设计结构化砂轮表面的沟槽参数，优化设计CVD金刚石环的几何参数，采用短脉冲激光束制备CVD金刚石环的切削刃，组装、调试结构化工具，制备结构化成形砂轮等步骤。本发明提出的结构化成形砂轮的制备工具由多个金刚石环组成，每个金刚石环的圆周表面上制备有参数可控的切削刃，通过调节金刚石环的排布组装方式，可制备出具有不同截面形状的结构化成形砂轮，大幅降低结构化成形砂轮的制备成本，且相较于单点金刚石笔、激光束等常用结构化工具，本发明能大幅提升结构化成形砂轮的制备效率。

技术领域

本发明属于结构化砂轮的制备技术领域，具体涉及到一种制备结构化成形砂轮的工具及方法。

背景技术

砂轮作为一类重要的固结磨具，其磨削性能对加工后工件表面质量有着重要影响。制备结构化砂轮是指在砂轮制造或修整过程中对其表面微观或宏观形貌进行控制，以获得规则的磨粒排布或沟槽结构，以达到增强磨削液与磨屑的储运能力、从而改善砂轮磨削性能的目的。目前，结构化方法的制备方法主要分为两类：一类是在砂轮制备过程中实现其表面结构化(如采用磨粒有序排布、磨粒几何参数精确控制、砂轮表面结构设计等方式制备结构化砂轮；另一类则是借助修整工具(如金刚石笔/切割片、激光束)对传统砂轮磨料层进行微切除而实现其表面结构化。

目前，有关结构化平行砂轮的制备已经有了较多研究报导。如，在公开号为CN103465187A的“微结构化大磨粒金刚石砂轮的制造方法”专利中，通过控制砂轮与脉冲激光束的相对运动轨迹，在平行砂轮圆周面上加工出了深宽位于10μm至50μm范围内的微沟槽，所制备的结构化砂轮可显著降低磨削力和热，但砂轮表面90°方向角的沟槽在磨削时会复印到工件表面，导致磨削后工件表面精度较差；在公开号为CN107962510A的“一种表面有序微型结构化的CVD金刚石砂轮及其制备方法”专利中，先通过化学气相沉积方式在砂轮轮毂外圆周面上沉积一层金刚石膜，再采用脉冲激光束在金刚石膜外圆周面上切制出大量具有相同几何尺寸的沟槽，以此形成大量微磨削单元，所制备的结构化砂轮虽能增加磨削时砂轮的有效磨刃数量，但因金刚石薄膜厚度较小，导致砂轮的服役寿命不长，且制备过程耗时费力。在相关文献报导中，姚鹏等提出一种磨料水射流制备结构化砂轮的方法，其以磨料射流作为加工手段在砂轮表面开槽，与激光结构化方法相比，该方法具有“无焦点”加工特性，但其加工效率较低，且加工精度有限、加工装置较复杂。

针对成形磨削中存在的工件表面烧伤、裂纹等问题，结构化成形砂轮有着广阔的应用前景。目前，结构化成形砂轮的研究还处于起步阶段，未见有相关专利报道，在文献报导中，仅有Forbrigger等人进行了沟槽型结构化成形砂轮的相关研究，其采用单点金刚石笔以设定的进给速率和切削深度沿着砂轮截面轮廓线在成形砂轮表面上加工沟槽。该方法虽能制备结构化成形砂轮，但其制备效率和精度低。因此，针对成形磨削对降低磨削力、热的需求，迫切需要一种集高效率、高精度及高质量为一体的结构化成形砂轮的制备方法。

本发明拟提出一种制备结构化成形砂轮的工具及方法，藉此改善砂轮磨削性能，解决成形磨削过程中的砂轮表面堵塞、工件表面烧伤等问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备结构化成形砂轮的工具及方法，藉此改善成形砂轮表面的冷却润滑条件。

一种制备结构化成形砂轮的工具，包括若干钢环、若干CVD金刚石环、定位柱、钢基体、螺纹孔；所述钢环及CVD金刚石环的中部设置有通孔；所述定位柱穿过通孔将钢环、CVD金刚石环固定在一起；所述定位柱通过螺钉与钢基体固定在一起；所述若干钢环与若干CVD金刚石环沿结构化工具的轴向交替排布，同一圆周线上的CVD金刚石环具有相同的内径和外径，沿工具轴线方向不同圆周线上的CVD金刚石环具有相同的内径、不同外径，同一圆周线上的CVD金刚石环在钢基体的圆周方向均匀分布，其金刚石环之间的夹角为γ；所述CVD金刚石环的圆周表面均加工有切削刃，切削刃之间的区域为脉冲激光扫描区域；所述工具在制备结构化成形砂轮时安装于磨床主轴上，由主轴驱动以设定的转速旋转，之后与成形砂轮接触对磨以制备结构化成形砂轮。