一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具及其制造方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于磨具磨削領(lǐng)域，公開了一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具及制造方法和應(yīng)用。該磨具由以下按質(zhì)量百分比計的原料制備而成：磨料15％?50％、樹脂結(jié)合劑30％?70％、造孔劑3％?10％、輔助填料3％?10％。該磨具為平行砂輪，砂輪沿著周向分布有若干組交叉流道，每組交叉流道包括端面的三個縱向盲孔和外圓周面的三個橫向盲孔，縱向盲孔和橫向盲孔的直徑為1?2mm；平行砂輪工作時，冷卻液分別從縱向盲孔和橫向盲孔進入內(nèi)部的交叉流道本發(fā)明公開的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的制造過程中同時制備出內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)，有助于提高磨削過程中的砂輪的冷卻效果，避免磨削難加工材料過程中過多的熱量集中在工件表層，降低磨削溫度。
【專利說明】
一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具及其制造方法 和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于磨具磨削領(lǐng)域，特別涉及一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨 具及其制造方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨削難加工材料，由于材料強度高、韌性大以及導(dǎo)熱性差等特點，使得磨削過程中 產(chǎn)生的熱量集中在工件表層，導(dǎo)致磨削工件表面熱損傷以及砂輪磨削加劇等一系列問題。 同時，由于成型面磨削工件實際輪廓的差異造成磨削溫度分布不均勻，導(dǎo)致砂輪局部磨損 嚴(yán)重，縮短砂輪的工作壽命。目前已有人提出在砂輪內(nèi)部設(shè)置熱管結(jié)構(gòu)，提高砂輪自身的傳 熱能力，達到磨削散熱的目的。CN104526587A成型磨削用熱管砂輪及安裝方法公開了一種 應(yīng)用熱管砂輪用于難加工材料成型面的磨削。但是此類熱管砂輪整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件過 多，各部件也需要做好密封處理，存在整體密封可靠性差。特別砂輪高速運轉(zhuǎn)時，容易影響 密封效果。
[0003] SLS(Selective Laser Sintering)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使 燒結(jié)成型的固化層層疊加生成所需形狀的零件。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)突出的優(yōu)點如下：（1) 它所使用的成型材料十分廣泛。從理論上說，任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料 都可以作為選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的成型材料。這些材料可以使聚合物、金屬、陶瓷粉末材 料。（2)材料利用率高。在SLS過程中，未被激光掃描到的粉末材料還處于松散狀態(tài)，可以重 復(fù)利用。（3)無需只承。未燒結(jié)的粉末可以對成型件的空腔和懸臂部分起支撐作用，不必像 光固化成形和熔融沉積成形那樣需要另外設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)。
[0004] 樹脂結(jié)合劑砂輪目前主要是使用酚醛樹脂與金剛石和造孔劑混合固化成型，缺乏 對砂輪微結(jié)構(gòu)的設(shè)計和相應(yīng)的方法，而SLS屬于3D打印技術(shù)的一種，是一種新型的零件成型 制造方法，使用SLS可以在砂輪內(nèi)部設(shè)計內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)，砂輪工作時冷卻液可以進入砂輪的 內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，減少磨削難加工材料過程中過多的熱量集中在工件表層。因此本發(fā)明提出使 用選區(qū)激光燒結(jié)SLS的方法制備帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑砂輪。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種帶有內(nèi)冷卻微 結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具。
[0006] 本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具 的制造方法。該方法應(yīng)用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)制備的超硬磨具成分、微觀結(jié)構(gòu)和砂輪尺寸形 狀容易控制，制備出的內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)可以在磨削時有效冷卻砂輪工作表面溫度，降低磨削 溫度，提高磨削質(zhì)量。
[0007] 本發(fā)明的又一目的在于提供上述帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的應(yīng) 用。
[0008] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0009] 一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具，該磨具由以下按質(zhì)量百分比計的 原料制備而成： 磨料 15%-50% 樹脂結(jié)合劑 30%-70%
[0010] 造孔劑 3%-10% 輔助填料 3%-10%
[0011]所述磨料為金剛石或立方氮化硼，其粒徑范圍為〇. 5-50μπι;
[0012] 所述樹脂結(jié)合劑為尼龍ΡΑ2200、尼龍PA3200GF或國產(chǎn)純尼龍1212，其粒徑范圍為 I-IOOum;
[0013] 所述造孔劑為玻璃空心球或陶瓷空心球，其粒徑范圍為10-80μπι;
[0014] 所述輔助填料為白剛玉、累托石、滑石粉或硅化石，其粒徑范圍為10_80μπι。
[0015] 優(yōu)選地，所述磨料為金剛石;所述樹脂結(jié)合劑為尼龍ΡΑ2200;所述造孔劑為玻璃空 心球;所述輔助填料為累托石。
[0016] 該磨具為平行砂輪，砂輪沿著周向分布有若干組交叉流道，每組交叉流道包括端 面的三個縱向盲孔和外圓周面的三個橫向盲孔，縱向盲孔和橫向盲孔的直徑為l-2mm;平行 砂輪工作時，冷卻液分別從縱向盲孔和橫向盲孔進入內(nèi)部的交叉流道。
[0017] 上述帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的制造方法，按照以下操作步驟：
[0018] (1)混合:將磨料、樹脂結(jié)合劑、造孔劑和輔助填料放進混料機，均勻混料；
[0019] (2)設(shè)計砂輪結(jié)構(gòu):使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型， 將所述超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件由切片軟件處理后保存為STL文件，將STL文件的 數(shù)據(jù)信息輸入到工業(yè)級激光燒結(jié)3D打印機，采用選區(qū)激光燒結(jié)SLS工藝；
[0020] (3)打印燒結(jié):將步驟(1)混合得到的原料放進打印機，調(diào)整打印機工藝參數(shù)，設(shè)置 好預(yù)熱溫度，燒結(jié)溫度，打印出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具。
[0021] 步驟(3)所述預(yù)熱溫度控制在150-165°C，燒結(jié)溫度控制在165-180°C。
[0022] 上述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具在難加工材料的精加工中 的應(yīng)用。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0024]本發(fā)明帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的結(jié)合強度高，磨削效率高，輔 助填料提高了砂輪的耐熱溫度，并且砂輪由于內(nèi)部的微流道有助于提高磨削過程中的砂輪 的冷卻效果，避免磨削難加工材料過程中過多的熱量集中在工件表層，降低磨削溫度，磨削 時冷卻效率高，適合于多種難加工材料的精加工。
【附圖說明】
[0025] 圖1和圖2為本發(fā)明砂輪截面微觀形貌圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明砂輪磨削玻璃后的微觀形貌圖。
[0027] 圖4為本砂輪磨削鋼化玻璃后的玻璃的微觀形貌圖。
[0028]圖5為本發(fā)明砂輪的工程圖。
[0029]圖6為本發(fā)明砂輪的剖視圖，其中1為縱向盲孔，2為橫向盲孔。
[0030]圖7為圖6的局部放大圖，其中1為縱向盲孔，2為橫向盲孔。
[0031]圖8為本發(fā)明砂輪的三維視圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [0033]以下實施例得到帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具為平行砂輪，工程圖如 圖5所示，剖視圖如圖6所示，局部放大圖如圖7所示，三維視圖如圖8所示:砂輪沿著周向分 布有若干組交叉流道，每組交叉流道包括端面的三個縱向盲孔（1)和外圓周面的三個橫向 盲孔(2 )，縱向盲孔和橫向盲孔的直徑為l_2mm;平行砂輪工作時，冷卻液分別從縱向盲孔和 橫向盲孔進入內(nèi)部的交叉流道。
[0034] 實施例1
[0035] (1)混合:將占原料總質(zhì)量百分比分別為29 %、67 %、2%和2%的磨粒金剛石W40、 尼龍P2200、玻璃微珠 K46和有機累托石(D50 = 20μπι)放進混料機，均勻混料；
[0036] (2)設(shè)計砂輪結(jié)構(gòu):使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型， 將所述超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件由切片軟件處理后保存為STL文件，將STL文件的 數(shù)據(jù)信息輸入到工業(yè)級激光燒結(jié)3D打印機，采用選區(qū)激光燒結(jié)SLS工藝；
[0037] (3)打印燒結(jié)：將步驟（1)混合得到的原料放進工業(yè)級3D打印機PllO進粉桶，調(diào)整 打印機工藝參數(shù)，設(shè)置好預(yù)熱溫度為150°C，燒結(jié)溫度171.5°C，打印出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的 樹脂結(jié)合劑超硬磨具。
[0038] (4)冷卻，取出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具。將所得磨具放在SEM掃 描電鏡觀察微觀形貌，如圖1和圖2所不;米用該砂輪磨削玻璃后玻璃的微觀形貌圖如圖3所 示;采用該砂輪磨削鋼化玻璃后的玻璃的微觀形貌圖如圖4所示。
[0039] 實施例2
[0040] (1)混合:將占原料總質(zhì)量百分比分別為31%、63%、2%和2%的磨粒金剛石財0、 尼龍P2200、玻璃微珠 K46和有機累托石(D50 = 20m)放進混料機，均勻混料；
[0041] (2)設(shè)計砂輪結(jié)構(gòu):使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型， 將所述超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件由切片軟件處理后保存為STL文件，將STL文件的 數(shù)據(jù)信息輸入到工業(yè)級激光燒結(jié)3D打印機，采用選區(qū)激光燒結(jié)SLS工藝；
[0042] (3)打印燒結(jié)：將步驟（1)混合得到的原料放進工業(yè)級3D打印機PllO進粉桶，調(diào)整 打印機工藝參數(shù)，設(shè)置好預(yù)熱溫度為150°C，燒結(jié)溫度171.5°C，打印出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的 樹脂結(jié)合劑超硬磨具。
[0043] (4)冷卻，取出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具。
[0044] 對上述實施例1和2所得帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具進行檢測，測試 結(jié)果如表1:
[0045] 表1為實施例1和2所得超硬磨具的抗彎強度測試結(jié)果

[0047] 由表1可見，本發(fā)明帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具結(jié)合強度高，磨削效 率高，輔助填料提高了砂輪的耐熱溫度，并且砂輪由于內(nèi)部的微流道，磨削時冷卻效率高， 適合于多種難加工材料的精加工。
[0048] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具，其特征在于:該磨具由以下按質(zhì)量 百分比計的原料制備而成： 磨料 15%-50% 樹脂結(jié)合劑 30%-70% 造孔劑 3%-10% 輔助填料 3%-10% 所述磨料為金剛石或立方氮化硼，其粒徑范圍為0.5-50M1; 所述樹脂結(jié)合劑為尼龍PA2200、尼龍PA3200GF或國產(chǎn)純尼龍1212,其粒徑范圍為1-100 ym； 所述造孔劑為玻璃空心球或陶瓷空心球，其粒徑范圍為10-80M1; 所述輔助填料為白剛玉、累托石、滑石粉或硅化石，其粒徑范圍為10-80M1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具，其特征在于： 所述磨料為金剛石;所述樹脂結(jié)合劑為尼龍PA2200;所述造孔劑為玻璃空心球;所述輔助填 料為累托石。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具，其特征在于： 該磨具為平行砂輪，砂輪沿著周向分布有若干組交叉流道，每組交叉流道包括端面的三個 縱向盲孔和外圓周面的三個橫向盲孔，縱向盲孔和橫向盲孔的直徑為1 -2mm;平行砂輪工作 時，冷卻液分別從縱向盲孔和橫向盲孔進入內(nèi)部的交叉流道。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的制造方法， 其特征在于按照以下操作步驟： (1) 混合:將磨料、樹脂結(jié)合劑、造孔劑和輔助填料放進混料機，均勻混料； (2) 設(shè)計砂輪結(jié)構(gòu):使用計算機輔助設(shè)計軟件繪制超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型，將所 述超硬磨具的三維立體結(jié)構(gòu)模型文件由切片軟件處理后保存為STL文件，將STL文件的數(shù)據(jù) 信息輸入到工業(yè)級激光燒結(jié)3D打印機，采用選區(qū)激光燒結(jié)SLS工藝； (3) 打印燒結(jié):將步驟（1)混合得到的原料放進打印機，調(diào)整打印機工藝參數(shù)，設(shè)置好預(yù) 熱溫度，燒結(jié)溫度，打印出帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具的制造方法， 其特征在于:步驟(3)所述預(yù)熱溫度控制在150-165°C，燒結(jié)溫度控制在165-180°C。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有內(nèi)冷卻微結(jié)構(gòu)的樹脂結(jié)合劑超硬磨具在難加工材料 的精加工中的應(yīng)用。
【文檔編號】B24D18/00GK106041767SQ201610553574
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】張鳳林, 許瓊生, 張騰, 李偉雄
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)