用于制備磁性磨粒有序排布砂輪的裝置及砂輪制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于磨料、磨具制備及領域，具體涉及一種采用磁性磨粒，利用磁場輔助制備磨粒有序排布砂輪的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著光學、電子、信息、航空航天技術的飛速發(fā)展，高集成、高性能、高精度的光學系統(tǒng)對以碳化鎢、碳化硅、光學玻璃等硬脆材料為代表的光學元件的要求越來越嚴格，既要求具備納米級的表面粗糙度，且要求表面質量非常均勻。這就要求使用微粉砂輪。傳統(tǒng)的微粉砂輪，由于微粉磨料體積較小、形狀不規(guī)則，往往容易產生偏析和聚集，聚集區(qū)的磨粒在磨削過程幾乎不作為而自行脫落，得不到有效利用而導致浪費，砂輪的耐磨性差，磨粒隨機分布、不規(guī)則，也會導致被磨削表面粗糙度不均勻。
[0003]傳統(tǒng)磨具制備工藝中磨料隨機分布的狀態(tài)使得磨具的使用性能存在諸多不穩(wěn)定因素，造成工件磨削質量穩(wěn)定性差、加工表面質量不均勻、磨具使用壽命低等問題。
[0004]現有的磨粒規(guī)則排布技術:歐洲專利EP1208345A公開了一種采用點膠法制備磨粒有序排布砂輪，美國專利U.S.6,039,641公開了一種采用模板法實現磨粒的有序排布，中國專利CN102896590A公開了一種釬焊實現磨粒等距離排布的砂輪，這些方法都只是針對粗粒，對于微粉難以實現。中國專利CN101780664B提出了磁場輔助成型磨石的制備方法。這種磨石實際上是一種可固化的磁流變液，它由磁性顆粒、磨粒以及高分子聚合物，如樹脂，按照一定比例混合而成，主要是用于拋光，無法應于成型磨削，且其中的鐵粉與非磁性的磨粒是分開的，其原理是鐵粉受到磁場力驅動形成磁鏈，運動中的鐵粉會推動磨粒運動從而達到磨粒規(guī)則排布的目的，大大降低了磨粒規(guī)則排布的效果。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種用于制備磁性磨粒有序排布砂輪的裝置及砂輪制備方法，該裝置及砂輪的制備方法采用磁性磨粒，利用磁場直接控制磁性磨粒規(guī)則排布，磁性磨粒有內核和外層組成，內核為鐵磁性粒子，外層為磨粒。鐵磁粒子在磁場中極易磁化，在磁場的作用下，這種磨粒就會沿磁力線規(guī)則排布。采用該方法能夠制備出磨粒粒徑均勻、磨粒分布規(guī)則的砂輪。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種用于制備磁性磨粒有序排布砂輪的裝置，其結構特點是，包括砂輪成型模具與勵磁系統(tǒng)；所述砂輪成型模具包括導磁桿，套裝在導磁桿上的上模和下模，以及套裝在上模和下模上兼作上導磁板的模套；所述上?？上鄬Т艞U的軸線上下滑動，在導磁桿外壁、上模下表面、下模上表面、以及兼作上導磁板的模套內壁面之間形成用于容納砂輪混合料的砂輪成型腔；所述勵磁系統(tǒng)包括所述導磁桿、套裝在導磁桿上的下導磁板、所述兼作上導磁板的模套、以及位于下導磁板與兼作上導磁板的模套之間的磁鐵，該磁鐵的磁力線沿著砂輪成型腔徑向方向布置。
[0007]所述砂輪成型腔與砂輪的形狀匹配，砂輪的中心軸孔與導磁桿的形狀匹配，砂輪成型腔徑向方向是指垂直于砂輪成型腔軸向的截面圓環(huán)的徑向方向。
[0008]由此，將磁性磨粒、填料和樹脂進行充分混合形成砂輪混合料，并裝填入成型腔進行生坯，將坯體燒結，脫模、修整即得砂輪。
[0009]以下為本發(fā)明的進一步改進的技術方案:
進一步地，所述兼作上導磁板的模套、下導磁板以及中間的導磁桿均由初始磁導率大于14的材料制成。
[0010]優(yōu)選地，所述磁鐵的磁場強度大于OmT且不高于1000mT。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述磁鐵為釹鐵硼永磁鐵。
[0012]基于同一個構思，本發(fā)明還提供了一種利用上述用于制備磁性磨粒有序排布砂輪的裝置制備砂輪的方法，包括如下步驟:
51、將兼作上導磁板的模套、下模、導磁桿組裝；
52、在所述成型腔內裝填砂輪混合料；
53、將磁鐵、下導磁板組裝，在磁場作用下磁性磨粒被磁化而沿磁力線的方向規(guī)則排布；
54、待砂輪混合料穩(wěn)定以后，通過套在導磁桿上的上模對砂輪混合料向下施加I一30MPa的壓力使砂輪成型為坯體；
55、將坯體燒結，脫模、修整得砂輪。
[0013]所述磁性磨粒由內部的鐵磁相和包裹在鐵磁相外的磨粒相組成，磁性磨粒的粒徑為 I—300 y mo
[0014]進一步地，本發(fā)明所述砂輪混合料按質量百分比包括:
40%—70%的磁性磨粒；
3%—18%的填料；
12%—57%的樹脂結合劑。
[0015]優(yōu)選地，磁性磨粒為鍍鎳金剛石。
[0016]優(yōu)選地，所述填料為Cu、Al、Fe、石墨中的一種或幾種，其粒徑為0.1ym一20 μπι ；
所述樹脂結合劑為熱固型環(huán)氧樹脂、熱固型酚醛樹脂、熱固型聚酰亞胺樹脂粉末中的一種或幾種。
[0017]步驟S5中，燒結前去除磁場，將裝有坯料的模具置于160°C — 230°C恒溫箱內對坯料加熱至少30分鐘；然后從恒溫箱中取出模具，對坯料施加IMP—30MP的壓力，保持壓力至少I分鐘；最后將裝有坯料的模具置于160°C — 230°C恒溫箱中繼續(xù)加熱至少2小時后冷卻后脫模得到砂輪。
[0018]藉由上述結構，本發(fā)明通過實現磨粒的規(guī)則排布，可提高磨削過程穩(wěn)定性，一方面可以提高磨粒的利用率，延長砂輪的使用壽命，降低生產成本，砂輪的耐磨性好，在成型磨削中就能得到較高的形狀精度；另一方面磨粒的規(guī)則排布可使得同時參與切削作用的磨粒數量增加，有利于提高磨削效率，且磨粒規(guī)則的砂輪避免了傳統(tǒng)砂輪中出現的磨粒聚集容易在工件表面產生粗大劃痕的缺點，可獲得比傳統(tǒng)更均勻的表面質量。
[0019]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:在加壓成型前，借助磁場的作用，磁性磨粒沿磁力線規(guī)則排布，一方面，可以提高磨粒的利用率，提供砂輪的耐磨性，延長砂輪的使用壽命，降低生產成本；另一方面，增強磨削過程穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)砂輪由于磨粒聚集在工件表面產生粗大的劃痕的問題，可獲得比傳統(tǒng)砂輪更均勻的表面質量，并且制備工藝簡單，易于實現生產。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種實施例的砂輪制備裝置示意圖；
圖2是本發(fā)明一種實施例的磁性磨粒規(guī)則排布原理俯視圖；
圖3是本發(fā)明一種實施例的磁性磨粒規(guī)則排布原理正視圖；
圖4是本發(fā)明一種實施例的磁性磨粒組成結構示意圖。
[0021]其中
1-導磁桿，2-上模，3-制備砂輪的混合料，4-兼作上導磁板的模套，5-下模，6-永磁鐵，7-下導磁板，8-磁性磨粒，9-樹脂結合劑及填料，10-