CN109483416A - 一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮及其制作方法，所述砂轮包括呈中空圆柱状的砂轮金属基底；所述砂轮金属基底侧壁通过同轴送粉激光熔覆工艺熔覆有结构化磨削工作层；所述结构化磨削工作层由金属结合剂和超硬磨粒构成。本发明在提高磨粒把持力的同时，降低砂轮磨粒在长时间高温下失效和砂轮金属基底的形变现象，利用灵活的工业机器人机械手和激光器，形成多样的激光熔覆轨迹，宏观的结构化磨削工作层有利于切屑流和磨削过程中的散热，提高磨削效率，在制作过程当中，提高了砂轮制造的工艺效率，提升了磨削砂轮的制作灵活性，提高了金属结合剂砂轮的磨削性能，同时也扩大了金属结合剂砂轮的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属结合剂超硬磨料加工工具及其制作方法，特别是涉及一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮及其制作方法，属于超硬磨料磨具制造技术领域。
背景技术
随着高速磨削和高精度磨削技术的发展，传统超硬磨粒砂轮，比如，陶瓷结合剂超硬磨粒砂轮和树脂超硬磨粒砂轮，已经无法满足现代制造工业的需求。钎焊砂轮和电镀砂轮，作为两种应用最为广泛的金属结合剂砂轮，以其在高速高精磨削领域，加工难加工金属和工程陶瓷的优势，应用日益广泛。
然而，金属超硬磨粒砂轮在制作和加工过程中也存在一定的问题。电镀砂轮磨粒把持力不足，在重载磨削过程当中会有磨粒脱落；为了提高磨粒在电镀层中的把持力，需要提高电镀层的厚度，这样会牺牲磨粒间的容屑空间，使得磨削时磨屑易发生堵塞，散热性差，容易致使工件烧伤。而钎焊砂轮在制作过程中，由于磨粒和砂轮基体长时间暴露在高温加热环境中，磨粒容易受热失效，砂轮基体易受热发生形变，降低磨削性能。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮及其制作方法。本发明采用的技术手段如下：
一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮，包括呈中空圆柱状的砂轮金属基底；
所述砂轮金属基底侧壁通过同轴送粉激光熔覆工艺熔覆有结构化磨削工作层；
所述结构化磨削工作层由金属结合剂和超硬磨粒构成。
所述砂轮金属基底的内径为70mm或外径为轴向长度为10mm～100mm。
所述砂轮金属基底的材质为45号钢，合金钢40Gr，铝合金，钛合金，碳纤维复合材料或铸铁中的一种。
所述砂轮金属基底的中空内孔通过镗磨制成。
本发明还公开了一种制作上述所述的砂轮的方法，具有如下步骤：
S1、将金属结合剂粉末，超硬磨粒分别经电子称称量后，倒入混料瓶中并按照一定质量比例进行混合，并通过球磨将所述混料瓶中的超硬磨粒和金属结合剂粉末混合均匀；
S2、将步骤S1得到的混合物装入自封袋，放入烘干箱中烘干，烘干温度为50～90℃，烘干时间大于12小时；
S3、取出自封袋内的混合物倒入激光熔覆送粉器内；
S4、将所述砂轮金属基底使用丙酮溶液去除表面油污和杂质后，使用酒精对其表面进行清洁，得到光洁的待加工的所述砂轮金属基底，并安装在激光熔覆头下侧的数控三爪卡盘上；
S5、按照一定的激光熔覆加工参数和扫描路径在步骤S4得到的所述砂轮金属基底侧壁进行同轴送粉激光熔覆，形成所述结构化磨削工作层；
S6、将步骤S5得到的所述砂轮金属基底使用车削切断，得到所述砂轮。
步骤S1中，所述超硬磨粒为金刚石或立方氮化硼中的至少一种；
所述金属结合剂粉末为金属单质、金属合金、金属合金与金属单质的混合物、金属单质与陶瓷颗粒混合物、金属合金与陶瓷颗粒的混合物、金属单质连同金属合金与陶瓷颗粒的混合物中的至少一种。
所述金属单质和所述金属合金为雾化球形粉末，目数为100～500目；
所述陶瓷颗粒的形状为无定形，目数为300-1200目。
所述金属单质为单质铜粉，单质镍粉，单质锡粉，单质钛粉，单质铬粉的一种或两种以上的混合物；
所述金属合金为铜锡钛合金，银铜钛合金，铜钛合金，镍铬合金中的一种或两种以上的混合物；
所述陶瓷颗粒为碳化硼，氮化钛，碳化钛，硼化钛中的一种或两种以上的混合物。
步骤S5中，所述扫描路径为波浪线型、阶梯线型、直线型和锯齿线型，且所述扫描路径与所述砂轮金属基底的纵向法线呈90°到180°，所述扫描路径中相邻两线间距为0.2mm到5mm。
本发明在提高磨粒把持力的同时，降低砂轮磨粒在长时间高温下失效和砂轮金属基底的形变现象，利用灵活的工业机器人机械手和激光器，形成多样的激光熔覆轨迹，宏观的结构化磨削工作层有利于切屑流和磨削过程中的散热，提高磨削效率，在制作过程当中，提高了砂轮制造的工艺效率，提升了磨削砂轮的制作灵活性，提高了金属结合剂砂轮的磨削性能，同时也扩大了金属结合剂砂轮的使用范围。
基于上述理由本发明可在超硬磨料磨具制造等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中所述砂轮的制备示意图(主视图)。
图2是本发明的具体实施方式中所述砂轮的制备示意图(侧视图)。。
图3(1)是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(波浪线型)。
图3(2)是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(阶梯线型)。
图3(3)是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(直线型)。
图3(4)是本发明的具体实施方式中扫描路径示意图(锯齿线型)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图3所示，一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮，包括呈中空圆柱状的砂轮金属基底；
所述砂轮金属基底侧壁通过同轴送粉激光熔覆工艺熔覆有结构化磨削工作层；
所述结构化磨削工作层由CuSnTi合金和CBN构成。
所述砂轮金属基底的内径为外径为轴向长度为10mm。
所述砂轮金属基底的材质为45号钢。
所述砂轮金属基底的中空内孔通过镗磨制成。
一种制作上述所述的砂轮的方法，具有如下步骤：
S1、将CuSnTi合金粉末，CBN分别经电子称称量后获得200g和40g(质量比为5：1)，倒入混料瓶中，并倒入与混合粉末(CBN和CuSnTi)成质量比为5：2的刚玉球，通过球磨将所述混料瓶中的超硬磨粒和金属结合剂粉末混合均匀，球磨时间为25h以上；
S2、将步骤S1得到的混合物装入自封袋，放入烘干箱中烘干，烘干温度为70℃，烘干时间为30小时；
S3、取出自封袋内的混合物倒入激光熔覆送粉器内；
S4、将所述砂轮金属基底使用丙酮溶液去除表面油污和杂质后，使用酒精对其表面进行清洁，得到光洁的待加工的所述砂轮金属基底，并安装在激光熔覆头下侧的数控三爪卡盘上；
S5、按照一定的激光熔覆加工参数和扫描路径在步骤S4得到的所述砂轮金属基底侧壁进行同轴送粉激光熔覆，形成所述结构化磨削工作层，所述激光熔覆加工参数为，激光功率390W，激光扫描速度6mm/s的扫描速度，所述扫描路径为直线型，且所述扫描路径与所述砂轮金属基底的纵向法线呈45°，所述扫描路径中相邻两线间距为2mm。；
S6、将步骤S5得到的所述砂轮金属基底使用车削切断，得到所述砂轮。
实施例2
如图1-图3所示，一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮，包括呈中空圆柱状的砂轮金属基底；
所述砂轮金属基底侧壁通过同轴送粉激光熔覆工艺熔覆有结构化磨削工作层；
所述结构化磨削工作层由Ni-Gr合金和金刚石构成。
所述砂轮金属基底的内径为外径为轴向长度为20mm。
所述砂轮金属基底的材质为铝合金。
所述砂轮金属基底的中空内孔通过镗磨制成。
一种制作上述所述的砂轮的方法，具有如下步骤：
S1、将Ni-Gr合金粉末，金刚石分别经电子称称量后获得100g和30g(质量比为10：3)，倒入混料瓶中，并倒入与混合粉末(Ni-Gr和金刚石)成质量比为11：4的刚玉球，通过球磨将所述混料瓶中的超硬磨粒和金属结合剂粉末混合均匀，球磨时间为40h以上；
S2、将步骤S1得到的混合物装入自封袋，放入烘干箱中烘干，烘干温度为90℃，烘干时间为40小时；
S3、取出自封袋内的混合物倒入激光熔覆送粉器内；
S4、将所述砂轮金属基底使用丙酮溶液去除表面油污和杂质后，使用酒精对其表面进行清洁，得到光洁的待加工的所述砂轮金属基底，并安装在激光熔覆头下侧的数控三爪卡盘上；
S5、按照一定的激光熔覆加工参数和扫描路径在步骤S4得到的所述砂轮金属基底侧壁进行同轴送粉激光熔覆，形成所述结构化磨削工作层，所述激光熔覆加工参数为，激光功率350W，激光扫描速度5.5mm/s的扫描速度，所述扫描路径为直线型，且所述扫描路径与所述砂轮金属基底的纵向法线呈60°，所述扫描路径中相邻两线间距为3mm。；
S6、将步骤S5得到的所述砂轮金属基底使用车削切断，得到所述砂轮。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种同轴送粉激光熔覆金属结合剂超硬磨粒结构化圆周一体砂轮，其特征在于，包括呈中空圆柱状的砂轮金属基底；
所述砂轮金属基底侧壁通过同轴送粉激光熔覆工艺熔覆有结构化磨削工作层；
所述结构化磨削工作层由金属结合剂和超硬磨粒构成。
2.根据权利要求1所述的砂轮，其特征在于：所述砂轮金属基底的内径为70mm或外径为轴向长度为10mm～100mm。
3.根据权利要求1所述的砂轮，其特征在于：所述砂轮金属基底的材质为45号钢，合金钢40Gr，铝合金，钛合金，碳纤维复合材料或铸铁中的一种。
4.根据权利要求1所述的砂轮，其特征在于：所述砂轮金属基底的中空内孔通过镗磨制成。
5.一种制作权利要求1-4任一权利要求所述的砂轮的方法，其特征在于具有如下步骤：
S1、将金属结合剂粉末，超硬磨粒分别经电子称称量后，倒入混料瓶中并按照一定质量比例进行混合，并通过球磨将所述混料瓶中的超硬磨粒和金属结合剂粉末混合均匀；
S2、将步骤S1得到的混合物装入自封袋，放入烘干箱中烘干，烘干温度为50～90℃，烘干时间大于12小时；
S3、取出自封袋内的混合物倒入激光熔覆送粉器内；
S4、将所述砂轮金属基底使用丙酮溶液去除表面油污和杂质后，使用酒精对其表面进行清洁，得到光洁的待加工的所述砂轮金属基底，并安装在激光熔覆头下侧的数控三爪卡盘上；
S5、按照一定的激光熔覆加工参数和扫描路径在步骤S4得到的所述砂轮金属基底侧壁进行同轴送粉激光熔覆，形成所述结构化磨削工作层；
S6、将步骤S5得到的所述砂轮金属基底使用车削切断，得到所述砂轮。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述超硬磨粒为金刚石或立方氮化硼中的至少一种；
所述金属结合剂粉末为金属单质、金属合金、金属合金与金属单质的混合物、金属单质与陶瓷颗粒混合物、金属合金与陶瓷颗粒的混合物、金属单质连同金属合金与陶瓷颗粒的混合物中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属单质和所述金属合金为雾化球形粉末，目数为100～500目；
所述陶瓷颗粒的形状为无定形，目数为300-1200目。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属单质为单质铜粉，单质镍粉，单质锡粉，单质钛粉，单质铬粉的一种或两种以上的混合物；
所述金属合金为铜锡钛合金，银铜钛合金，铜钛合金，镍铬合金中的一种或两种以上的混合物；
所述陶瓷颗粒为碳化硼，氮化钛，碳化钛，硼化钛中的一种或两种以上的混合物。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤S5中，所述扫描路径为波浪线型、阶梯线型、直线型和锯齿线型，且所述扫描路径与所述砂轮金属基底的纵向法线呈90°到180°，所述扫描路径中相邻两线间距为0.2mm到5mm。
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