一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法。所述砂轮的制备方法的步骤为：S1，按质量百分比为取40%—70%的镀镍金刚石，取3%—18%的填料，取12%—57%的树脂结合剂，将三者混合形成混合料；S2，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场保持至少10分钟；S3，在常温下沿与磁力线垂直的方向施加1MP—30MP的压力，保持压力至少5分钟；S4，去除磁场，置于160℃­—230℃恒温箱内加热至少30分钟；S5，取出模具，再次施加1MP—30MP的压力，保持压力至少1分钟；S6，重新置于160℃­—230℃恒温箱中继续加热至少2小时后冷却后脱模得到砂轮。本发明专利技术的砂轮具有镀镍金刚石沿磁力线规则排布，并且耐磨性好、磨削加工表面质量好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法，属于磨料、磨具制备及领域。
技术介绍
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非球面光学元件的要求越来越严格，对硬脆难加工材料的超精密加工技术提出了更高的要求。硬脆材料的微小非球面透镜及光学模具的高精度的微小非球面光学元件既要具备纳米级的表面粗糙度，又要有极高的形状精度。传统的砂轮中，发现用树脂砂轮进行加工，工件表面粗糙度较好，而面型精度较差；用陶瓷砂轮进行加工，工件面型精度较好而表面粗糙度较差，并且由于微粉砂轮粒度细，易出现磨粒团聚，且磨粒随机分布、不规则，导致被磨削表面粗糙度不均匀，有时出现过度磨削、烧结、亚表面烧伤，造成后续还需要较长时间的抛光，由于小口径非球面空间狭小，面型复杂，很难实现自动化，对工人素质与经验有很高的要求。所以通过微粉砂轮直接磨削出高面型精度、低表面粗糙度的表面能有效降低后续的抛光时间，或者根本不需要后续的抛光，这样就能大大降低加工成本。因此，研究和开发新的微粉砂轮，不仅对非球面模具加工技术提高，加工成本的降低有重要意义，而且对提高我国超精密磨削加工技术有重要意义。现有利用磁性磨粒辅助加工技术主要是采用游离磁性磨粒利用外加磁场作为驱动力进行辅助抛光，未见应用于固结磨具的报导。CN 101780664 B提出了一种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，无法应用与非球面成型磨削，且磨粒的排布靠铁粉来驱动，大大降低了磨粒有序排布的效果。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮及其制备方法，该制备方法采用镀镍金刚石，利用磁场辅助制备磨粒有序排布金刚石砂轮，能够制备出其磨料层的磨粒粒径均匀、磨粒分布规则的砂轮；该砂轮既保持了树脂砂轮的抛光性好的优点，有具有较高的刚性，又能保证加工出的工件具有较高的形状精度，且易于实现批量生产。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，按质量百分比包括：40%—70%的镀镍金刚石；3%—18%的填料；12%—57%的树脂结合剂；所述镀镍金刚石的颗粒在砂轮中沿着砂轮的径向方向均匀排布。本专利技术所述的砂轮的径向方向是指垂直于砂轮轴线方向的截面圆环的径向方向。以下为本专利技术的进一步改进的技术方案：优选地，所述镀镍金刚石的镀镍层质量占镀镍金刚石总质量的15%—20%。优选地，所述镀镍金刚石的粒径为1—300μm。优选地，所述填料为Cu、Al、Fe、石墨中的一种或几种，其粒径在0.1—20μm。更优选地，所述填料为石墨粉末，粒径为1μm-5μm。优选地，所述树脂结合剂为热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热固型聚酰亚胺树脂粉末中的一种或几种。进一步地，本专利技术还提供了一种如上述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其包括以下步骤：S1，按质量百分比为取40%—70%的镀镍金刚石，用湿润剂进行湿润，按质量百分比取3%—18%的填料，按质量百分比为取12%—57%的树脂结合剂，将三者混合形成混合料；S2，将混合料置于模具中，对混合料施加磁场保持至少10分钟；S3，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加1MP—30MP的压力，保持压力至少5分钟，形成坯料；S4，去除磁场，将装有坯料的模具置于160℃­—230℃恒温箱内对坯料加热至少30分钟；S5，从恒温箱中取出模具，对坯料施加1MP—30MP的压力，保持压力至少1分钟；S6，重新置于160℃­—230℃恒温箱中继续加热至少2小时后冷却后脱模得到砂轮。由此，将砂轮脱模后进行修整工序得到的砂轮具有镀镍金刚石沿磁力线，即砂轮的径向方向规则有序排布，并且耐磨性好、磨削加工表面质量好等特点。优选地，步骤S2中，对混合料施加的磁场不大于1000mT，更优选为400mT-1000mT。优选地，步骤S2中，所述磁场由永磁铁或电磁铁产生。优选地，步骤S1中，所述湿润剂为蓖麻油、液态热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热固型聚酰亚胺树脂中的一种或几种。优选地，步骤S2中，对混合料施加磁场保持至少10-60分钟；步骤S4中在恒温箱内加热30-120分钟；步骤S5中，施加压力保持1-30分钟；步骤S6中，恒温箱加热2-7小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：由于在加压成型以前，在磁场的作用下，镀镍金刚石沿磁力线均匀分布，一方面，金刚石规则排布能保证加工工件的质量，另一方面，磨粒规则排布能提高砂轮的在磨粒排布方向的刚性，再有结合剂对镀镍金刚石的把持能力相对于普通金刚石更高、砂轮的耐磨性更好。在超精密磨削加工时该砂轮既保持了树脂砂轮的抛光性好的优点，又具有较高的刚性，同时耐磨性更好，保证了加工工件的面形精度，有效降低了非球面玻璃透镜模具的加工成本。本专利技术制备的砂轮在超精密机床上进行对直径6mm的硬质合金非球面模具进行加工，其面形精度PV达到20nm以下，表面粗糙度Ra达到5nm以下。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步阐述。附图说明图1是本专利技术一个实施例的镀镍金刚石排布原理图。在图中1磁力线，2—模具，3—镀镍金刚石，4—结合剂与填料，5—砂轮杆。具体实施方式实施例1一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤：第一，按质量百分比60%取平均粒径为6.5μm增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿润、按质量百分比5%取平均粒径为3μm的石墨粉末，按质量百分比35%取酚醛树脂粉末树脂结合剂，将三者进行充分的混合；第二，将混合料置于外径10mm内径5mm的模具中，对混合料施加400mT的磁场，并保持30分钟；第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯料；第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170℃恒温箱中加热30分钟；第五，从恒温箱中取出模具，对坯料施加5MPa的压力，保持压力5分钟；第六，重新置于170℃恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷；第七，将砂轮脱模后进行修整。实施例2一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤：第一，按质量百分比50%取平均粒径为6.5μm增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿润，按质量百分比5%取平均粒径为3μm的石墨粉末，按质量百分比45%取酚醛树脂粉末树脂结合剂，将三者进行充分的混合；第二，将混合料置于模具中，对混合料施加400mT磁场，并保持30分钟；第三，在常温下沿与磁力线垂直的方向对混合料施加10MP的压力，保持压力5分钟得坯料；第四，去除磁场，将装有坯料的模具置于170℃恒温箱，加热30分钟；第五，从恒温箱中取出模具，再次施加5MPa的压力，保持压力5分钟；第六，重新置于170℃恒温箱中继续加热3小时后自然炉冷；第七，将砂轮脱模后进行修整。实施例3一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮制备方法，包括以下步骤：第一，按质量百分比70%取平均粒径为6.5μm增重为35%的镀镍金刚石用蓖麻油进行湿润、按质量百分比5%取平均粒径为3μm的石墨粉末，按质量百分比25%取酚醛树脂粉末树脂结合剂，将三者进行充分的混合。第二，将混合料置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，按质量百分比包括：40%—70%的镀镍金刚石；3%—18%的填料；12%—57%的树脂结合剂；所述镀镍金刚石的颗粒在砂轮中沿着砂轮的径向方向均匀排布。

【技术特征摘要】
2015.07.10 CN 20151040375311. 一种磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，按质量百分比包括：40%—70%的镀镍金刚石；3%—18%的填料；12%—57%的树脂结合剂；所述镀镍金刚石的颗粒在砂轮中沿着砂轮的径向方向均匀排布。2. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述镀镍金刚石的镀镍层质量占镀镍金刚石总质量的15%—20%。3. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述镀镍金刚石的粒径为1—300μm。4. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述填料为Cu、Al、Fe、石墨中的一种或几种，其粒径在0.1μm—20μm。5. 根据权利要求1所述的磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮，其特征在于，所述树脂结合剂为热固型环氧树脂、热固型酚醛树脂、热固型聚酰亚胺树脂粉末中的一种或几种。6. 一种如权利要求1-5之一所述磁场辅助镀镍金刚石有序排布砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，按质量百分比为取40%—70%的镀镍金刚石，用湿润剂进行湿润，按质量百分比取3%—18%的填料，按质量百分比为取12%—57%的树脂结合剂，将三者混...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹韶辉，潘卫清，黄世凡，
申请(专利权)人：杭州日铭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33