一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮的制备方法。其制备方法为：首先在砂轮轮毂外圆周涂覆聚乙烯醇胶水并干燥成聚乙烯醇胶层，采用微水刀激光加工技术在胶层上加工出有序微槽阵列，再向微槽内注入熔融聚乙烯并冷却成聚乙烯绝缘片，在沸水中完全溶解聚乙烯醇胶层并留下聚乙烯绝缘片阵列，然后在砂轮轮毂上电镀多层超硬磨料，最后将砂轮置入加热炉熔除聚乙烯绝缘片，形成一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮。本发明专利技术的微槽加工技术使得砂轮轮毂工作面不会出现热影响区，并且在电镀多层磨料后，能够实现有序排布的磨料层之间保持有大量大深宽比微槽，微槽结构和尺寸一致性好，大大提高了砂轮排屑和冷却性能，延长了砂轮寿命。

An ordered microgroove structure multi-layer superhard abrasive grinding wheel and its preparation method

The invention discloses a multi-layer ordered micro groove structure of super hard abrasive electroplating grinding wheel and preparation method thereof, which is characterized in that the wheel hub on the outer circumference of a large and orderly arrangement of electroplating includes multilayer abrasive super hard abrasive layer, there is only tens of microns width, depth, and length of hundreds of micrometers of equal thickness, grinding wheel spacing of micro groove hundreds of micrometers are adjacent abrasive layer. The preparation method is as follows: in the wheel hub outer coating and drying into PVA glue layer, processing layer in the groove arrays by micro jet laser processing technology, injected into the groove and cooled into molten polyethylene insulation sheet, dissolved in boiling water after plating layer multilayer abrasive, finally melting except insulating sheet. The invention of the wheel grinding wheel is helpful to solve the problem of easy clogging, grinding fluid to enter the grinding zone, plating multilayer abrasive abrasive layer adjacent easy abrasive layer overlapping, poor consistency problems, prevent the workpiece burn, improve the service life of the grinding wheel and the grinding efficiency and grinding quality assurance.

【技术实现步骤摘要】
一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮及其制备方法
本专利技术涉及一种砂轮的结构及其制备方法，特别是一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮及其制备方法。
技术介绍
磨削作为当今机械制造领域使用范围最广的加工技术之一，在精密和超精密加工方面有着重要的应用。传统的单层磨料电镀砂轮不可修整，需要增加镀层厚度以增大镀层金属对磨料的把持力，会造成磨料出刃高度和容屑空间减小，容易使砂轮发生堵塞，散热效果差，加剧了磨削热量的产生和聚集，同时砂轮与工件紧密接触，导致磨削液难以有效地进入磨削区，使得磨削区冷却效果不佳，容易造成工件热损伤。为了改善砂轮的排屑和冷却效果，公开号为CN103465187A的专利“微结构化大磨粒金刚石砂轮的制造方法”使用垂直于单层金刚石电镀砂轮工作表面的脉冲激光，在砂轮工作表面上加工出深度、宽度均为几十微米的微槽。虽然开槽有利于磨削液进入磨削区，提高了砂轮排屑和冷却性能，但是由于砂轮是非均匀多元复合体，采用激光在砂轮工作表面加工微槽时，被烧蚀的对象包括磨粒和结合剂，而这两种材料的热物理性能通常相差很大，导致微槽结构和尺寸特征一致性差，激光加工工艺参数难以控制，同时激光加工时引起的磨料表层损伤问题也不容忽视。公开号为CN104385160A的专利“一种有序结构电镀砂轮的制造方法”先采用激光束在砂轮轮毂外圆周面上加工出凹槽阵列，然后使用环氧树脂将凹槽阵列填满，再在砂轮轮毂外圆周面上电镀磨料，从而形成磨料层与环氧树脂有序间隔排布的电镀砂轮。通过此方法制备的砂轮较大地增加了砂轮的容屑空间，提高了砂轮的排屑能力，并使磨削液有效地注入磨削区域，改善磨削区的冷却效果。但是由于在电镀过程中被微槽隔开的磨料层有向外扩展的趋势，若电镀磨料的层数较多时，则相邻磨料层会相互靠拢甚至搭接成为一个整体，从而导致砂轮外圆周工作面上的微槽宽度过小甚至没有微槽，将会引起砂轮容屑空间减小，冷却效果大为降低，磨削过程中容易造成工件热损伤。因此通过该方法制备的砂轮的磨料层数不能过多，所形成微槽的深宽比不能太大，砂轮磨粒磨损或脱落后后续磨粒补充数量偏少，导致局部位置出现磨粒空缺现象，磨削时砂轮振动加剧，降低了磨削精度，且砂轮的使用寿命受限。公开号为CN101073882A的专利“一种磨料三维多层可控优化排布电镀工具制作方法”提出了一种在砂轮轮毂表面电镀多层磨料的方法，该方法制备的砂轮能够较大地增加容屑空间，增强磨削过程中磨屑排出、磨削液进入磨削区、磨削热转移的能力。但是该方法以双层复合掩膜作为电镀掩膜，电镀形成的磨料群形状难以控制，造成复合电镀形成的磨料群形貌为上窄下宽的梯台状，使磨料群间的间隔增大，砂轮与工件接触面积波动增大，磨削过程中可能会出现较大的振动而造成工件表面质量下降的问题。
技术实现思路
为解决上述砂轮和现有技术存在的问题，本专利技术提出一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮及其制备方法。本专利技术的砂轮，其特征是在砂轮轮毂外圆周面上排布着大量且包含有多层超硬磨料的电镀超硬磨料层，相邻磨料层之间布置有长度与砂轮厚度相等、宽度仅为几十微米、深度为数百微米、深宽比达到几十且具有一定结构形式的微槽，微槽在砂轮外圆周工作面上呈等间距有序排布，间距为数百微米。本专利技术的有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮既可以增加砂轮的容屑空间，提高砂轮的容屑、排屑能力，有利于磨削液有效地进入磨削区，显著改善磨削区的冷却效果；又因为微槽尺寸细微、深宽比大、结构一致性高，可以减轻磨削过程中出现的周期性振动，大大提高了工件的加工质量；同时多层磨料电镀砂轮可以修整，降低了对砂轮轮毂加工精度和装配精度的要求，大大降低了砂轮制造成本；并且所用磨料尺寸细小，磨削时单位有效磨粒数增加，可以在保证材料去除率高的同时提高工件加工质量。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：采用机械加工方法制造出砂轮轮毂。在砂轮轮毂的外圆周面上涂覆一层厚度为0.8~1.2mm的聚乙烯醇胶水，待胶水自然风干后与砂轮轮毂一起置入干燥箱内充分干燥，从而在砂轮轮毂的外圆周面上形成聚乙烯醇胶层。采用微水刀激光加工技术在聚乙烯醇胶层上加工出间距为数百微米、宽度为数十微米、长度与砂轮厚度相等、深度为穿透聚乙烯醇胶层并在砂轮轮毂形成深度为近百微米的凹槽阵列。采用熔融聚乙烯将凹槽阵列填充；待熔融聚乙烯冷却成型后，将砂轮轮毂置入沸水中，由于聚乙烯醇胶层在沸水中能够完全溶解，而聚乙烯不溶于沸水，则在砂轮轮毂的外圆周面上能够留下聚乙烯绝缘片阵列。对超硬磨料和砂轮轮毂进行前处理，前处理包含对超硬磨料进行酸洗和碱洗，对砂轮轮毂酸洗除锈，在砂轮轮毂非工作面涂覆绝缘漆。将经过前处理的砂轮轮毂置入电镀槽内，采用复合电沉积工艺在砂轮轮毂外圆周面上电镀超硬磨料，即先在砂轮轮毂的外圆周面上预镀厚度为20µm的镀镍层；上第一层超硬磨料，电镀加厚使得第一层超硬磨料65%~80%的高度被埋入镀镍层中；然后再上第二层超硬磨料，并加厚至第二层超硬磨料65%~80%的高度被埋入镀镍层中；再上第三层超硬磨料，如此反复，直至在砂轮轮毂外圆周面上形成大量且具有多层超硬磨料的电镀超硬磨料层，且最外层超硬磨料65%~70%的高度被埋入镀镍层中。由于聚乙烯绝缘片的存在，相邻的电镀超硬磨料层被完全隔开，形成电镀超硬磨料层与聚乙烯绝缘片呈间隔排布的形貌。将电镀完毕的砂轮置入加热炉中，加热熔除聚乙烯绝缘片阵列，形成大量磨料层与微槽相间的有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮。所述砂轮轮毂材质为45号钢，直径为Φ20~200mm，厚度为6~20mm。所述磨料层间的微槽是宽度仅为30~50µm、深度为500~750µm、深宽比为10~25，间距为400~800µm。所述电镀超硬磨料层的超硬磨料层数为4~7层。所述磨料层的厚度为0.3~0.6mm。所述的凹槽可以通过调整微水刀激光加工设备的喷嘴与砂轮轮毂的相对运动轨迹来改变凹槽的结构形式，凹槽的结构形式包括直线型、斜线型、螺旋型。采用微水刀激光加工技术在聚乙烯醇胶层上加工凹槽时，引导激光束的直径为Φ25~45µm的水射流垂直于聚乙烯醇胶层的外圆周面，并沿着砂轮轮毂的轴向进给，同时砂轮轮毂绕其自身轴线转动；每加工出一个凹槽后，微水刀激光加工设备的喷嘴返回初始位置，再将砂轮轮毂转动分度，继续开展下一个凹槽的加工；如此反复，直至整个聚乙烯醇胶层的外圆周面加工有凹槽阵列。所述超硬磨料为CBN或金刚石。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果。①在砂轮轮毂外圆周面上具有大量长度与砂轮厚度相等、宽度仅为几十微米、深度为几百微米、深宽比达到几十、间隔为几百微米的微槽，极大地增加了砂轮的容屑空间，提高砂轮的容屑、排屑能力，并使得磨削液能够有效地进入磨削区，显著地增强磨削区的冷却效果，防止工件发生磨削烧伤。②采用微水刀激光加工技术加工凹槽时，脉冲激光束通过透镜聚焦后，被导入喷嘴射出的直径仅为Φ25~45µm的水射流中，激光束在水射流里面以全反射的方式沿水射流传播。当水射流与工件接触时，激光被水射流引导至工件表面，激光烧蚀工件材料，被烧蚀的工件材料被水流带走，同时水流冷却工件，工件表面不会出现热影响区，也不会残留熔渣。因此加工的凹槽宽度可以仅为几十微米、深宽比可以达到几十，而且凹槽具有结构和尺寸一致性高的优点，也大大减轻磨削过程中因断续磨削引起的周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮，其特征在于：在砂轮轮毂（1）外圆周面上排布着大量且包含有多层超硬磨料（3）的电镀超硬磨料层（8），相邻磨料层（8）之间布置有一定结构形式的微槽（12）；微槽（12）的宽度仅为几十微米、深度为数百微米、深宽比达到几十、长度与砂轮厚度相等；微槽（12）阵列在砂轮外圆周工作面上呈等间距有序排布，间距为数百微米。

【技术特征摘要】
1.一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮，其特征在于：在砂轮轮毂（1）外圆周面上排布着大量且包含有多层超硬磨料（3）的电镀超硬磨料层（8），相邻磨料层（8）之间布置有一定结构形式的微槽（12）；微槽（12）的宽度仅为几十微米、深度为数百微米、深宽比达到几十、长度与砂轮厚度相等；微槽（12）阵列在砂轮外圆周工作面上呈等间距有序排布，间距为数百微米。2.一种有序微槽结构多层超硬磨料电镀砂轮的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：步骤一、采用机械加工方法制造出砂轮轮毂（1）；在砂轮轮毂（2）的外圆周面上涂覆一层厚度为0.8~1.2mm的聚乙烯醇胶水，待胶水自然风干后与砂轮轮毂（1）一起置入干燥箱内充分干燥，从而在砂轮轮毂（1）外圆周面上形成聚乙烯醇胶层（5）；步骤二、采用微水刀激光加工技术在聚乙烯醇胶层（5）上加工出间距为数百微米、宽度为数十微米、长度与砂轮厚度相等、深度为穿透聚乙烯醇胶层（5）并在砂轮轮毂（1）形成深度为近百微米的凹槽（7）阵列；步骤三、采用熔融聚乙烯（11）将凹槽（7）阵列填充；待熔融聚乙烯（11）冷却成型后，将砂轮轮毂（1）置入沸水中，由于聚乙烯醇胶层（5）在沸水中能够完全溶解，而聚乙烯不溶于沸水，则在砂轮轮毂（1）外圆周面上能够留下聚乙烯绝缘片（2）阵列；步骤四、对超硬磨料（3）和砂轮轮毂（1）进行前处理，前处理包含对超硬磨料（3）进行酸洗和碱洗，对砂轮轮毂（1）酸洗除锈，在砂轮轮毂（1）非工作面涂覆绝缘漆；步骤五、将经过前处理的砂轮轮毂（1）置入电镀槽内，采用复合电沉积工艺在砂轮轮毂（1）外圆周面上电镀超硬磨料（3），即先在砂轮轮毂（1）外圆周面上预镀厚度为20µm的镀镍层（4）；上第一层超硬磨料（3），电镀加厚使得第一层超硬磨料（3）65%~80%的高度被埋入镀镍层（4）中；然后再上第二层超硬磨料（3），并加厚至第二层超硬磨料（3）65%~80%的高度被埋入镀镍层（4）中；再上第三层超硬磨料（3），如此反复，直至在砂轮轮毂（1）外圆周面上形成大量且具有多层超硬磨料（3）的电镀超硬磨料层（8），且最外层超硬磨料（3）65%~70%的高度被埋入镀镍层（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛聪，蔡培浩，蒋艺峰，钟宇杰，彭潇潇，张明军，仝永刚，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43