水凝磨具及其增量修整方法技术

本申请涉及水凝磨具及其增量修整方法。所述水凝磨具原料按质量百分比计为：磨料25～35％、防沉淀剂3～7％、增硬填充剂3～7％、四氧化三铁3～7％，其余为基液；所述基液为氯化镁与水按照质量比为1:49混合制得的混合液。其增量修整方法为：将已磨损的磨具置于高压模具中，倒入搅拌好的水基磨料全混液；封闭高压模具，等待水基磨料全混液凝固；进行脱模、端面打磨和修整即可。本申请的水凝磨具整体硬度高，磨料在磨具中分布均匀，整个磨具表面加工能力一致；磨具工作面具有吸水、蓄水功能，使其在工作过程中不会达到过高温度，可避免加工过程工件表面烧伤；此外，本申请的水凝磨具，可重复利用，配方材料易得，制作方法操作简单，难度低，制造成本低。

Water Condensation Abrasive Tool and Its Incremental Dressing Method

【技术实现步骤摘要】
水凝磨具及其增量修整方法
本申请涉及精密及超精密加工
，具体涉及水凝磨具及其增量修整方法。
技术介绍
传统的磨具通常采用结合剂将磨料粘合而成，固结磨具的制造工序有通常为：按质量比例分料、配料→混料→通过高压模具成型→加热固化→修整、加工→合格性检查等，加工后的磨具具有一定强度和形状，其强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能，且在不同工作环境下，其性能通常不会有较大变化。因此，针对不同材质的工件，需选用不同材质的磨具，且通常磨具只能进行去材修整，而不能实现增材修整，致使磨具只能作为消耗品，无法重复利用，使用成本较高。此外，在磨削/抛光加工过程中，由于温升较快较高，需要大量水来实现工件冷却，也严重浪费了水资源。鉴于此，如何制造出软硬度可变、可实现增材修整、工作时无需消耗大量冷却水的磨具成为了近些年的研究趋势，也是目前本领域所面临和亟待解决的难题。
技术实现思路
为克服现有技术中所存在的上述不足，本申请提供了水凝磨具。本申请的水凝磨具整体硬度高，可达到Y级的硬度级别，磨料在磨具中分布均匀，整个磨具表面加工能力一致；磨具工作面具有吸水、蓄水功能，使其在工作过程中不会达到过高温度，可避免加工过程中工件表面温升带来的工件表面烧伤；此外，本申请的水凝磨具，配方材料易得，配置方法操作简单，难度低，制造成本低。同时，本申请还提供了对本申请的水凝磨具进行增材修整的方法。对于磨具，本申请的技术方案是：水凝磨具，所述水凝磨具由以下按质量百分比计的原料组分制成：磨料25～35％、防沉淀剂3～7％、增硬填充剂3～7％、四氧化三铁3～7％，其余为基液；所述基液为氯化镁与水按照质量比为1:45～55混合制得的混合液；所述水凝磨具制作步骤如下：1)按比例将磨料、防沉淀剂、增硬填充剂、四氧化三铁和基液混合，制得水基磨料预混液；2)将装有水基磨料预混液的容器置于低温高压环境下进行高速搅拌，每搅拌一段时间后静置一段时间，经多次搅拌后，获得水基磨料全混液；3)将水基磨料全混液倒入高压模具内，等待水基磨料全混液凝固后脱模获得半成品磨具，然后在对端部进行打磨后通过磨削的方式将半成品磨具的表面进行修整至所需要的精度，获得水凝磨具成品。与现有技术相比，本申请的水凝磨具具有以下显著进步：(1)配方材料易得，材料成本低；(2)配置过程中，可将配料同时倒入基液进行搅拌，无需区分先后顺序，操作简单，对操作人员要求低，人工成本低；(3)制作时，低温高压环境有助于水基磨料预混液快速凝固，在低温高压环境下进行多次高速搅拌，每搅拌一段时间后静置一段时间，静止后水基磨料预混液呈半凝固状态，接下来的高速搅拌可打碎已凝固的晶轴，使其细化，使磨料在混合液体系中分布更均匀，保证整个磨具表面加工能力一致；(4)常态的水是由10个以上的水分子组成的“大分子团水”，活性较差，配料中的四氧化三铁具有磁性，和基液里氯化镁的Cl-离子都有助于将“大分子团水”打散成产生5-8个水分子组成的“小分子团水”，“小分子团水”活性更好，可使磨具在制作过程中凝聚力更强，从而，使得制成的磨具整体硬度极高，可达到Y级的硬度级别；(5)磨具工作面具有吸水、蓄水功能，磨具工作面吸收的水分在加工过程中随加工面温度升高转化为水蒸气，带走了加工面的热量，使其工作过程中不会达到过高温度，可避免加工过程中工件表面温升带来的工件表面烧伤。低温高压环境有助于水基磨料预混液快速凝固，作为优化，所述低温高压环境的温度为-60℃～-30℃，气压为250～350MPa。搅拌速度越高，磨料分布越均匀，作为优化，所述步骤2)中，对水基磨料预混液的搅拌速度为1000～5000rpm。作为优化，所述步骤2)中，对所述水基磨料预混液进行10～15次搅拌，每次搅拌时间为10～15分钟，相邻两次搅拌间隔时间为0.5～1分钟。水基磨料预混液在搅拌间隔内呈现半凝固状态，间隔时间不宜过短，时间过短水基磨料预混液尚未出现凝固现象，间隔时间也不宜过长，过长的间隔时间导致水基磨料预混液凝固，在下一次搅拌时很难将凝固的水基磨料预混液打碎并搅拌均匀。作为优化，所述高压模具对搅拌好的水基磨料全混液施加的压强为250～350MPa。此时，水基磨料全混液的凝固速度快，成品磨具硬度高，同时，压强容易控制，有利于工业生产。作为优化，所述增硬填充剂为淀粉或果胶。增硬填充剂采用淀粉或果胶，材料易于获得，增硬效果好。作为优化，所述步骤2)中，对所述水基磨料预混液的搅拌速度为3000～4000rpm。搅拌速度在3000～4000rpm时，磨料分布均匀程度可达到需求，同时搅拌效率较高，步骤2)耗时较少。对于修整方法，本申请的技术方案是：水凝磨具的增材修整方法，步骤如下：(1)将已磨损的磨具置于高压模具中，磨损面朝上，倒入搅拌好的水基磨料预混液；(2)封闭高压模具，等待水基磨料全混液凝固；(3)脱模，取出水凝磨具，对水凝磨具端面进行打磨，然后通过磨削的方式将磨具的表面进行修整至所需要的精度，完成水凝磨具的增量修整。与传统的减材修复方式不同，本申请的水凝磨具的修整方法可实现增材修复，即产生损耗后不需要从新制作新的磨具或修薄磨具，只需将磨具置于高压模具中，在磨损处倒入搅拌好的水基磨料预混液进行高压凝固后修型即可恢复原状，更加经济。具体实施方式下面结合具体实施方式(实施例)对本专利技术专利申请作进一步的说明，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术专利申请，但并不作为对本专利技术专利申请限制的依据。本专利技术中的低温高压环境和搅拌可以通过低温高压搅拌炉实现，所述低温高压搅拌炉可自制，所述低温高压搅拌炉包括炉体和炉盖，所述炉盖上设有泄压阀和与冲压机相连的气路单向阀，所述炉盖上端面还设有与炉盖下端面设置的搅拌棒相连的搅拌棒驱动电机，所述低温高压搅拌炉下部设有制冷装置，使用时将装有水基磨料预混液的容器置于所述低温高压搅拌炉的搅拌棒下方，启动加压泵，和制冷装置，使炉内压强和温度达到预定范围后，启动搅拌棒，对水基磨料预混液进行搅拌；其中加压泵通过向炉内注入气体的方式提高炉内气压，制冷装置采用蒸汽压缩式制冷系统降低炉内温度。本专利技术中的高压模具可自制，所述高压模具具有加料腔和模腔，将水基磨料全混液注入加料腔后，使用专用的柱塞在液压机的作用下对加料腔内的水基磨料全混液加压，使水基磨料全混液注入并充满模腔，并对其施压到预定压强后保持压强，持续到磨具凝固。本专利技术的水凝磨具成型后基液中的水分以小分子团的形式保留在磨具内。对于水凝磨具，本专利技术提供了以下实施例。实施例1按以下步骤制备水凝磨具：1)按磨料25％、防沉淀剂3％、增硬填充剂3％、四氧化三铁3％、基液66％的比例将磨料、防沉淀剂、增硬填充剂、四氧化三铁和基液充分混合，制得水基磨料预混液；所述基液为氯化镁与水按照质量比为1:55混合制得的混合液；2)将装有水基磨料预混液的容器置于低温高压环境下进行高速搅拌，每搅拌一段时间后静置一段时间，经多次搅拌后，获得水基磨料全混液；3)将水基磨料全混液倒入高压模具内，等待水基磨料全混液凝固后脱模获得半成品磨具，然后在对端部进行打磨后通过磨削的方式将半成品磨具的表面进行修整至所需要的精度，获得水凝磨具成品。本实施例中，所述低温高压环境的温度为-60℃，气压为250MPa。温度低时无需过高的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水凝磨具，其特征在于：所述水凝磨具由以下按质量百分比计的原料组分制成：磨料25～35％、防沉淀剂3～7％、增硬填充剂3～7％、四氧化三铁3～7％，其余为基液；所述基液为氯化镁与水按照质量比为1:45～55混合制得的混合液；所述水凝磨具的制作步骤如下：1)按比例将磨料、防沉淀剂、增硬填充剂、四氧化三铁和基液混合，制得水基磨料预混液；2)将装有水基磨料预混液的容器置于低温高压环境下进行高速搅拌，每搅拌一段时间后静置一段时间，经多次搅拌后，获得水基磨料全混液；3)将水基磨料全混液倒入高压模具内，等待水基磨料全混液凝固后脱模获得半成品磨具，然后在对端部进行打磨后通过磨削的方式将半成品磨具的表面进行修整至所需要的精度，获得水凝磨具成品。

【技术特征摘要】
1.水凝磨具，其特征在于：所述水凝磨具由以下按质量百分比计的原料组分制成：磨料25～35％、防沉淀剂3～7％、增硬填充剂3～7％、四氧化三铁3～7％，其余为基液；所述基液为氯化镁与水按照质量比为1:45～55混合制得的混合液；所述水凝磨具的制作步骤如下：1)按比例将磨料、防沉淀剂、增硬填充剂、四氧化三铁和基液混合，制得水基磨料预混液；2)将装有水基磨料预混液的容器置于低温高压环境下进行高速搅拌，每搅拌一段时间后静置一段时间，经多次搅拌后，获得水基磨料全混液；3)将水基磨料全混液倒入高压模具内，等待水基磨料全混液凝固后脱模获得半成品磨具，然后在对端部进行打磨后通过磨削的方式将半成品磨具的表面进行修整至所需要的精度，获得水凝磨具成品。2.根据权利要求1所述的水凝磨具，其特征在于：所述低温高压环境的温度为-60℃～-30℃，气压为250～350MPa。3.根据权利要求1所述的水凝磨具，其特征在于：所述步骤2)中，对水基磨料预混液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬峰，吕迅，袁巨龙，
申请(专利权)人：新昌浙江工业大学科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33