一种自润滑磨具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自润滑磨具，包括磨料、结合剂和包合有润滑剂的环糊精包合物，还公开了一种上述自润滑磨具的制备方法。本技术方案以包合有润滑剂分子的环糊精包合物代替现有技术中包裹润滑剂的树脂材质的微型胶囊，因为环糊精包合物单体的粒径为纳米级别的，包合物团聚颗粒经超微粉碎可以亚微米级的形式存在，还可以抵抗树脂结合剂的硬化温度，所以不仅可以满足固结磨具的结合剂硬化要求，而且环糊精包合物粒径可以与自润滑磨具的磨损量相适应，保证磨削时润滑剂在加工区域持续和有效的释放，提高磨具的磨削比，获得高表面质量的加工零件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于磨削加工的磨具，特别是砂轮、油石、研磨盘、磨头等固结磨具，尤其是涉及。
技术介绍
磨削时，在磨削区由于磨粒的高速切削和滑擦，会产生极高的温度，造成工件表面的烧伤，并导致砂轮的严重磨损，结果使被加工工件的精度和表面完整性恶化。因此，磨削时通常需要将磨削液注入到磨削区以降低磨削温度。磨削液有润滑、冷却、渗透、清洗和防锈等作用，其中润滑性是影响磨削液性能的主要因素，良好的润滑可以减轻磨粒、工件、切屑之间的摩擦，防止磨粒切削刃摩擦磨损和切削粘附，从而减小磨削力、磨削热，使磨具的寿命延长。 磨料加工的润滑性通过添加在磨削液中的润滑剂实现。润滑剂包括油性剂和极压剂。在磨削过程中，磨具与工件接触面之间的摩擦大多数属于边界——极压润滑状态。在边界润滑(低温、低压)时，通常在磨削液中加入油性剂来增大接触面的油膜强度，改善润滑条件。但油性剂在金属表面上所形成的吸附膜承受温度不高，其解吸温度如脂肪酸是在熔点或熔点附近，即使形成了脂肪酸皂，也在其自身的熔点附近。一般油性剂在200℃以前就会解吸而失去作用。由于磨削温度最高可达1000℃，当磨削温度升高，负荷增大，接触面处于极压润滑状态时，就需要在磨削液中加入极压剂，即硫、氯、磷等有机化合物，或者是铅、锌、锑、钼、硼等有机金属化合物，这些化合物在高温下继续与金属表面起化学反应，生成相应的固体化学膜，保持润滑作用。 通常，润滑剂直接添加在磨削液中，磨削加工要获得理想润滑效果的一个必要前提是磨削液能够渗入磨具与工件的接触区，使油性剂、极压剂发挥自身有效作用。砂轮磨削加工时，砂轮高速旋转形成的气流屏障阻碍磨削液进入磨削弧区，研究人员采用高压喷射法、空气档板辅助截断气流法以及径向射流冲击强化换热法等，设法增加磨削区磨削液的供给，提高润滑和冷却效果。珩磨和超精加工的切削速度低于砂轮磨削速度，虽然加工表面生成的网纹有助于磨削液进入加工区域，但油石与工件的接触面积较大，生成润滑油膜和极压膜仍比较困难。 现有磨削液中直接加入油性剂和极压剂的做法在使用过程中还存在另外一些缺陷磨削液中作为油性剂的动植物油存在凝固点高、气味强烈等缺点；磨削液中的极压剂与金属表面作用形成硫氯磷化合物薄膜的同时，极压剂的活性元素(氯、硫、磷等)使金属加工操作条件受到污染，而且对人体有害含有活性硫的硫化矿物油会对铜及铜合金、工件和机床产生腐蚀，油品贮存时易析出硫并发出臭味；氯化合物容易水解生成游离HCl从而造成金属表面的腐蚀；极压剂还会影响切削液中抗氧剂和防蚀剂作用的发挥。 针对磨削液中的润滑剂在加工中难以有效进入到磨具与工件接触区的问题，可以将二硫化钼等固体润滑剂作为填充剂加入到砂轮的组织中，但固体润滑剂得润滑性能不及液体润滑剂。有学者采用砂轮浸渗润滑剂的方法使磨具具有一定自润滑性。日本东京大学、前苏联轴承研究所、南京航空学院、西北工业大学、哈尔滨工业大学等开展过砂轮浸渗技术的研究，其制作机理是将具有润滑作用的浸渗剂加热至熔融态，然后将砂轮浸入浸渗剂中，由于砂轮中有30％左右的气孔，利用吸附与液体表面张力产生的毛细作用，浸渗剂会吸入到砂轮孔隙，冷却后固化在气孔内部。浸渗剂由油性剂、极压剂、粘接剂等改善润滑性能的添加剂组成，在室温下呈固态或半熔融态，在较高温度下(约大于70℃)呈液态，浸渗剂中也加入二硫化钼等固体润滑剂颗粒。浸渗砂轮存在浸渗剂容易堵塞磨具气孔、浸渗剂熔化并被砂轮甩出等缺点，切削性和润滑剂缓释性较差，大多用于精度要求不是十分严格的钛合金等材料的手工干式打磨。 另一种磨具自润滑工艺是直接浸渗润滑剂，如油石后处理的渗硫工艺则是将固体硫磺熔化后渗入到油石的气孔中，以改善油石的切削性能。但硫的熔点小于120℃，渗入到油石中的固态硫在磨削温度的作用下容易熔化，提前从油石气孔流出，同样影响油石后续的润滑性。 因此，现有的砂轮浸渗技术无法将液态润滑剂有效地“保存”在磨具中，无法保证它们工作时受离心力作用不被抛出。如果把它们像固体润滑剂那样直接作为填充料与磨具制成一体，液态油性剂和极压剂无法抵御树脂结合剂磨具约190℃的最高硬化温度。 全氟聚烷基醚(PFPE)是一种特殊高效的润滑剂，与铝、铜等韧性材料接触时两者发生摩擦化学反应，在工件表面生成氟化物，有利于这些材料的镜面加工。日本学者T.ENOMOTO等ENOMOTO TOSHIYUKI，SHIMAZAKI YUTAKA，TANIYASUHIRO，at el，Mechanical-Chemical Finishing Using a Lapping StoneIncluding Microcapsules，Transactiohs of the Japan Society of MechanicalEngineers，1999，VOL.65，NO.6321698-1703在1999年的研究表明，当将PFPE油作为研磨液使用时，由于PFPE油的润滑性好，研具与工件容易打滑，无法进行有效切削。为此，他们用三聚酰胺(melamine)树脂材料包裹PFPE油，制成粒径3μm左右的微胶囊，并用这些微胶囊与磨粒、树脂结合剂等制作研磨用的研具。研磨加工时，不断有镶嵌在研具表面的微胶囊与工件接触，释放出PFPE油。PFPE油的局部、点状释放，避免了研具与工件的打滑现象，研磨加工得以顺利进行，研磨铝片的材料去除率得到提高。 类似T.ENOMOTO的研究成果，日本迪思科株式会社山口崇2005年申请并公开了“电沉积砂轮及其制造方法”(JP2005-030344，中国申请200610004514.X)，该专利的电沉积砂轮中同时包含磨粒和封入润滑剂的微型胶囊，微型胶囊的粒径在5～20μm，囊壁材料为尿素树脂或密胺树脂等。砂轮使用时微型胶囊破损，胶囊内的润滑剂被供给研削部位，提高了润滑性。中山大学的章明秋等则在2008年申请并公开了“一种自润滑型环氧树脂材料及其制备方法”(CN200810198273.6)，通过将润滑油胶囊、环氧树脂和固化剂混合，制得具有自润滑型环氧树脂材料，提高了环氧树脂材料的减摩耐磨性能，该专利所用的润滑油微胶囊的直径为50～150μm，囊壁材料为三聚氰胺甲醛。 上述T.ENOMOTO等的研究和专利技术提供了一种通过将包含有液态润滑剂的微胶囊添加到磨具组织中从而使磨具具有自润滑的新方法。上述自润滑磨具在使用时，通过与工件的相互划擦，使微胶囊破损并释放出润滑剂，试图起到润滑剂缓释的作用。但是，添加到磨具配方中的微胶囊直径要与磨具的磨损量相适应，否则会产生磨具释放润滑剂不均匀的问题。与研磨加工用的研具相比，砂轮、油石等固结磨具对润滑剂持续均匀释放的要求更加严格，技术难度也就更大。对精密磨削而言，砂轮的每转磨损量是很小的。缓进给磨削过程中砂轮连续修整量为35nm·r-李伯民，赵波，现代磨削技术，北京，机械工业出版社，2003243；超精加工时，工件每转油石的磨损量约为0.4μm吕亚芳，刘寿祥，轴承套圈超精研的正交试验，轴承，2002，第二期21-22。由上可知，因为，现有相关研究和专利均采用了数个～数十微米粒径的微胶囊，粒径远大于磨具的每转磨损量，所以，这样的磨具在使用过程时，微胶囊一旦磨破，包含的润滑剂受高速旋转磨具的离心力作用被甩出，后续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自润滑磨具，其特征在于，包括磨料、结合剂和包合有润滑剂的环糊精包合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许雪峰，胡晓冬，何荣军，彭伟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]