[发明专利]一种复合材料纤维微刃的螺旋砂轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料纤维微刃的螺旋砂轮，特别是涉及一种用于非金属硬脆材料与金属难加工材料精密加工的磨削刀具。

背景技术

磨削加工工艺具有加工精度高、表面质量好和加工范围广等优点，因此，在机加工中得到广泛应用。近年来，光学玻璃、陶瓷、单晶硅等新兴硬脆材料与铝合金、钛合金等难加工材料的广泛应用，推动了磨削加工技术的迅猛发展。然而普通砂轮组织中磨粒几何形状不规则，呈随机分布状态，且多以负前角进行加工，导致磨削区产生大量的磨削热；此外，砂轮与工件的磨削接触面积大，致使磨削液很难进入磨削区，磨削区的润滑、冷却性能差，磨削热量难以及时排出，从而在磨削表面形成局部高温，不仅影响工件的加工质量，而且加快了砂轮的磨损，制约了磨削加工技术的进一步推广应用。为了解决上述问题，国内外学者在砂轮结构研究方面进行了大量的研究工作，提出了砂轮表面开槽、砂轮径向开孔内冷却等一系列结构优化方案，并取得了一定的成效。但是，在实际应用过程中仍旧存在某些局限性。如砂轮表面开槽，提高了砂轮容屑、排屑性能，并通过其断续磨削加工，减少了工件表面烧伤。但是，砂轮槽边缘易发生磨损，且难以进行可再生修复；砂轮径向开孔内冷却，磨削液经过微通道从砂轮径向注入磨削区，从而改善工件表面的烧伤，但是微通道易发生堵塞，且砂轮及供液装置结构复杂，制造成本较高。众所周知，磨粒分布与砂轮切削方式是导致磨削热和砂轮磨损的主要根源。因此，迫切需要从优化砂轮结构、改善磨粒分布及其切削方式入手，研究新型砂轮，以改善砂轮与工件的接触状态、提高磨削区的润滑和冷却性能、降低磨削力和磨削温度、提高工件的加工质量和加工效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够改善砂轮与工件的接触状态，改变砂轮切削方式，增大砂轮容屑空间，提高砂轮排屑能力，减少砂轮堵塞，有助于磨削液进入磨削区进行有效润滑、冷却，降低磨削力和磨削力比，从而达到控制磨削温度，减少热损伤，减小砂轮磨损，提高工件加工质量和加工效率的复合材料纤维微刃的螺旋砂轮。

为了解决上述技术问题，本发明提供的复合材料纤维微刃的螺旋砂轮包括：纤维微刃、磨削带、细条状金属薄片、磨刃层、砂轮基体，其特征是：所述的纤维微刃经刃磨具有零前角；所述的磨削带由纤维微刃经电镀定向、等间距地固结在所述细条状金属薄片上构成；所述螺旋砂轮的磨刃层由若干条磨削带通过环氧树脂粘接在所述砂轮基体的螺旋槽中呈螺旋带状分布。

所述的磨刃层突出砂轮基体表面。

所述的螺旋砂轮中的纤维微刃磨损后可随磨削带一起更换，且只需更换磨损严重处的磨削带，从而完成砂轮磨刃层再生修复。

所述的纤维微刃截面积为亚毫米级，长度为2～3mm，其材料为硬质合金/金刚石复合材料。

所述的细条状金属薄片宽度为0.8～1.5mm，厚度为0.8～1.2mm。

所述砂轮基体的螺旋槽宽度为1.0～1.8mm，深度为1.5～2.0mm，螺旋升角为8°~13°。

采用上述技术方案的复合材料纤维微刃的螺旋砂轮，与现有技术相比，其技术效果在于：

①砂轮磨刃层中的纤维微刃经刃磨具有零前角，从而实现零前角加工，减小了微刃与工件材料之间的摩擦、耕犁作用，降低了磨削力，减少了磨削热的产生。

②砂轮磨刃层是由纤维微刃定向、等间距排布而构成，且在砂轮基体上呈螺旋带状分布，增大了砂轮容屑空间，提高了砂轮排屑能力，减少了砂轮堵塞，降低了因磨屑在磨削区反复挤压所产生的磨削热；同时改变了砂轮与工件的接触状态，使得磨削液能有效注入磨削区，提高了磨削区的润滑和冷却性能，从而降低了磨削力和磨削温度，提高了工件的加工质量和加工效率。

③砂轮磨刃层中的纤维微刃能周向进行四方位的散热，增大了微刃与磨削液的换热面积，减少了磨削热量向砂轮内部的传入，降低了微刃切削表面的温度。

④砂轮磨刃层的磨削带采用纤维微刃与细条状金属薄片电镀固结而成，再经环氧树脂粘接在砂轮基体的螺旋槽中，纤维微刃磨损后可随磨削带一起更换，从而完成砂轮磨刃层再生修复，且只需更换磨损严重处的磨削带，经济性较好。

⑤纤维微刃采用硬质合金与金刚石材料经脉冲等离子烧结制备而成，此复合材料将金刚石良好的耐磨性、热稳定性和高硬度与硬质合金的高强度、高韧性和耐腐蚀性能完美结合，使砂轮的加工性能显著提高，既能满足硬脆材料的加工要求，也能实现高塑性难加工材料的精密加工。