[发明专利]晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮

说明书

本发明公开了一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮，其特征是砂轮包含基体和磨料层，磨料层由大量蜂巢状的微型磨削单元和大量交叉型的微流道组成；微型磨削单元是由无定形碳、金刚石结合层和多颗晶体定向的金刚石磨粒构成；无定形碳使得磨粒晶体能够定向，每颗磨粒顶面均为平滑的{100}晶面，侧面均为高硬度的{111}晶面，增强了磨粒的切削性能和耐磨性能；金刚石结合层将多颗磨粒连成一体，可以防止单颗磨粒脱落，且磨粒的出刃高度可以提高至微型磨削单元高度的60%~70%，延长了砂轮的服役寿命；大量蜂巢状的微型磨削单元交错有序排布，其间隙组成大量交叉型的微流道，该砂轮结构提高了磨削液有效流量、排屑能力，显著增强了砂轮磨削性能。

技术领域

本发明涉及一种金刚石砂轮，特别是一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮。

技术背景

磨削加工作为先进制造技术中的一种重要方法，广泛应用于航空航天、国防军工、机械电子等领域。尤其是在陶瓷、玻璃、光学晶体等硬脆材料的超精密磨削加工中，为了能够达到纳米级的表面粗糙度、亚微米级的面型精度以及微米级的亚表面损伤，对所采用的金刚石砂轮要求极高。而传统的金刚石砂轮是以树脂、陶瓷或金属作为结合剂，将金刚石磨料与结合剂充分混合后进行烧结，但在烧结过程中，会不可避免地发生收缩及变形，并且金刚石砂轮各个磨粒的几何形状、分布规律及出刃高度均是随机的，使得磨削时实际参与磨削的切削刃数量很少，导致砂轮的磨削质量和磨削效率低下。同时，传统金刚石砂轮的磨粒出刃高度较低，容屑空间小，冷却液难以进入磨削区，容易导致砂轮堵塞、工件磨削烧伤等问题，砂轮的服役寿命也大大下降。此外，由于磨粒粘接性能有限，从而当磨削力过大时容易导致单颗磨粒脱落。

为了提高金刚石砂轮的服役寿命，公开号为CN105196196B的专利“一种磨料有序排列的电镀金刚石砂轮”，该电镀金刚石砂轮的基体表面开设有大量有序排列的盲孔，将金属镀层沉积在基体表面和盲孔内，用于固结磨料，使得金刚石磨料的根部镶嵌在盲孔内，能够实现磨料在基体表面的有序排列，增加了镀层、基体对磨料的把持力，有效提高了砂轮服役寿命。但是该技术方案依然存在以下问题：由于金刚石磨粒是被随机压入盲孔之中，每颗磨粒的出刃角度和顶面形状是随机的，无法实现金刚石磨粒的晶体定向，从而对砂轮磨削性能的提升有限，亟待进一步的改善；同时磨粒被压入盲孔的深度也不一致，导致磨粒的出刃高度存在较大差异，从而使得磨削时砂轮的有效磨削刃数大大减少，降低了磨削效率。

公开号为CN104070467B的专利“微刃磨削制品及其制备方法和应用”，通过脉冲激光在金刚石磨粒的一个平面刻蚀出下凹的微缺陷，从而在该平面内形成大量用于磨削的微刃。使得参与磨削的金刚石磨粒不再是以单颗粒形式，而是有多个微刃同时参与磨削，提高了磨削效率。但是该技术方案依然存在以下问题：该发明主要应用于金刚石钎焊制品，而钎焊制成的金刚石磨削层出刃高度低、容屑空间小、使得砂轮排屑冷却能力差；另一方面，金刚石磨粒的工作表面存在有大量脉冲激光刻蚀出的微缺陷，虽然增加了磨削时砂轮的有效磨削刃数，但这些微缺陷同样对金刚石磨粒的强度、晶形造成了一定程度的破坏，缩短了金刚石砂轮的服役寿命。

发明内容

为了解决上述砂轮和现有技术存在的问题，本发明提出一种晶体定向磨料有序排布的金刚石砂轮，以提高金刚石砂轮的磨削效率、服役寿命及加工表面质量。该结构的主要特征为通过对单颗金刚石磨粒的晶体定向，使切削性能优良的{100}晶面作为金刚石磨粒的顶面即磨削工作面，金刚石磨粒的侧面为高硬度且呈一定倾角的{111}晶面，大大提高了砂轮的可磨削性能；多颗金刚石磨粒由金刚石结合层连成一体构成微型磨削单元，提高了砂轮的服役寿命；单颗金刚石磨粒的出刃高度可以达到其自身粒径的60%~70%，显著增大了单颗金刚石磨粒的最大切深和容屑空间；大量蜂巢状的微型磨削单元交错有序排布，微型磨削单元之间的间隙组成大量交叉型的微流道，有助于增大磨削区冷却液的有效流量，并形成有序的排屑路径。