[发明专利]磨粒负荷均布的成形砂轮及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磨粒负荷均布的成形砂轮及其制备方法。所述磨粒负荷均布的成形砂轮包括砂轮基体和设置于所述砂轮基体的工作面上的磨粒，所述砂轮基体的工作面包括多个轮廓曲率不同的区域，相邻两个区域的轮廓曲率、磨粒密度以及磨粒排布倾斜角度不同。本方案通过在成形砂轮轮廓曲率不同的区域设置适合的磨粒空间分布要素，以提高砂轮整体耐磨能力并促进成形砂轮的磨损一致性，所得砂轮可以实现镍基高温合金航空发动机叶片榫齿、航空齿轮等难加工材料复杂结构部件的高效成形磨削加工。

技术领域

本发明涉及超硬磨料工具制造技术领域，具体的是一种磨粒负荷均布的成形砂轮及其制备方法。

背景技术

以镍基高温合金航空发动机叶片榫齿、航空齿轮等为代表的复杂型面结构部件的需求越来越多。现阶段，成形超硬磨料砂轮(如CBN、金刚石砂轮等)是获取上述复杂型面结构部件高加工精度和高加工效率的重要工具之一。

然而，由于成形磨削负荷沿砂轮轮廓的分布不一致，致使成形砂轮截面不同区域的磨粒去除材料的体积不一致，导致砂轮磨损首先发生在磨削负荷重的区域，其结果就是使得砂轮磨削的型面结构与设计值出现偏差，并且在该区域产生高的磨削力和磨削温度，使得加工质量降低，上述因素叠加又势必限制了加工效率的提升。在此背景下，设计和制备高性能磨削工具是解决此类问题的有效途径。研究表明，与磨粒无序排布的砂轮相比，磨粒有序排布的砂轮在容屑空间、冷却能力、磨粒锋利度等方面具有明显优势，从而延缓砂轮磨损速率，大幅提升砂轮磨削性能。经查询，文献[Ding et al.Grindability and surfaceintegrity of cast nickel-based superalloy in creep feed grinding with brazedCBN abrasive wheels,Chinese Journal of Aeronautics,23(2010)501-510.]指出磨粒有序排布的单层CBN砂轮，有效降低了磨削过程中的能耗、磨削温度和磨削力，但是砂轮是用于平面磨削，未涉及成形砂轮的磨削效果评价；文献[Miao et al.Tool wear behaviorof vitrified microscrystalline alumina wheels in creep feed profile grindingof turbine blade root of single crystal nickel-based superalloy,TribologyInternational,145(2020)106144.]指出采用成形刚玉砂轮磨削航空发动机叶片榫齿时，砂轮齿顶区域和齿根区域的磨损量存在的较大差异，是造成加工精度差的主要因素。公开号为CN108818337A的中国发明专利公开了一种成型磨削用单层钎焊CBN砂轮磨粒排布设计与实现方法，具体公开了通过调整砂轮轴截面切线平缓区域的磨粒密度，达到延缓砂轮局部区域的磨损的目的，但砂轮整体磨粒的分布是无序的，并且未考虑磨粒分布形式随砂轮轮廓的变化。

事实上，只有将成形砂轮基体工作面局部区域的磨粒排布与该区域的磨削负荷相匹配，才能最大程度实现砂轮整体磨粒负荷的均匀分布，促进成形砂轮加工精度、加工质量和加工效率的同步提升。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种磨粒负荷均布的成形砂轮及其制备方法，其通过在成形砂轮轮廓曲率不同的区域设置适合的磨粒空间分布要素，以提高砂轮整体耐磨能力并促进成形砂轮的磨损一致性，所得砂轮可以实现镍基高温合金航空发动机叶片榫齿、航空齿轮等难加工材料复杂结构部件的高效成形磨削加工。

本申请实施例公开了：一种磨粒负荷均布的成形砂轮，包括砂轮基体和设置于所述砂轮基体的工作面上的磨粒，所述砂轮基体的工作面包括多个轮廓曲率不同的区域，相邻两个区域的轮廓曲率、磨粒密度以及磨粒排布倾斜角度不同。

具体地，所述砂轮基体的工作面包括多个平面区域和圆弧区域，多个所述平面区域和多个所述圆弧区域交替设置。

具体地，相邻两个区域的磨粒密度存在如下关系：