[发明专利]一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削工具

摘要

本发明公开一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削工具，属于难加工材料高效精密磨削技术领域。针对传统磨削加工中，高法向磨削力与低切向磨削力导致材料磨除率低、磨具与工件损伤变形、磨削震动、砂轮阻塞、工件表面完整性差以及磨削烧伤频繁等问题，发明了一种“类防弹衣原理”‑磨粒在冲击载荷下产生“集群效应”使切向磨削力瞬间增大而法向磨削力瞬间减小的新型磨削工具。新型磨具由配合环、基体环和具有“磨粒集群效应”的磨料层三部分组成。通过热固结方法将磨料层固结于基体环，并装配到配合环，从而制成高精度、高自锐性的新型磨具。本发明可实现硬脆材料或航空航天复合材料等难加工材料的高切向磨削力与低法向磨削力的高效、高精度、高表面完整性的磨削加工。

主权项

1.一种高切向磨削力与低法向磨削力的磨削工具，其特征在于：(1) 所述磨削工具为砂带磨削工具（3.3）、平形磨削工具或者杯形磨削工具，其结构包括磨料层，磨料层成分由磨料（1.1）、填充物（1.2）、粘结剂（1.3）、分散相（1.4）、分散介质（1.5）、高性能纤维织物（1.6）、气孔（1.7）组成；填充物（1.2）成分由氧化剂、活化剂、PH调节剂组成；(2) 磨料（1.1）选用金属氧化物磨料、碳化硅、石榴石或金刚石，粒度为1‑200 μm；填充物（1.2）中的氧化剂和活化剂选用过氧化钠、次氯酸钠、高锰酸钾或者过氧化钙； PH调节剂选用碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠；粘结剂（1.3）选用陶瓷、金属、树脂或者橡胶；分散相（1.4）选用碳酸钙、二氧化硅或者甲基丙烯酸甲（PMMA），粒径小于1 μm；分散介质（1.5）选用水、盐溶液、聚乙二醇（PEG)、乙二醇（PG）、丁二醇（BG）或者矿物油；高性能纤维织物（1.6）选用芳纶纤维（Kevlar)、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）、尼龙（Nylon）、聚对苯撑苯并双口恶唑纤维（PBO）或者蜘蛛丝纤维；(3) 所述磨料层制作方法如下：分别称取定量的磨料（1.1）、填充物（1.2）、分散相（1.4）、分散介质（1.5）；当分散相（1.4）的粒径为1 nm‑100 nm时，选用油浴搅拌法与超声分散法相结合的方式，在70‑90℃油浴温度下，将定量的分散相（1.4）缓慢加入分散介质（1.5）中，并在超声辅助下进行机械搅拌1‑2 h，控制速度范围为200‑350 r/min，直至分散相（1.4）充分且均匀地分散到分散介质（1.5）中，制成分散体系；当分散相（1.4）的粒径为100 nm‑1 μm时，选用球磨法与超声分散法相结合的方式，运用磨球干磨定量的分散相（1.4），控制时间范围为0.5‑1 h，随后加入定量的分散介质（1.5）在超声辅助下进行球磨3‑5 h，制成分散体系；将定量所述分散体系加到定量磨料（1.1）和填充物（1.2）在超声辅助下进行球磨1‑2 h，制成磨料分散体系，并置入真空干燥箱内24 h，控制温度范围为20‑27℃，除去所述磨料分散体系中的气泡；然后按1:1至1:3的比例对所述磨料分散体系与无水乙醇进行配比稀释，将高性能纤维织物（1.6）浸渍在被稀释的磨料分散体系中，并超声震动2‑10 min，使所述磨料分散体系中的各组成成分充分且均匀地分布在高性能纤维织物（1.6）中；最后将所述浸渍后的高性能纤维织物（1.6）放入烘干箱中，控制温度范围为60‑90℃，时间为1‑24 h，使无水乙醇完全挥发，制成磨料层。