專利名稱：一種竹陶瓷砂輪及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于精密與超精密加工領域，涉及一種竹陶瓷砂輪及其制
備方法和應用，尤其是在ELID平面磨削加工中的應用。
背景技術：
在線電解修整(ELID， Electrolysis In-process Dressing)磨削可
實現硬脆材料高效率、超精密表面加工，已成為今后超精密磨削加工 的主要手段與研究方向之一。隨著新型材料與精密器件的不斷開發出 現，對于加工表面質量的要求越來越高。
現有ELID磨削主要采用鑄鐵基結合劑金剛石或CBN砂輪，依靠 鑄鐵結合劑材料經過電解在砂輪表面形成氧化膜，使金剛石磨粒露出 砂輪表面，產生在線電解修銳的效果。這種方法尚存在以下問題
1) 鑄鐵結合劑金剛石砂輪制造需要特殊的燒制工藝與設備，以 及在氮氣保護下高達110(TC的燒結爐內高壓燒結，成本昂貴，制作 大型砂輪異常困難。
2) 鑄鐵結合劑金剛石砂輪剛性較高，加工過程中的振動和沖擊 易造成工件表面的損傷，對于加工設備與工藝有較高要求。
3) 鑄鐵氧化膜形成需要較大的電解電流及較長的預電解時間， 需要較大功率的電解電源，以及較長的預電解時間。
4) 對于單晶硅、鈮酸鋰等功能材料的超光滑表面加工，要求加 工表面具有極高的表面完整性及潔凈度，ELID磨削過程中工件加工 表面有受到砂輪中的鐵、鉬等金屬元素污染的可能性。
因此，有必要開發一種新型環保的ELID磨削用砂輪，結合ELID磨削技術，開發出一種制作更容易、使用更方便、加工表面質量更優 良的超精密加工方法與技術，為超精密加工技術的研究與發展提供一 個新的方向與途徑。

發明內容
為了解決上述現有ELID磨削主要采用的鑄鐵基結合劑金剛石或 CBN砂輪存在的制作困難、'成本昂貴、對加工設備和工藝要求高、 并且對于功能材料的潔凈表面加工容易造成污染等諸多問題，本發明 提供了一種新型環保、制備容易、使用方便的竹陶瓷砂輪(Bamboo Charcoal Bond砂輪，簡稱BCB砂輪)。
為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案
一種竹陶瓷砂輪(BCB砂輪)，是由下列原料經混合、裝模、熱 壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質量配比組 成為酚醛樹脂20 30%、磨粒20 30%、竹炭粉40 60°/。。
本發明所述的磨粒為可以導電的磨粒，如氧化鋁磨粒、金剛石等。 所述的酚醛樹脂作為結合劑，所述的竹炭粉可增強導電性。本領域技 術人員可以根據實際需要(比如砂輪是用于精磨還是粗磨等)來控制 磨粒的粒度。本發明中磨粒直徑一般在lum 0.5mm，樹脂和竹炭粉 的直徑都要比所選的磨粒直徑小。
本發明還提供了 一種竹陶瓷砂輪的制備方法，包括如下步驟-
(1) 原料混合將酚醛樹脂、磨粒、竹炭粉稱重后按質量配比投 料，攪拌混合均勻制成混合料；
(2) 裝模、熱壓成型、脫模將步驟(1)制得的混合料裝模、 熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪；
5(3) 高溫炭化將步驟(2)制得的毛坯砂輪置于馬弗爐中，常
壓下加熱至500 90(TC，保持2 2.5h，冷卻即得到竹陶瓷砂輪。
(4) 砂輪檢測動平衡測試，外圓修正。
本發明所述的磨粒為可以導電的磨粒，如氧化鋁磨粒、金剛石等。 所述的酚醛樹脂作為結合劑，所述的竹炭粉可增強導電性。本領域技 術人員可以根據實際需要(比如砂輪是用于精磨還是粗磨等)來控制
磨粒的粒度。本發明中磨粒直徑一般在lu 0.5mm，樹脂和竹炭粉的 直徑都要比所選的磨粒直徑小。進一步，本發明步驟(2)所述的熱 壓成型可釆用常規工藝條件，具體推薦歩驟(2)所述的熱壓成型條 件為從室溫加熱到100 12(TC保持10 20min，加壓力20 25MPa; 然后將溫度加熱到240 26(TC保持40 60min，加壓力40 45MPa。
步驟(3)中，優選以10°C/min的平均升溫速度加熱至500 900°C， 最優選加熱至90(TC進行炭化反應。
本發明所述的竹陶瓷砂輪用于ELID磨削，可使得加工表面質量 更優良。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于
a) 本發明在原料中引入了竹炭，竹炭資源豐富且環保，并且由 于竹炭具有微孔結構，有助于磨削。本發明制得的竹陶瓷砂輪加工表 面具有極髙的表面完整性及潔凈度、加工效率高、可以加工粘性、軟 性等難加工材料，為磨削加工開辟了新途徑，環保無污染。
b) 本發明所述的竹陶瓷砂輪采用生活中常見的竹炭作為原材料， 制造簡單，不需要氮氣保護下高達IIO(TC的燒結爐內高壓燒結、制 造成本低。


圖1為本發明采用的熱壓成型工藝流程；
圖2為本發明制得的竹陶瓷砂輪的內部成分結構，其中①為磨 粒，②為竹炭，③為結合劑，④為氣孔；
圖3為本發明制得的竹陶瓷砂輪的SEM照片；
圖4為酚醛樹脂、磨粒、竹炭粉按質量比例20%: 20%: 60%; 在不同溫度下炭化得到的竹陶瓷砂輪的X射線衍^f分析結果對比圖5為本發明采用的ELID磨削加工系統，其中1為砂輪，2為 電刷，3為工件，4為工作臺，5為噴嘴，6為電極，7為磨削液，8 為電源。
具體實施例
下面以具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明 的保護范圍不限于此 實施例1
酚醛樹脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#) 三種材料分別稱重后按質量比例20%: 20%: 60%用攪拌機攪拌10分 鐘，混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱 壓機中，從室溫加熱至Ul2(TC保持10min，加壓力20MPa，溫度加熱到 24(TC保持42min，加壓力40KiPa。取出模具使其冷卻到室溫，開模取 出毛胚砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min 的平均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，即得到竹陶 瓷砂輪l，其性能如表l所示。實施例2
酚醛樹脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#)三 種材料分別稱重后按質量比例25%: 20%: 55%用攪拌機攪拌10分鐘， 混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱壓機 中，從室溫加熱到12(TC保持20min，加壓力10MPa，溫度加熱至U24(TC 保持40min，加壓力42MPa。取出模具使其冷卻到室溫，開模取出毛 胚砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min的 平均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，其性能如表l 所示。
實施例3
酚醛樹脂(2123型)、磨粒(氧化鋁3000#)、竹炭粉(12500#)三 種材料分別稱重后按質量比例30%: 20%: 50%用攪拌機攪拌10分鐘， 混合均勻制成混合料；混合料裝入模具中，合模。將模具放入熱壓機 中，從室溫加熱到120"C保持10min，加壓力20MPa，溫度加熱到24(TC 保持42min,加壓力40MPa。取出模具使其冷卻到室^_，開模取出毛胚 砂輪。將成型的半成品砂輪放入馬弗爐里，常壓下，以l(TC/min的平 均升溫速度加熱至90(TC，保持2h，最后隨爐冷卻，即得到竹陶瓷砂 輪3，其性能如表l所示。
實施例4
改變高溫炭化溫度，在常溫下分別以l(TC/min的平均升溫速度加 熱至50(TC、 75(TC，其他條件同實施例l。所制得的竹陶瓷砂輪的X 衍射圖譜如圖4所示。表1 竹陶瓷砂輪的性能測試結果
實施例l實施例2實施例3
洛氏硬度/HRB6181卯
抗壓強度/MPa52.0767.3498.91
質量磨損量/g0.40.250.2
質量磨損試驗條件在磨損試驗機上，工作條件壓力500N，轉速80r/min
實施例5:竹陶瓷砂輪和CBN鑄鐵結合劑砂輪磨削不銹鋼結果對比
試驗條件新型BCB砂輪(實施例1)和市售CBN鑄鐵結合劑 砂輪(鄭州砂輪廠生產，磨粒4000#)磨削加工試驗是在由ELID磨 削專用高頻脈沖電源、搭載ELID磨削系統的MM7120A型臥軸矩臺 精密平面磨床(在原先平面磨床上安裝了ELID系統，用于在線電解 磨削加工，ELID系統是在1987年由日本理化學研究所大森整博士開 發出了在線電解修整砂輪磨削技術)以及磨削液(上海光鏵科技有限 公司生產的GH-8002磨削液)組成的加工系統，如圖5所示。
磨削加工實驗中新型BCB砂輪進給深度5 u m， CBN鑄鐵結合 劑砂輪進給深度lPm，其他加工條件相同下，加工SUS304不銹鋼 進行對比實驗，加工實驗參數如表2所示，實驗結果如表3所示。
表2 加工實驗參數
磨削設備磨削參數電解參數工件材料
搭載ELID磨削系統的 MM7120型 平面磨床主軸轉速 1500r/min電壓 120VSUS304 不銹鋼
9ELID 磨削專用高頻 直流脈沖電源橫向進給速度 lmm/行禾呈電流 1.0-8A
磨削液工作臺速度 0.05m/s脈沖寬度/間隔2/2um
新型BCB砂輪總切深占空比
CBN鑄鐵結合劑砂輪lmm1/2
表3竹陶瓷砂輪及CBN鑄鐵結合劑砂輪粗糙度
粗糙度Ra ( n m)砂輪磨削深度Om)
BCB砂輪O扁5
CBN鑄鐵結合 齊U砂輪0.0401
從實驗結果對比可以看出，竹陶瓷砂輪比鑄鐵結合劑CBN砂輪加 工表面質量好(粗糙度值，低)，加工效率高(砂輪磨削深度較大)。
權利要求
1、一種竹陶瓷砂輪，是由下列原料經混合、裝模、熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質量配比組成為酚醛樹脂20％～30％、磨粒20～30％、竹炭粉40％～60％。
2、 如權利要求1所述的竹陶瓷砂輪，其特征在于所述的酚醛樹 脂、磨粒、竹炭粉按質量配比為20 30%: 20%: 50% 60%。
3、 如權利要求1或2所述的竹陶瓷砂輪，其特征在于所述的磨 粒為氧化鋁磨粒或金剛石磨粒。
4、 一種如權利要求1所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于所述制備方法包括如下步驟(1) 將酚醛樹脂、磨粒、竹炭粉按質量配比20 30%: 20 30%: 50% 60%投料，攪拌混合均勻制成混合料；(2) 將步驟(1)制得的混合料裝模、熱壓成型、脫模，得到毛 坯砂輪；(3) 將步驟(2)制得的毛坯砂輪置于馬弗爐中，常壓下加熱至 500 900°C，保持2 2.5h，冷卻即得到竹陶瓷砂輪。
5、 如權利要求4所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在于所 述的酚醛樹脂、磨粒、竹炭粉按質量配比為20 30%: 20%: 50%~60%。
6、 如權利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于所述的磨粒為氧化鋁磨粒或金剛石磨粒。
7、 如權利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于步驟(2)所述的熱壓成型條件為從室溫加熱到100 12(TC保持 10 20min，加壓力20 25MPa;然后將溫度加熱到240 260"C保持 40 60min，力口壓力40 45MPa。
8、 如權利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在于步驟(3)中以1(TC/min的平均升溫速度加熱至500 90(TC。
9、 如權利要求4或5所述的竹陶瓷砂輪的制備方法，其特征在 于步驟(3)中加熱至900。C。
10、 如權利要求1所述的竹陶瓷砂輪在ELID磨削中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種竹陶瓷砂輪及其制備方法和應用，所述竹陶瓷砂輪是由下列原料經混合、裝模、熱壓成型、脫模，得到毛坯砂輪，烘焙后制成；所述的原料質量配比組成為酚醛樹脂20％～30％、磨粒20～30％、竹炭粉40％～60％。本發明所述的竹陶瓷砂輪用于ELID磨削，可使得加工表面質量更優良。與現有技術相比，本發明在原料中引入了竹炭，竹炭資源豐富且環保，并且由于竹炭具有微孔結構，有助于磨削。本發明砂輪制備簡單，制得的竹陶瓷砂輪加工表面具有極高的表面完整性及潔凈度、加工效率高、可以加工粘性、軟性等難加工材料，為磨削加工開辟了新途徑，環保無污染。
文檔編號B24D3/34GK101590626SQ200910100229
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者于天明, 宋志陽, 偉 李, 耿寶功 申請人:浙江工業大學