本發(fā)明涉及精密或超精密磨削用磨具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種添加可溶性樹脂自修銳可控的磨具丸片及其制備方法。

背景技術(shù)：

在精密、超精密和高速、超高速磨削技術(shù)方面，近20年來在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到長足的發(fā)展及應(yīng)用。目前，使用超硬磨料磨具磨削加工是硬脆難加工材料獲得高精度的高效加工方法。但在這么多年超硬磨具丸片的生產(chǎn)應(yīng)用中，也暴露出一些自身的缺陷，主要表現(xiàn)在：一些結(jié)合劑對磨粒把持力低，且易脫落，耐用性差，難修整，并且磨粒出刃難；另一方面，由于結(jié)合劑緊實(shí)，砂輪表面容屑空間小，易造成工件表面損傷，影響工件加工質(zhì)量。因此，對于一些難加工材料的超精密加工而言，增強(qiáng)磨具強(qiáng)度、降低磨具損耗與提高磨具的可修整性是一對矛盾，為了化解這對矛盾，研究可用于大批量生產(chǎn)的可實(shí)現(xiàn)高一致性、低損傷、易修復(fù)的精密高效的超硬微細(xì)磨具丸片及其修整方法顯得極為迫切。目前，在工廠中應(yīng)用較為廣泛的是磨具研磨一段時(shí)間鈍化后，用金剛砂磨修整片進(jìn)行修盤，該方法加工效率低。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)和專利，申請?zhí)?00910042460.x公布了一種孔隙自生成超硬磨具丸片及其修整方法，該可超硬磨具丸片由磨粒、結(jié)合劑、“可溶”填充劑組成。需要修整時(shí)，將特定溶劑輸送到磨具表層，“溶解”磨具表層的“可溶”填充劑在結(jié)合劑間形成孔隙來降低結(jié)合劑對磨粒的把持力，使舊磨粒脫落新磨粒露出來達(dá)到修整的目的。但該方法采用的“可溶”填充劑為無機(jī)物氧化鈣或氧化鈰，添加太多，降低了磨具的砂結(jié)比，添加太少，溶解效果差；同時(shí)，該方法無法控制研磨過程中磨具的修整率。

申請?zhí)?00410029950.3公布了一種可在線電解的金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪及其制備方法，該超硬磨料砂輪由金剛石、金屬結(jié)合劑、金屬添加劑和非金屬添加劑組成。需要修整時(shí)，運(yùn)用電解金屬結(jié)合劑來發(fā)生合適速度的陽極溶解去除的活化反應(yīng)來達(dá)到修銳的目的。該方法雖然精度高，但是成本太高，且操作復(fù)雜。

本發(fā)明就根據(jù)如今超精密加工需求，添加了可溶性樹脂材料來實(shí)現(xiàn)綠色地，經(jīng)濟(jì)地，方便地修銳磨具。在磨具中添加可溶性樹脂材料，可溶性樹脂材料現(xiàn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥中的膠囊包衣，可以根據(jù)ph值改變?nèi)芙饴剩哂性鲋厣?，質(zhì)量好，防潮效果好，性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

所述的可溶性樹脂材料有：纖維素衍生物：可溶于某些有機(jī)溶劑和水，不易脆裂等；聚維酮性質(zhì)穩(wěn)定、無毒，能溶于水及多種溶劑；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯-中性甲基丙烯酸酯共聚物，可溶于醇、丙酮、異丙醇、三氯甲烷等有機(jī)溶劑，本品在水中的溶解度與ph有關(guān)，溶解度因ph值下降而升高，本品的成膜性能較好，膜的強(qiáng)度較大；聚乙烯乙醛二乙胺乙酯：可溶于乙醇、甲醇、丙酮，不溶于水中，但可溶于酸性水中，其化學(xué)性穩(wěn)定，可增加防潮等性能。蟲膠：本品不溶于胃液，但在ph6.4以上的溶液能迅速溶解；醋酸纖維素酞酸酯：本品可溶于ph6.0以上的緩沖液中，在堿性溶液液中也不溶解；羥丙基甲基纖維素酞酸酯不溶于酸性溶液，但可溶于ph5～5.8以上的緩沖液中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種添加可溶性樹脂自修銳可控的磨具丸片及其制備方法，

本發(fā)明的一種添加可溶性樹脂材料的自修銳超硬微細(xì)磨具丸片，包括磨料、填充劑、濕潤劑，“可溶”樹脂結(jié)合劑、“不可溶”樹脂結(jié)合劑和固化劑。磨具丸片中的樹脂可溶于研磨液即為“可溶”樹脂結(jié)合劑，磨具丸片中的樹脂不溶于研磨液即為“不可溶”樹脂結(jié)合劑?！安豢扇堋睒渲鹬髡辰Y(jié)劑的作用，“可溶”樹脂起輔粘結(jié)劑的作用?！翱扇堋睒渲娜芙馑俣扰c研磨液的ph值相關(guān)，根據(jù)磨具鈍化程度，可以調(diào)整研磨液ph值，進(jìn)而調(diào)整研磨液溶解磨具表層的“可溶”樹脂的速率，控制修銳速率；修銳時(shí)，研磨液溶解磨具表層的“可溶性”樹脂，在結(jié)合劑間形成孔隙，起到降低粘結(jié)劑強(qiáng)度和其對周圍磨粒的把持力，使磨具表層鈍化的磨粒脫落，新的磨粒露出，從而達(dá)到自動在線修銳磨具的目的。

本發(fā)明還公開了一種添加可溶性樹脂自修銳可控的磨具丸片的具體制備方法，如下：

步驟1，首先取一定量磨料，加入填充劑、濕潤劑，混合均勻，濕潤表面，得到混合粉料；

步驟2，將“不可溶”樹脂結(jié)合劑、“可溶”樹脂結(jié)合劑放入混料機(jī)中混合均勻，得到混合樹脂；

步驟3，將混合粉料和混合樹脂共混，并加入固化劑，得到預(yù)壓粉料；

步驟4，將步驟3得到的預(yù)壓粉料過篩，壓制成胚體，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，最后冷卻得到磨具丸片；

所述的磨料，可以是金剛石、氧化鋁、氮化硼、碳化硼或碳化硅磨料中的一種或者多種組成，添加量為磨具總重量的30～70wt％；

所述的濕潤劑為水、聚乙二醇、甲酚、三乙醇胺、酚醛樹脂液或糠醛中的一種或者多種組成，添加量為磨具總重量的0.5～5wt％，潤濕劑的作用是潤濕磨料和溶解樹脂粉，一般采用的黏度杯法為40～200s，樹脂液黏度過高或過低均影響磨具的強(qiáng)度和硬度，黏度過高，潤濕性能差，磨料混料不易混合均勻，容易出現(xiàn)漏粉現(xiàn)象，黏度過低，磨料混料可塑性差，粉料在磨具中分布不均勻；

所述的填充劑由銅包石墨、氧化鈣、碳酸鈣、氧化鈰、氧化鐵、氧化鉻、氧化鋅、石膏粉、石墨粉、冰晶石粉、滑石粉、石英粉、長石粉或銅粉中的一種或者多種組成，添加量為磨具總重量的20～50wt％。

所述的“不可溶”樹脂結(jié)合劑可以是丙烯酸樹脂，聚氨酯樹脂，環(huán)氧樹脂，有機(jī)硅樹脂，酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，新酚樹脂，聚氨酯樹脂，聚酰亞胺樹脂以及膠木粉中的一種或者多種組成，添加量為磨具總重量的15～30wt％；

所述的“可溶”樹脂結(jié)合劑可以是水溶性樹脂，醇溶性樹脂，酯溶性樹脂中的一種或者多種組成，具體包括纖維素衍生物、聚維酮、丙烯酸樹脂類、聚氨酯樹脂類、聚酰胺樹脂類、聚乙烯馬來酸共聚物、聚乙烯乙醛二乙胺乙酯、聚乙二醇、蟲膠、明膠、醋酸纖維素酞酸酯、羥丙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素酞酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、鄰苯二甲酸聚乙烯醇酯、紫膠樹脂、達(dá)瑪樹脂、松香改性醇酸樹脂、熱塑性酚醛樹脂、脲醛樹脂和聚乙烯醇縮丁醛，添加量為磨具總重量的5～25wt％。

所述的固化劑可以是聚琉醇型、多異氰酸酯型、脂肪族多胺、脂環(huán)族多胺、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂環(huán)族多胺、叔胺、瞇唑類、三氟化硼絡(luò)合物、芳香族多胺、酸酐、甲階酚醛樹脂、氨基樹脂、雙氰胺以及酰肼中的一種或者多種，添加量為磨具總重量的0～3wt％。

所述的研磨液，其研磨液基液可以是水，乙醇，甲醇，異丙醇，正丁醇，醋酸乙酯，醋酸丁酯，醋酸戊酯中的一種或者多種組成，研磨液ph值的調(diào)整范圍在1～12。

步驟2中所述的混合方法可以是v型桶混料機(jī)混合，球磨機(jī)混合，逆流混料機(jī)，手工攪拌混合中的任意一種；

步驟4所述的壓制成型和高溫?zé)Y(jié)可以是同時(shí)進(jìn)行也可以是分開進(jìn)行，即可以是冷壓成型，也可以是熱壓成型；冷壓成型即先將混合粉料壓制成胚體，再將胚體放置到燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，最后隨室溫冷卻；熱壓成型即壓制過程中，對丸片模具進(jìn)行加熱，保溫，最后隨模具冷卻；成型壓力為20～150mpa，燒結(jié)溫度100～300℃，保溫為2～25小時(shí)。

所述的一種添加可溶性樹脂自修銳可控的磨具丸片,其磨具自修銳過程特征在于：加工時(shí)，在加工區(qū)域中不斷注入研磨液，使磨具表面的“可溶性”樹脂結(jié)合劑溶解，起到降低粘結(jié)劑強(qiáng)度和其對周圍磨粒的把持力，表層鈍化的磨粒脫落，新的磨粒露出。其中，“可溶性”樹脂結(jié)合劑的溶解速率與研磨液的ph值相關(guān)，當(dāng)磨具鈍化嚴(yán)重時(shí)，通過加入酸或堿調(diào)整研磨液的ph值，加大“可溶性”樹脂結(jié)合劑的溶解速率，當(dāng)磨具研磨效果好，鈍化不嚴(yán)重時(shí)，通過調(diào)整酸、堿或者研磨液基液的加入量，調(diào)整研磨液的ph值，降低“可溶性”樹脂結(jié)合劑的溶解速率，進(jìn)而控制磨具的研磨效率和磨損速率。

所述的酸可以是有機(jī)酸，也可以是無機(jī)酸，堿可以是有機(jī)堿，也可以是無機(jī)堿，所述的酸包括了磷酸，乙酸，鹽酸，所述的堿包括了碳酸鈣，碳酸鈉，碳酸鉀，氫氧化鈉，碳酸氫鈉，磷酸氫二鈉。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：

1.通過對結(jié)合劑的“修整”，達(dá)到對磨具表面產(chǎn)生孔隙、進(jìn)行磨具修整，并形成足夠容屑空間，使磨具具有易修整的特點(diǎn)；

2.在修整磨具時(shí)不會產(chǎn)生有危害人或者環(huán)境的有害物質(zhì)，綠色環(huán)保；

3.生產(chǎn)方法和使用方法簡單，不改變原有的樹脂磨具丸片的制備方法，不改變原有的研磨方式；

4.“可溶性”樹脂結(jié)合劑的溶解速率與研磨液的ph值相關(guān)，在研磨過程中，通過調(diào)節(jié)研磨液的ph值可以調(diào)整磨具的修銳速度；

5.“可溶性”樹脂本身作為一種樹脂結(jié)合劑，可以對磨具丸片中的磨粒起到粘合和支撐作用。

6.磨具磨削過程本身又可以促進(jìn)修整，這兩個(gè)過程互相配合，互相支持；磨削過程中產(chǎn)生的磨削熱量又可以促進(jìn)可溶結(jié)合劑在溶劑中的溶解。

附圖說明

圖1是金剛石研磨丸片表面顯微圖；

圖2是平面拋光機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是新型磨具與傳統(tǒng)酚醛樹脂磨具丸片材料去除率對比圖；

圖4是研磨液ph值與磨具的磨損率關(guān)系圖；

圖5是抗拉強(qiáng)度和可溶樹脂添加量關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

實(shí)施方案如下：

步驟1，首先取平均粒徑2.5微米的金剛石和碳化硅磨料，加入填充劑(銅包石墨、氧化鈣、氧化鈰、氧化鋅、冰晶石粉、滑石粉，銅粉)、濕潤劑酚醛樹脂液，混合30min，得到混合粉料；

步驟2，將“不可溶”樹脂結(jié)合劑(酚醛樹脂)、“可溶”樹脂結(jié)合劑(丙烯酸樹脂ⅳ號—甲基丙烯酸酯和二甲胺基乙酯共聚體)放入v型桶混料機(jī)中混合均勻，得到混合樹脂，其中丙烯酸樹脂ⅳ號的溶解度隨ph的升高而下降，一般在ph1.2～5.0發(fā)生溶解，ph5～8時(shí)發(fā)生溶脹；

步驟3，將混合粉料和混合樹脂同樣放入v型桶混料機(jī)中共混，并加入固化劑六次甲基四胺，得到預(yù)壓粉料；

步驟4，將步驟3得到的預(yù)壓粉料過篩，篩網(wǎng)目數(shù)2000目，放置到圓形丸片模具中，壓制成胚體，成型壓力為30mpa，保持壓力的時(shí)間為15s，再將胚體放置到燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)按一定升溫曲線從60℃加熱到130℃，保溫為4小時(shí)，最后隨室溫冷卻，得到金剛石研磨丸片，表面顯微圖如圖1所示。

磨具丸片各組分如表1所示：

表1磨具丸片組分

實(shí)施例2

將實(shí)施例1得到磨具丸片在平面拋光機(jī)上進(jìn)行加工，如圖2所示，在加工過程中在磨具表層不斷注入水基研磨液，使磨具表面的丙烯酸樹脂ⅳ號溶解，在磨具表面形成孔隙，降低了結(jié)合劑對磨粒的把持力，降低結(jié)合劑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而使鈍化后的金剛石磨粒很容易在磨削力的作用下脫離磨具表面，起到修整磨具，露出新磨粒的作用。

乙酸作為ph調(diào)節(jié)劑，當(dāng)磨具鈍化嚴(yán)重，磨削效率下降時(shí)，在研磨液中增加乙酸用量，ph值調(diào)整到4～6，將強(qiáng)對“可溶”樹脂結(jié)合劑(丙烯酸樹脂ⅳ號)的溶解性，磨具磨損快，次表面鋒利磨粒露出來，磨具丸片重新變得鋒利，完成在線自修銳；當(dāng)磨具研磨效率高，比較鋒利時(shí)，減少乙酸的添加量，降低磨具的磨損。操作過程中也發(fā)現(xiàn)，可通過調(diào)整加工過程中水的溫度，流量控制，控制磨具的修整速度。

將該新型磨具與傳統(tǒng)酚醛樹脂磨具丸片進(jìn)行耐用度對比實(shí)驗(yàn)，對氧化鋯基片進(jìn)行研磨加工，其中，添加可溶性樹脂磨具丸片研磨過程中研磨液添加ph調(diào)節(jié)劑，對磨具丸片進(jìn)行修銳，傳統(tǒng)酚醛樹脂磨具丸片研磨過程中研磨液為水，兩種方法加工過程中，都沒有用修整環(huán)對磨具丸片進(jìn)行修整，觀測使用一段時(shí)間后，磨具丸片對工件的材料去除率隨時(shí)間變化圖，如圖3所示，從圖中可以看到添加可溶性樹脂磨具丸片使用一段時(shí)間后，仍保持較高的材料去除率，而傳統(tǒng)酚醛樹脂磨具丸片使用一段時(shí)間后，表面鈍化，材料去除率下降。

實(shí)施例3

將實(shí)施例1得到磨具丸片在不同ph值的研磨液中進(jìn)行研磨加工，乙酸作為酸ph調(diào)節(jié)劑，碳酸鈉作為堿ph調(diào)節(jié)劑，其他研磨參數(shù)一致，觀測磨具的磨損率，如圖4所示。從圖中可以看到隨著ph值的變大，由酸性變?yōu)閴A性，磨具的磨損率也在降低，因此，考慮到磨具的壽命，使用過程中，需根據(jù)磨具的鈍化程度，調(diào)節(jié)ph值，修銳磨具的同時(shí)，控制磨具的磨損。針對實(shí)施例1得到的磨具丸片中的“可溶”樹脂是一種酸溶樹脂，當(dāng)材料去除率較高時(shí)，可以控制研磨液的ph值在7以上，減緩磨具的磨損，當(dāng)材料去除率下降時(shí)，可添加酸ph調(diào)節(jié)劑，ph值控制在6以下，快速修銳。

實(shí)施例4

磨具丸片操作與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，將“可溶”樹脂結(jié)合劑丙烯酸樹脂ⅳ號改為聚維酮50wt％、蟲膠40wt％和甘油醋酸酯10wt％的混合物，該“可溶”樹脂結(jié)合劑混合物可在ph值大于6.5的溶液中可溶，得到的新型研磨丸片，在修整時(shí)，應(yīng)配合堿ph調(diào)節(jié)劑，這里選用碳酸鈉，同時(shí)，可以在研磨液中添加5wt％的乙醇，以提高“可溶”樹脂結(jié)合劑的溶解率。

實(shí)施例5

操作與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，將“可溶”樹脂結(jié)合劑丙烯酸樹脂ⅳ號改為甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物丙烯酸ⅱ號樹脂(eudragitll00型)，該“可溶性”樹脂同樣可以在ph6或7以上研磨液中可以溶解，玻璃轉(zhuǎn)變溫度高，脆性較強(qiáng)，適合對鑄鐵、玻璃、陶瓷、石料等硬脆材料加工，在修整時(shí)，同樣配合堿ph調(diào)節(jié)劑碳酸鈉。

實(shí)施例6

操作與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，“不可溶”樹脂結(jié)合劑(酚醛樹脂)的添加量分別為30,25,20,15,10,5，0g，“可溶”樹脂結(jié)合劑(丙烯酸樹脂ⅳ號)的添加量分別為0,5,10,15,20,25,30g，即“可溶”樹脂結(jié)合劑在磨具中的添加量由小到大，測量磨具抗拉強(qiáng)度變化，從圖5中可以看出“可溶”樹脂添加量的增加磨具的抗拉強(qiáng)度變小，在添加量為10g以下時(shí)，變化不大，添加量增大到20g時(shí)變化明顯，說明“可溶”樹脂添加量太多，容易導(dǎo)致磨具的抗拉強(qiáng)度發(fā)生明顯變化。

實(shí)施例7

實(shí)施方案如下：

步驟1，首先取平均粒徑14微米的金剛石和碳化硅磨料，加入填充劑(銅包石墨、氧化鈣、氧化鈰、氧化鋅、冰晶石粉、滑石粉，銅粉)、濕潤劑聚乙二醇，混合30min，得到混合粉料；

步驟2，將“不可溶”樹脂結(jié)合劑(聚酰亞胺樹脂)、“可溶”樹脂結(jié)合劑丙烯酸樹脂ⅲ號(eudragitsl00型，甲基丙烯酸‐甲基丙烯酸甲酯共聚物)放入v型桶混料機(jī)中混合均勻，得到混合樹脂，其中丙烯酸樹脂ⅲ號的溶解度隨ph的升高而升高，一般在ph6或7以上溶液中可以溶解，在修整時(shí)，同樣配合堿ph調(diào)節(jié)劑；

步驟3，將混合粉料和混合樹脂同樣放入v型桶混料機(jī)中共混，并加入固化劑六次甲基四胺，得到預(yù)壓粉料；

步驟4，將步驟3得到的預(yù)壓粉料過篩，篩網(wǎng)目數(shù)800目，放置到六邊形丸片模具中，壓制成胚體，成型壓力為30mpa，壓制過程中，可對丸片模具進(jìn)行加熱，成型壓力為100mpa，加熱按一定升溫曲線加熱到160℃，保溫為2小時(shí)，再按分段曲線升溫到240℃，保溫4小時(shí)，最后隨模具自然冷卻，得到磨具丸片，熱壓燒結(jié)由于加熱加壓同時(shí)進(jìn)行，粉料處于熱塑性狀態(tài)，有助于顆粒的接觸擴(kuò)散、流動傳質(zhì)過程的進(jìn)行，磨具丸片熱壓成型強(qiáng)度比冷壓成型高。

磨具丸片各組分如表1所示：

表1磨具丸片組分