可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮属于机械精密加工技术领域领域，可实现在线电解修锐可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮精密镜面磨削加工。
背景技术
在精密加工中，通常采用树脂结合剂砂轮(金刚石或立方氮化硼微细粒度)。其特点是具有一定的弹性和较高的强度，耐冲击性好。但其抗热性及抗碱性较差，磨削区的高温可烧毁结合剂，碱性磨削液会降低砂轮的强度和硬度，增加砂轮的磨损，从而使砂轮的形状精度难以保持。由于树脂结合剂的砂轮的修整只能采用金刚石笔修整法，因此对于超微细粒度的砂轮，金刚石笔修整法无法对其实现精密修锐。
常用的金属结合剂砂轮主要是青铜结合剂砂轮。它比树脂结合剂砂轮的结合力强，耐磨性好，工作几何形状保持性好，使用寿命长，可承受大负荷；但自锐性差，容易堵塞，需要经常修整，且只能采用对磨法进行离线修整，成本高，效率低。
【发明内容】
本发明的目的在于针对精`密镜面磨削加工中常用树脂结合剂磨具修锐难和工作面几何形状保持性差、寿命短的不足之处，提供一种可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮及配合这种砂轮使用的具有电解修锐作用和生成钝化膜效应地磨削液。
本发明所提供的可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮，其特征在于，磨料为金刚石与CBN的一种或者两种，与结合剂按照常规浓度配料，该结合剂主要成分为质量百分比为60％～80％的铁粉，铜粉5％～15％，再添加以5～20％的金属添加剂和3～5％石墨、四氧化三铁粉末一种或者两种配制成非金属添加剂，采用冷压烧结的方法制作可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮。
所述的冷压烧结制作工艺过程如图1所示，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)将超硬磨料金刚石、立方氮化硼一种或者两种按照常规浓度配料，与铁粉放在一起混合搅拌均匀，然后加入少量乙醇再混合；
(2)将铜粉和金属添加剂及非金属添加剂粉末一并加入进行混合；
(3)将上述粉末装入模具，加压达到400-500Mpa后保压5～10秒钟，然后进行脱模；
(4)将脱摸后的压制胚件放入烧结炉中进行烧结，烧结环境为还原性气氛，按照金属结合剂砂轮常规烧结制度，保证最高温度900-950度，保温1-1.5小时得到本发明的可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮。
步骤(1)中加入少量乙醇可以使磨料与铁粉粘结在一起，在磨料周围包附薄薄一层铁粉，克服了超硬磨料比重过小的缺点，并且在烧结时有利于磨粒同结合剂之间的结合，属于公知技术。
如图2所示是本发明砂轮的烧结工艺的示意图，属于金属结合剂砂轮常规烧结制度，烧结温度误差必须控制在±5℃之内。将烧结温度在1-1.5小时匀速升至300-400度；保温1-1.5小时后，经过0.5-0.6小时匀速升至500-600度；保温1-1.5小时后，经过0.5-0.6小时均匀升至700-750度；保温1-1.5小时后，经过0.5-0.6小时匀速升至800-850度；保温1-1.5小时后，经过0.5-0.6小时匀速升至900-950度；保温1-1.5小时后，冷却至室温。
本发明的砂轮具有以下特点：
1)砂轮中的金属结合剂有足够的强度和硬度，对磨料的把持力足够大能够承受大的磨削力而不易脱落。
2)砂轮结合剂中以铁为主要成分的各种金属的合理配比保证砂轮在磨削过程中在线电解修锐速度适合、去除量均匀、参加磨削的磨粒数量多而稳定。
3)砂轮结合剂中的各种金属成分的合理配比保证砂轮在精磨或光磨时表面生成钝化膜的速度快、质地均匀、致密、厚实、柔性好、附着力强，能够成为理想的研抛膜。
作为在线电解修锐磨削中与可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮配合使用的磨削液，不仅要有足够的冷却性、润滑性、渗透性、清洗和防锈能力，而且还要具备良好的电解活化和钝化性。一方面要有电解活化能力，能够使在线电解修整磨削的中的可在线电解的金属结合剂在一定电参数范围内发生合适速度的阳极溶解去除的活化反应，达到修锐砂轮的目的，同时还具有在砂轮表面适时地生成和维持适当厚度钝化膜的能力，达到抑制砂轮过度电解损耗和精磨、光磨阶段充当无压力研抛膜作用的目的。还具有防锈防蚀功能，对机床无腐蚀作用。
本发明提供的可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮使用的磨削液，其特征在于：
该磨削液是按照磨削液原液与水质量比1∶5～1∶20组成，其中所述的磨削液原液是由质量百分比0.1～0.3％的钼酸钠，2～4％的磷酸氢二钠，0.1～0.5％丙三醇，0.8～1.2％三乙醇胺，0.8～2％硼砂，0.12～1％亚硫酸钠，0.28～1％红油，其余为水配制而成。
本发明提供的可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮使用的磨削液的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
①将水加热到60℃～80℃；
②将磷酸氢二钠、硼砂、亚硫酸钠、钼酸钠加入上述水中搅拌至溶解得到溶液；
③将丙三醇、三乙醇胺倒入上述溶液中搅拌至全部溶解；
④将倒入红油全部溶解后，降温至室温得到磨削液原液；
⑤按照磨削液原液与水质量比1∶5～1∶20得到本发明的可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮使用的磨削液。
磨削液中无机盐和表面活性剂等各种成分的合理配比，不仅可以发挥各组成分的最大作用和成分之间的协同效应，保持磨削液的最佳综合磨削性能，还能够与电解电源电参数及可在线电解的金属结合剂砂轮中结合剂中金属成分的配比相配合，实现电解成膜的速度和质量的合理控制达到超微粉粒度砂轮的最佳修锐效果。
可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮及其磨削液在在线电解修锐磨削中电解成膜能力的大小、质量的好坏，可由电解阶段的电解活化、钝化曲线来判定，如图4所示。将接好高频脉冲电解电源的可在线电解的金属结合剂砂轮及其磨削液在磨床上开动起来，让砂轮在高速旋转中电解修锐，但不进行磨削，待砂轮表面钝化膜形成，电解被抑制时，记下电流的变化曲线。由此可以判定砂轮及其磨削液的电解成膜性能的好坏：当最大电解电流＞10A，成膜后电解电流＜2A，钝化膜生成周期＜10分钟时，系统的电解成膜效果较为理想。
本发明主要用于硬脆材料和复合材料的精密镜面磨削及成形表面的精密加工。适用于航空航天、军工领域等精密加工行业。
【附图说明】
图1铁及金属结合剂砂轮制作工艺过程；
图2可在线电解的金属结合剂砂轮的烧结工艺曲线；
图3金属结合剂砂轮的电解活化钝化曲线。
具体实施方式：
实施例1：实施条件：M7130型卧轴矩台平面磨床，可在线电解的金属结合剂CBN砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮各一片，砂轮的粒度为120#，砂轮的线速度Vs＝20m/s，工作台进给速度f＝10m/min，砂轮进给量ap＝0.0025mm，工件材料为HR-1抗氢不锈钢。
可在线电解的金属结合剂CBN砂轮1是按如下方法制作的：
磨料：120#粒度，100％浓度的CBN
结合剂：由80％的铁粉，10％的铜粉，5％的镍粉，5％的四氧化三铁粉配制而成的。其中百分比为质量百分比。
烧结方法：采用上述冷压烧结法制作砂轮。
与上述砂轮配合使用的磨削液的制作方法如下：
磨削液1的配制比为：由0.3％的钼酸钠，4％的磷酸氢二钠，0.5％丙三醇，1.2％三乙醇胺，2％硼砂，1％亚硫酸钠，1％红油配制而成。
配制方法：
①将水加热到60℃
②将磷酸氢二钠、硼砂、亚硫酸钠倒入池中搅拌，至全部溶解。
③将丙三醇、三乙醇胺倒入上述溶液中搅拌至全部溶解。
④将红油倒入溶液池中搅拌，待溶剂全部溶解后，降温至室温。
磨削液是用原液与水的稀释比例为1∶5。
实施例2：实施条件：M7130型卧轴矩台平面磨床，可在线电解的金属结合剂CBN砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮各一片，砂轮的粒度为120#，使用的磨削用量为砂轮的线速度Vs＝20m/s，工作台进给速度f＝10m/min，砂轮进给量ap＝0.0025mm，工件材料为钢结硬质合金。
金属基金刚石和CBN混合磨料砂轮2的制作方法如下：
磨料：120#粒度，100％浓度的金刚石和CBN混合磨料。
结合剂：由70％的铁粉，10％的铜粉，10％的银粉，2％的锡粉，3％的锌粉，5％的四氧化三铁粉配制而成的。其中百分比为质量百分比。
烧结方法：采用上述冷压烧结法制作砂轮。
与上述砂轮配合使用的磨削液的制作方法如下：
磨削液2的配制比为：由0.2％的钼酸钠，3％的磷酸氢二钠，0.3％丙三醇，1％三乙醇胺，1.4％硼砂，0.53％亚硫酸钠，0.64％红油配制而成。
配制方法：
①将水加热到70℃
②将磷酸氢二钠、硼砂、亚硫酸钠倒入池中搅拌，至全部溶解。
③将丙三醇、三乙醇胺倒入上述溶液中搅拌至全部溶解。
④将红油倒入溶液池中搅拌，待溶剂全部溶解后，降温至室温。
磨削液是用原液与水的稀释比例为1∶15。
实施例3：实施条件：M7130型卧轴矩台平面磨床，可在线电解的金属结合剂CBN砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮各一片，砂轮的粒度为120#，使用的磨削用量为砂轮的线速度Vs＝20m/s，工作台进给速度f＝10m/min，砂轮进给量ap＝0.0025mm，工件材料为硬质合金。
金属基金刚石磨料砂轮3的制作方法如下：
磨料：120#粒度，100％浓度的金刚石磨料。
结合剂：由60％的铁粉，15％的铜粉，15％的锡粉，5％的锌粉，5％的石墨粉配制而成的。其中百分比为质量百分比。
烧结方法：采用上述冷压烧结法制作砂轮。
与上述砂轮配合使用的磨削液的制作方法如下：
磨削液3的配制比为：由0.1％的钼酸钠，2％的磷酸氢二钠，0.1％丙三醇，0.8％三乙醇胺，0.8％硼砂，0.12％亚硫酸钠，0.28％红油配制而成。
配制方法：
①将水加热到80℃
②将磷酸氢二钠、硼砂、亚硫酸钠倒入池中搅拌，至全部溶解。
③将丙三醇、三乙醇胺倒入上述溶液中搅拌至全部溶解。
④将红油倒入溶液池中搅拌，待溶剂全部溶解后，降温至室温。
磨削液是用原液与水的稀释比例为1∶20。
本发明的实施效果如表1-3所示：
表一为可在线电解的金属结合剂砂轮及与之相配合使用的磨削液磨削塑性材料HR-1抗氢不锈钢的磨削效果。
表二为可在线电解的金属结合剂砂轮及与之相配合使用的磨削液磨削复合材料钢结硬质合金的磨削效果。
表三为可在线电解的金属结合剂砂轮及与之相配合使用的磨削液磨削硬脆材料硬质合金的磨削效果。
表一
表二
表三