[发明专利]一种磨料三维多层可控优化排布电镀工具制作方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工制造技术领域，涉及到磨料三维多层可控优化排布电镀工具及其制造方法。

背景技术

磨削是当今制造技术中一种应用范围最广、最有效的精密与超精密加工方法，向着高速和超精密发展，传统的固结磨料磨具特别是超精密加工和抛光磨具，磨粒十分细小，造成磨具工作表面极易堵塞、导致磨具过早失效或产生磨削热损伤。实现磨料或微磨料群的科学、有序排布能使磨具中的磨粒或磨料群的排列及其间距更加合理，确保磨粒有效裸露高度和合理的容屑空间，显著提高砂轮的磨削性能。

期刊《中国机械工程》第13卷第13期中，文献《钎焊单层金刚石砂轮关键问题的研究》提到了一种陶瓷孔模板布料法并用于钎焊砂轮的制造；专利文献中国发明专利公开号CN 1528565A中公布了一种基于壳模布料方法优化颗粒排布的单层金刚石固结磨具制造方法。此专利中参照熔模铸造业制作壳型的方法排布磨料，用高温钎焊工艺固结磨料。这两个文献中提到的方法受钎焊工艺的局限性，主要适合较大尺寸磨料磨具的制造，对微细粒径磨粒难以实施。

在中国专利公开号为CN 1124480A中公布了一项带图案优化的磨料制备技术。在基体上涂敷粘合剂，然后将磨粒放置与基体接触，粘合剂暂时将磨料固定在基体表面。在磨粒与基体接触之前，可将网筛材料或者其他多孔材料形式的掩模放置在基体上，掩模决定了磨粒的分布，并控制磨粒置入多孔材料的开孔内；或者将磨粒按一定图案粘接在基体上，从而决定了磨粒的分布。最后再用钎焊或者烧结的方法固结磨料形成磨具。以上文献共同的局限性在于仅仅适合于大粒度磨粒有序排布磨具制造，而不适合用于磨粒粒径较小(150目以上)的精密和超精密加工用磨具的磨粒可控排布和制造。

对于磨粒粒径较小的磨具，有很多文献提到使磨料成堆或成群分布，其优点也是在于能利于加工中磨削屑排出、磨削液进入、磨削热转移等。但这些文献提到的磨料排布方法都只是实现了某种磨料的分布，而没有衡量指标进行优化。文献美国专利US 4 925 457，美国专利US 5 092 910和美国专利US 5 049165分别提到了网筛、隔板排布技术，即通过制作网筛或者带孔隔板来控制金刚石等磨料的位置和分布实现磨料的可控排布。2001年8月1日公开的专利文献中国专利公开号CN 1305884A提出了采用了上述方法进行微磨粒群的排布，在砂轮基体上用带有倾斜表面的遮覆元件形成孔穴，通过电镀方法将孔穴内的磨粒群固结在砂轮基体非遮覆区域，其磨粒密度在中央部分较高而边缘部分较低。又如，在国外期刊《Wear》(233-235(1999)P387-394)文献《Designed abrasivediamond surfaces》提出了微复制技术：在硅模板上刻蚀出规则的优化排布的模孔以成型所需的有序排布，采用化学气相沉积方法在模孔内生长成金刚石薄膜层，最后清除硅模板并把薄膜层粘结到基体。此方法主要用于固结磨料磨削实验模拟研究，而且制造成本非常高。

期刊《金刚石与磨料磨具工程》(2004年4月)中文献《有序排布和烧焊一体化制造金刚石工具新技术研究》和期刊《PM SPECIAL FEATURE》中《Sinteringand brazing all in one》提到烧焊结一体化技术：在保护气体作用下，快速加热均匀混合有金刚石的烧结料粉到熔融状态，通过喷嘴直接焊接到基体上，控制台则通过料粉流量和基体图形编辑软件控制液态料粉的焊接位置和焊接厚度，从而准确的完成所需图案排布的金刚石工具的制造。该方法设备复杂、自动化程度要求高，而且需要精确定量控制熔融混合物流量、温度等因素。

此外，虽然用传统电镀工艺制作的单层电镀超硬磨料砂轮具有节约磨料和相对陶瓷结合剂和树脂结合剂砂轮具有更好的磨削比，但是当磨料粒度非常细小时，由于砂轮基体外圆与内孔不可避免地存在同轴度误差和圆度误差，从而导致砂轮磨削表面的不均匀磨损，恶化加工质量，甚至无法使用。一味通过提高砂轮基体的同轴度要求和加工精度，将加剧砂轮的制造成本，这也是为什么细粒度或微粉级磨料的砂轮一般不采用电镀工艺制造的主要原因。

发明内容