[发明专利]超硬磨料砂轮工作层及其制备方法、超硬磨料砂轮

说明书

本发明公开了一种超硬磨料砂轮工作层及其制备方法、超硬磨料砂轮。所述超硬磨料砂轮工作层包括N个相互叠加的磨料层，N≥2，任一所述磨料层包括结合剂和阵列分布在所述结合剂中的多个磨粒，任一所述磨料层的结合剂上阵列分布有多个孔隙，多个所述磨粒和多个所述孔隙交错分布；所述方法包括：水解层层数确定、水解层上激光预制第一孔和第二孔的分布设计、分层布置超硬磨料磨粒和造孔剂、冷压成型及烧结砂轮工作层。本发明通过设计并实现磨粒与孔隙的空间有序分布，所制得的砂轮工作层兼具高开放孔隙率、高磨粒锋利度等特性，磨削性能优异。

技术领域

本发明涉及超硬磨料工具制造技术领域，具体的是一种超硬磨料砂轮工作层及其制备方法、超硬磨料砂轮。

背景技术

镍基高温合金、钛合金等先进金属材料凭借优异的高温综合性能在航空航天、核工业等领域获得广泛应用。然而，这些先进材料给机械加工带来了巨大的困难。现阶段，超硬磨料砂轮(如CBN、金刚石砂轮等)因其优异的磨削性能成为先进金属材料高效精密加工的重要工具。

超硬磨料砂轮工作层一般包含磨粒、孔隙、结合剂等组元。研究表明，相较于无序排布的磨粒和孔隙，按照一定规则排布的磨粒和孔隙有助于提升砂轮工作层的容屑空间、砂轮的锋利度等，从而提高砂轮整体的磨削能力、减轻砂轮磨损。经查询，文献[Ding etal.Grindability and surface integrity of cast nickel-based superalloy increep feed grinding with brazed CBN abrasive wheels,Chinese Journal ofAeronautics,23(2010)501-510.]采用磨粒有序排布的单层钎焊CBN砂轮，有效降低了磨削过程中的能耗与磨削温度，但是由于砂轮只有单层磨粒，当因磨损导致磨粒脱落后，后续无法补充，致使砂轮使用寿命较短；发明专利[一种基于二硫化钼和开放孔隙的金属结合剂金刚石砂轮及其制备方法，公开号：CN111251200A]提出采用尿素作为造孔剂，实现多层金属结合剂金刚石砂轮的高孔隙率制造，但是由于金刚石磨粒、尿素均为无序排布，导致高孔隙率金刚石砂轮的磨削效果提升受限；发明专利[磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮及其制备方法，公开号：CN102729157A]报导了通过将多颗CBN磨粒预先粘结一起，制作成CBN纤维磨粒，从而实现砂轮局部空间内磨粒的有序排布，有助于提升磨削效率，但磨粒的空间排布形式单一，且专利中未见砂轮孔隙的规则排布。

以上文献所涉及的砂轮磨粒和孔隙的排布均是分开实施的，并未考虑多层超硬磨料砂轮的磨粒与孔隙的协同有序排布。事实上，只有同时实现多层超硬磨料砂轮的磨粒与孔隙的空间分布设计和控制，才能借助最优的砂轮工作层组元排布，促使多层超硬磨料砂轮在镍基高温合金、钛合金等难加工材料高效磨削中发挥出最大潜能。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种超硬磨料砂轮工作层及其制备方法、超硬磨料砂轮，其目的在于通过设计和控制多层超硬磨料砂轮的磨粒与孔隙空间分布状态，提升多层超硬磨料砂轮的开放孔隙率、磨粒锋利度等特性，进而提升磨削性能，所得砂轮可以实现镍基高温合金等难加工材料的高效精密加工。

本申请实施例公开了：一种超硬磨料砂轮工作层，包括N个相互叠加的磨料层，N≥2，任一所述磨料层包括结合剂和阵列分布在所述结合剂中的多个磨粒，任一所述磨料层的结合剂上阵列分布有多个孔隙，多个所述磨粒和多个所述孔隙交错分布。

本申请实施例还公开了：一种多层超硬磨料砂轮工作层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：提供N个用于固定颗粒物的水解层，其中N≥2，所述水解层上设有多个用于放置磨粒的第一孔和多个用于放置造孔剂的第二孔，多个所述第一孔和多个所述第二孔分别阵列分布；

步骤2：将第一个所述水解层放置于模具中，向第一个所述水解层的多个第一孔中一一放入磨粒，向第一所述水解层的多个第二孔中一一放入造孔剂，随后在第一个所述水解层上放置结合剂以形成结合剂层；至此，完成一个磨料层坯料的布置；