CN111618750A - 一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***及工艺，属于机械加工中的超硬材料及制品技术领域，所述***的组成为：以砂轮坯料的出口为上游，所述***从上游至下游依次包括固定成型对辊、精密调节对辊、第一橡胶脱模辊、真空吸附装置、套料切割装置、第二橡胶脱模辊、烘箱和存放柜，精密调节对辊由第一精密调节辊和第二精密调节辊组成，第一橡胶脱模辊和第二橡胶脱模辊上设有用于对砂轮坯料进行运输的环形脱模带，第一橡胶脱模辊和和第二精密调节辊相切，第二橡胶脱模辊位于烘箱的进口处。本发明实现了连续生产，减少了目前单片模压断续生产批次质量的差异，提高了生产效率。

Description

一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***及工艺
技术领域
本发明属于机械加工中的超硬材料及制品领域，具体涉及一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***及工艺。
背景技术
超薄砂轮主要用于光学、电子及光通讯等领域的滤光片、半导体芯片、光纤分路器、LED等关键零部件的精密切割加工，广泛用于芯片划片、封装切割、LED切割、光纤阵列开槽、陶瓷套管切断以及贵重材料的分割等工序。这些材料对切割精度及加工质量要求很高，对工件崩口、裂纹、划伤、毛刺、剥离等都有严格控制。超薄砂轮厚度最薄可达0.015mm，外径在50 mm~125mm，径厚比高，切深为0.05 mm~3mm，进给速度在0.05 mm/s~300mm/s，切割转速在10000 rpm/min~60000rpm/min，属于高速/超高速磨削范畴，超薄砂轮转速高、进给快、切缝窄、连续作业时间长。在高速强热-力耦合作用下，超薄砂轮两侧面金刚石、CBN以及SiC等磨料分布不对称，成分偏析，密度不均，精度过差等缺陷非常容易引起超薄砂轮应力分布不均，产生多阶不规则振动，进而导致高速运动精度低，加工质量不合格，产品废品率偏高。
目前，超薄砂轮采用的成型工艺为松散粉体模压断续成型，其主要步骤为：配方设计→粉体混料→选取工装模具→设定压制参数→粉体摊料→单模压制→人工卸模。现有的成型工艺对人的经验依赖较强，产品稳定性差，粉尘大，生产效率低，生坯精度差，污染环境，属于断续成型。此外，传统成型工艺容易出现金刚石等磨料上浮、不同密度成分偏析、生坯上下密度不均、精度过差等缺陷，导致高速切割过程中加工的产品废品率偏高。
随着全球工业4.0的持续推进，国家对环境保护的日益重视，光电等精密制造对加工质量及效率要求的不断提高，超薄砂轮新型成型工艺亟需研究提出。因此，提出一种连续制备、绿色环保及精密成型的砂轮制备工艺是适应国家工业发展的需要。
发明内容
本发明针对超薄砂轮目前成型工艺容易出现金刚石等磨料上浮、不同密度成分偏析、生坯上下密度不均以及精度过差等缺陷，开发一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***及工艺，该成型工艺成型精度高，绿色环保，且能够实现连续自动制造。
本发明为实现上述目的，本发明提供的主要技术方案如下：
一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***，以砂轮坯料的出口为上游，所述***从上游至下游依次包括固定成型对辊、精密调节对辊、第一橡胶脱模辊、真空吸附装置、套料切割装置、第二橡胶脱模辊、烘箱和存放柜，精密调节对辊由第一精密调节辊和第二精密调节辊组成，第一橡胶脱模辊和第二橡胶脱模辊上设有用于对砂轮坯料进行运输的环形脱模带，第一橡胶脱模辊和和第二精密调节辊相切，第二橡胶脱模辊位于烘箱的进口处。
进一步地，所述第二橡胶脱模辊和第一橡胶脱模辊之间的脱模带的下方设有刮料刀用于刮除砂轮坯料运输完成后脱模带上残留的砂轮坯料，刮料刀下方设有余料回收斗。
进一步地，所述固定成型对辊之间的间距为1 mm ~2mm，第一精密调节辊和第二精密调节辊之间的间距为0.5mm~0.6mm，所述脱模带为帆布脱模带。
利用上述***进行金属超薄砂轮的绿色精密连续成型工艺，步骤如下：
（1）混炼：将有机粘结剂加热搅拌至完全熔化后，加入金属超薄砂轮原料后在100~150℃搅拌30~90分钟，有机粘结剂和金属超薄砂轮原料的质量比为（1~3）:（7~9）；
（2）预包：把混炼成熟的团料用连续的0.1mm~0.5mm厚的保护膜包裹好；
（3）辊压：将预包好的成型团料经由输送带，依次通过固定成型对辊、精度调节对辊和第一橡胶脱模辊，其辊速为0.5 m/min ~3m/min，通过千分表液压控制调整精度调节对辊间距精度，最终辊压成0.5mm~0.6mm厚的带状生坯；
（4）传输：带状生坯在经过第一橡胶脱模辊后贴覆在脱模带上，跟随脱模带传送至下一工序；
（5）揭膜：辊压后的带状生坯通过脱模带进入冷冻揭膜区，该区温度为-5℃~5℃，通过吸附力为3N~5N的真空吸盘，吸附揭掉其表面预包工序中的保护膜；
（6）揭膜后的带状生坯以0.5 m/min ~3m/min的速度进入分切区，通过套料切割装置获得符合要求尺寸的环状超薄砂轮生坯；
（7）脱脂：分切后的环状超薄砂轮生坯通过脱模带送入烘箱进行脱脂，脱脂温度为120℃～400℃，脱脂时间为为10min～300min；
（8）包装存放：将脱脂后且检验合格的生坯装入不锈钢盒，充入保护气，在温度15℃~30℃，湿度5%RH ~10%RH，放入存放柜存放。
优选地，所述有机粘结剂的组成为：低密度聚乙烯25 wt%~35wt%、石蜡55 wt%~65wt%和硬脂酸5wt%~15wt%。
优选地，所述金属超薄砂轮原料组成为：铜粉70~80wt%、铁粉3~8wt%、锡粉5wt%~15wt%、钴粉3~8wt%、金刚石5 wt%~6 wt%，铜粉、铁粉、锡粉和钴粉的粒度500目以细，金刚石粒度为600目。
优选地，所述金属超薄砂轮外径为58.3mm，内径为39.2mm，厚度为0.55mm
本发明的积极有益效果：
1、本发明应用于机械行业超硬磨具领域超薄砂轮的生坯精密成型，利用有机物和金刚石润湿性较好的特点，采用有机粘结剂把金刚石和金属结合剂粉体包裹成团辊压成型，克服了目前松散粉体模压成型金刚石容易上浮、不同密度成分容易偏析的缺点，有助于减少超薄砂轮高速甩尾、跳动，多阶不规则运动等不良现象，有助于提高超薄砂轮的高速运动精度和加工质量；
2、本发明辊压间隙的调整采用千分表液压调整，辊压生坯精度可达±0.005mm，远高于目前松散粉体模压成型工艺精度（±0.03mm）；
3、本发明实现了连续生产，减少了目前单片模压断续生产批次质量的差异，提高了生产效率。有机粘结剂可以有效包裹金刚石和结合剂粉体，避免了粉尘污染，有助于保护工人健康，实现绿色制造。同时分切后的剩余料坯可以回仓再次混炼，大大提高了材料利用率，节约了不可再生资源，是一种精密、连续，绿色，可持续发展的成型工艺。
附图说明
图1是为金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***的结构示意图；图中，1.预包好的坯料，2. 固定成型对辊，31.第一精度调节辊，32.第二精度调节辊，41.第一橡胶脱模辊，42. 第二橡胶脱模辊，5.帆布脱模带，6.真空吸附装置，7.套料切割装置，8.环状超薄砂轮生坯，9.刮料刀，10.余料回收斗，11.烘箱，12.存放柜；
图2为本发明的工艺流程图；
图3为实施例1脱脂后的砂轮生坯放大400倍的SEM图；
图4为实施例1脱脂后的砂轮生坯放大3000倍的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步的说明：
实施例1
一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***，如图1所示，以砂轮坯料的出口为上游，所述***从上游至下游依次包括固定成型对辊2、精密调节对辊、第一橡胶脱模辊41、真空吸附装置6、套料切割装置7、第二橡胶脱模辊42、烘箱11和存放柜12，精密调节对辊由第一精密调节辊31和第二精密调节辊32组成，第一橡胶脱模辊41和第二橡胶脱模辊42上设有用于对砂轮坯料进行运输的环形帆布脱模带5，第一橡胶脱模辊41和和第二精密调节辊32相切，第二橡胶脱模42辊位于烘箱11的进口处。
进一步地，所述第二橡胶脱模辊42和第一橡胶脱模辊41之间的帆布脱模带5的下方设有刮料刀9用于刮除砂轮坯料运输完成后帆布脱模带5上残留的砂轮坯料，刮料刀10下方设有余料回收斗10。
进一步地，所述固定成型对辊2之间的间距为1mm，第一精密调节辊31和第二精密调节辊32之间的间距为0.5mm~0.6mm。
一种利用上述***进行金属结合剂超薄砂轮生坯成型工艺，超薄砂轮生坯规格为φ58.2mm×0.5mm（砂轮厚度）×39.1（内孔）；如图2所示，包括以下步骤：
（1）混炼：
按适当比例（如表1）称取有机粘结剂于烧杯中， 120℃恒温油浴加热至完全熔化，随后将表2中所述的金属结合剂及金刚石缓慢加入有机粘结剂（有机粘结剂比例见表1）中，有机粘结剂和金属超薄砂轮原料质量比为2:8，120℃搅拌60分钟，得到颜色均一，无明显大颗粒物质，无气孔的成熟团装状成型料。
表1 有机粘结剂配比
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 金属超薄砂轮原料配比
Figure 551815DEST_PATH_IMAGE002
（2）预包：
把混炼成熟的团料用连续的0.2mm厚的薄型塑料包裹好，准备辊压；
（3）辊压：将预包好的坯料1经由输送带，在重力及固定成型对辊2间的摩擦力作用下咬入，并依次通过固定成型对辊2，精度调节对辊和第一橡胶脱模辊41，其辊速为1m/min，固定成型对辊2之间的间距为1mm，第一精度调节辊31和第二精度调节辊32之间的间距0.55mm，通过千分表液压控制调整第一精度调节辊31和第二精度调节辊32之间之间间距精度，最终辊压精密成0.55mm厚度的带状生坯；
（4）传输：由于重力及帆布脱模带5的吸附作用，吸附力大小为1.5N，成型辊中的带状超薄砂轮生坯贴覆在第一橡胶脱模辊41圆周表面帆布脱模带上，跟随帆布脱模带传送至下一道工序；
（5）揭膜：辊压后的带状生坯以1m/min的速度通过帆布脱模带5缓慢进入冷冻揭膜区，该区温度为0℃，通过吸附力为5N的真空吸附装置6（具体为真空吸盘），吸附揭掉其表面预包工序中的薄型塑料保护膜，为分切做好准备；
（6）分切：揭膜后的带状生坯以1m/min的速度通过生坯输送带缓慢进入分切区，通过机械套料切割装置7获得环状超薄砂轮生坯8，外径为58.3mm，内径为39.2mm，厚度为0.55mm；
（7）脱脂：分切后的环状超薄砂轮生坯8通过帆布脱模带5送入烘箱11中进行脱脂，脱脂盘为厚度微2mm厚的304不锈钢，脱脂盖板厚度为1mm，微孔直径为0.5mm多孔304不锈钢，脱脂温度为260 ℃，脱脂时间为300min。脱脂厚产品会一定的收缩，生坯最终尺寸为外径为58.2mm，内径为39.1mm，厚度为0.5mm；
（8）包装存放：将脱脂好且强度为85MPa的生坯人工装入不锈钢盒，充氮气，放入存放柜12中进行保存，使保存温度为20℃，保存湿度为6RH%。生坯合格率为90%。图3为实施例1脱脂后的砂轮生坯放大400倍的SEM图；图4为实施例1脱脂后的砂轮生坯放大3000倍的SEM图；由图3、图4可以看出，利用该工艺制备的金属结合剂超薄砂轮生坯中有机粘结剂脱脂干净，几乎不存在碳残留，粉体颗粒之间结合较好。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***，其特征在于，以砂轮坯料的出口为上游，所述***从上游至下游依次包括固定成型对辊、精密调节对辊、第一橡胶脱模辊、真空吸附装置、套料切割装置、第二橡胶脱模辊、烘箱和存放柜，精密调节对辊由第一精密调节辊和第二精密调节辊组成，第一橡胶脱模辊和第二橡胶脱模辊上设有用于对砂轮坯料进行运输的环形脱模带，第一橡胶脱模辊和和第二精密调节辊相切，第二橡胶脱模辊位于烘箱的进口处。
2.根据权利要求1所述金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***，其特征在于，所述第二橡胶脱模辊和第一橡胶脱模辊之间的脱模带的下方设有刮料刀用于刮除砂轮坯料运输完成后脱模带上残留的砂轮坯料，刮料刀下方设有余料回收斗。
3. 根据权利要求1所述金属超薄砂轮的绿色精密连续成型***，其特征在于，所述固定成型对辊之间的间距为1 mm~2mm，第一精密调节辊和第二精密调节辊之间的间距为0.5mm~0.6mm。
4.利用权利要求1至3任一所述的***进行金属超薄砂轮的绿色精密连续成型工艺，其特征在于，步骤如下：
（1）混炼：将有机粘结剂加热搅拌至完全熔化后，加入金属超薄砂轮原料后在100~150℃搅拌30~90分钟，有机粘结剂和金属超薄砂轮原料的质量比为（1~3）:（7~9）；
（2）预包：把混炼成熟的团料用连续的0.1mm~0.5mm厚的保护膜包裹好；
（3）辊压：将预包好的成型团料经由输送带，依次通过固定成型对辊、精度调节对辊和第一橡胶脱模辊，其辊速为0.5 m/min ~3m/min，通过千分表液压控制调整精度调节对辊间距精度，最终辊压成0.5mm~0.6mm厚的带状生坯；
（4）传输：带状生坯在经过第一橡胶脱模辊后贴覆在脱模带上，跟随脱模带传送至下一工序；
（5）揭膜：辊压后的带状生坯通过脱模带进入冷冻揭膜区，该区温度为-5℃~5℃，通过吸附力为3N~5N的真空吸盘，吸附揭掉其表面预包工序中的保护膜；
（6）揭膜后的带状生坯以0.5 m/min ~3m/min的速度进入分切区，通过套料切割装置获得符合要求尺寸的环状超薄砂轮生坯；
（7）脱脂：分切后的环状超薄砂轮生坯通过脱模带送入烘箱进行脱脂，脱脂温度为120℃～400℃，脱脂时间为为10min～300min；
（8）包装存放：将脱脂后且检验合格的生坯装入不锈钢盒，充入保护气，在温度15℃~30℃，湿度5%RH ~10%RH，放入存放柜存放。
5. 根据权利要求4所述金属超薄砂轮的绿色精密连续成型工艺，其特征在于，所述有机粘结剂的组成为：低密度聚乙烯25 wt%~35wt%、石蜡55 wt%~65 wt%和硬脂酸5wt%~15wt%。
6. 根据权利要求4所述金属超薄砂轮的绿色精密连续成型工艺，其特征在于，所述金属超薄砂轮原料组成为：铜粉70~80wt%、铁粉3~8wt%、锡粉5wt%~15wt%、钴粉3~8wt%、金刚石5 wt%~6 wt%，铜粉、铁粉、锡粉和钴粉的粒度500目以细，金刚石粒度为600目。
7.根据权利要求4所述金属超薄砂轮的绿色精密连续成型工艺，其特征在于，所述金属超薄砂轮外径为58.3mm，内径为39.2mm，厚度为0.55mm。
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