渗浸砂轮用渗浸剂及其在渗浸砂轮制备中的应用

摘要

本发明公开了一种渗浸砂轮用渗浸剂及其在渗浸砂轮制备中的应用，所述渗浸剂由固体润滑剂、表面活性剂、分散剂、抗粘附添加剂和水制成，所述固体润滑剂为二硫化钼和石蜡，所述表面活性剂为油酸和三乙醇胺，所述分散剂为氯化钠和碳酸钠，所述抗粘附添加剂为钼酸钠和磷酸三丁酯。所述渗浸剂用于制备渗浸砂轮，所得渗浸砂轮能够更好地改善磨削状态、降低磨削烧伤。

说明书

(一)技术领域

本发明属于精密与超精密加工领域，具体涉及一种渗浸砂轮用渗浸剂及其在渗浸砂轮制备中的应用。

(二)背景技术

磨削是一种常用的机械表面加工方法，但在磨削过程中产生的磨削热，会增大砂轮磨损，引起工件的温升，甚至产生磨削烧伤和裂纹。为了降低磨削温度，通常采用浇注磨削液的方式进行冷却和润滑。但由于砂轮高速旋转，磨削液很难进入磨削区域，起不到有效的冷却和润滑效果。特别是一些干磨场合和一些磨削液供给不充分的磨削场合，由于磨削条件恶劣，磨削温度更高，会严重影响其磨削表面质量和砂轮寿命，而且干磨时产生大量的粉尘，会严重地污染环境。

为了改善磨削状，降低磨削烧伤，传统的方法为：

(1)提高磨床工作台进给系统的稳定性，保证轴承接触刚度，减小砂轮与工件之间的振动。

(2)提高工件速度，减少径向进给量，减少砂轮和工件的接触面积，或者减小工件的磨削余量。

(3)合理选择和修整砂轮。

(4)合理使用冷却润滑液。

以上方法虽说对磨削状态有一定的改善，但很大程度取决于外界因素，以及工人经验，不能从根本上解决问题。

目前对于钛合金等难加工材料磨削时易产生钛屑粘附砂轮表面、磨削表面出现烧伤、甚至无法继续磨削下去等问题，有效的解决方法就是将一些适当的化学添加剂直接渗浸到砂轮孔隙中制成渗浸砂轮，在磨削过程中，这些化学添加剂就可以充分进入到磨削弧区中，起到改善磨削条件的作用。可用的化学添加剂有油性添加剂，极压添加剂及润滑剂，此外，还有增加渗浸作用的表面活性剂及增加润滑剂粘附于磨料及结合剂表面能力的添加剂。

近几年来由于材料研究的发展，特别是航空制造方面越来越多地直用了钛合金等一类强度大、韧性高的难加工材料，使得渗浸砂轮的研究及直用日益受到重视。李伟等(李伟，浦学锋，张幼桢.渗浸砂轮的配方优选及其应用.摩料磨具与磨削，1992，3(69))就钛合金材料磨削中的磨削力、磨削比、磨削烧伤强磨削表面粗糙度作为主要评价指标，对于添加剂的种类、用量对钛台金磨削效果的影响关系进行了探讨，并用计算机进行正交回归试验设计，得出了渗浸材料的优选配方。但是该文献中并未公开具体使用了哪些添加剂。

(三)发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种渗浸砂轮用渗浸剂，该渗浸剂用于制备能够更好地改善磨削状态、降低磨削烧伤的新型渗浸砂轮。

本发明所述的渗浸砂轮用渗浸剂，由固体润滑剂、表面活性剂、分散剂、抗粘附添加剂和水制成，所述固体润滑剂为二硫化钼和石蜡，所述表面活性剂为三乙醇胺和油酸，所述分散剂为氯化钠和碳酸钠，所述抗粘附添加剂为钼酸钠和磷酸三丁酯。

本发明优选所述渗浸剂中各成分的质量百分比为：固体润滑剂1.2～4.4％，表面活性剂2.1～5％，分散剂0.6～3％，抗粘附添加剂0.55～2.5％，余量为水。

进一步，所述固体润滑剂中二硫化钼和石蜡的质量比例优选为0.2～1∶1，所述表面活性剂中三乙醇胺和油酸的质量比例优选为0.5～1.5∶1，所述分散剂中氯化钠和碳酸钠的质量比例优选为2～5∶1，所述抗粘附添加剂中钼酸钠和磷酸三丁酯的质量比例优选为0.2～1∶1。

进一步，本发明优选所述渗浸剂中各成分的百分比为：固体润滑剂2～3％，表面活性剂3～4.5％，分散剂1～2％，抗粘附添加剂0.7～1.5％，余量为水。

更进一步，所述固体润滑剂中二硫化钼和石蜡的质量比例优选为0.3～0.7∶1，所述表面活性剂中三乙醇胺和油酸的质量比例优选为0.8～1.2∶1，所述分散剂中氯化钠和碳酸钠的质量比例优选为2.2～3.5∶1，所述抗粘附添加剂中钼酸钠和磷酸三丁酯的质量比例优选为0.3～0.7∶1。

本发明要解决的第二个技术问题是将所述的渗浸剂应用于新型的渗浸砂轮的制备中，即提供一种渗浸砂轮的制备方法，该渗浸砂轮能够更好地改善磨削状态、降低磨削烧伤。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

将本发明所述的渗浸剂应用于制备渗浸砂轮中，所述渗浸砂轮按照如下方法制备：用一加热容器，将溶剂水的温度加热到85℃以上，然后将配方量的固体润滑剂、表面活性剂、分散剂、抗粘附添加剂加入其中，使之混合均匀，即得渗浸剂；将经过去污处理的砂轮放入渗浸罐中，抽真空到-0.4～0MPa，然后依靠渗浸罐中真空压力的作用将渗浸剂吸入渗浸罐中，使砂轮完全浸没在渗浸剂中，控制渗浸罐内温度在50～90℃，渗浸1～5min之后开始加压，使渗浸压力在0.1～0.5MPa，加压后渗浸为1～5min，使渗浸剂充分地渗入到砂轮气孔中，经渗浸后的砂轮从渗浸罐中取出烘干，即得所述的渗浸砂轮。

进一步，本发明优选渗浸罐内渗浸温度为60～80℃，渗浸压力优选为0.2～0.4MPa，加压前渗浸时间优选为2～4min，加压后渗浸时间优选为2～4min。

本发明所述的砂轮的去污处理指的是去除砂轮表面污渍，可采用常规操作。

本发明利用砂轮渗浸原理，将含有固体润滑剂、分散剂、抗粘附添加剂和表面活性剂等成分的渗浸剂渗入砂轮气孔中，使之固化，在砂轮孔隙形成一成润滑膜。在渗浸之后，对砂轮进行烘干处理，以促进润滑膜的生成。

本发明所述的渗浸，其设备采用的是真空压力渗浸装置(VPI)，该装置由三大部分组成：1、真空压力系统；2、渗浸系统；3、控制系统。

真空压力系统主要包括空压机一台，真空泵一台。

渗浸系统主要包括渗浸罐、储液罐。渗浸罐包含有2个观察窗，一个真空压力表，一个安全阀，一套加热装置以及保温装置。2个观察窗相对交错设计，目的是为了更好的看清楚渗浸罐里的渗浸状况；真空压力表是用来显示真空度和所加压力状态；安全阀是为了防止渗浸罐内部压力过高而发生爆炸；加热装置和保温装置是为了维持渗浸罐内部的温度，使渗浸液渗透的更为均匀。

储液罐包含一套油浴加热装置，目的是为了使渗浸载体以及化学添加剂熔化而混合均匀。

控制系统主要是使渗浸罐、储液罐内保持恒温恒压，并控制温度的恒定，温度的测量均采用热电偶传感器。

装置要求：要求要有良好的密封性，保温性及耐腐蚀性。具体要求如下：抽真空大约到一定真空度，如-0.1MPa，观察真空表，在5分钟内表针无明显变化；然后加压到一定压力值，如0.3MPa，观察压力表，在5分钟内表针无明显变化；继续加压，当压力高过一定值时安全阀开启，维持渗浸罐内压力恒定；设定温度为一定值，如70℃，加热装置开启，当传感器检测到温度超过70℃时，加热警告灯灭，保温警告亮，当温度低于70℃时，加热警告灯亮，保温警告灯灭。压力控制系统也一样，当压力超过设定值时，加压关闭，低于设定值时自动开启。

与现有技术相比，本发明通过对渗浸剂配方和渗浸工艺的控制，将砂轮在特定渗浸剂中进行渗浸处理，在砂轮孔隙形成一层润滑膜。在磨削过程中，润滑膜受磨削热作用后局部熔化，直接作用于磨削区，从而起到有效的冷却和润滑作用。可以有效地改善磨削条件，减小磨削力，降低磨削温度，抑制砂轮表面的金属粘附，延长砂轮寿命，避免零件磨削烧伤和裂纹，并减少干磨时的粉尘污染。总之，本发明所述的渗浸砂轮主要用于磨削加工，除了可以有效的解决磨削烧伤，还能使工件表面质量更为优良。

(四)附图说明

图1为本发明渗浸砂轮制备工艺过程；

图2为本发明渗浸砂轮制备装置，其中①为真空压力表；②为安全阀；③为空压机；④为真空泵；⑤为球阀；⑥为过滤网；⑦为观察窗；⑧为渗浸罐；⑨为储液罐；⑩为控制箱；

图4为本发明渗浸砂轮内部微观结构，其中a为气孔；b为磨粒；c为结合剂；d为固化膜；

图3为本发明所配制新型渗浸剂及砂轮渗浸模型原理；

图5为本发明渗浸砂轮孔隙内壁SEM照片；

图6为渗浸砂轮与常规砂轮磨削烧伤现象的对比；

(五)具体实施例

下面以渗浸砂轮与常规砂轮磨削性能的对比实验来对本方案做进一步的说明：

本发明实施例中渗浸砂轮按照如下方法制备：用一加热容器，将溶剂水加热到95℃左右，然后将固体润滑剂、表面活性剂、分散剂、抗粘附添加剂加入其中，使之混合均匀，既得渗浸剂；将经过去污处理的砂轮放入渗浸罐中，抽真空到-0.2～0MPa，然后依靠渗浸罐中真空压力的作用将渗浸剂吸入渗浸罐中，砂轮需完全浸没在渗浸剂中，控制渗浸罐内温度在50～75℃(T)左右，渗浸剂注入渗浸罐2～4min之后开始加压，压力在0.2～0.4MPa(P)，加压渗浸时间为2～4min(t)，使渗浸剂充分地渗入到砂轮气孔中，经渗浸后的砂轮从渗浸罐中取出烘干，即得所述的渗浸砂轮。

实施例1：渗浸砂轮的渗浸实验参数如表1所示：

表1渗浸实验参数

渗浸剂中各成分的质量百分比为：石蜡1％，二硫化钼0.2％，三乙醇胺0.7％，油酸1.4％，磷酸三丁酯0.45％，钼酸钠0.1％，氯化钠0.5％，碳酸钠0.1％，余量为水。

工件在MA6025型万能工具磨床上磨削，该机床砂轮转速2700rpm，工件转速170rpm，给予手动进给速度1.5mm/min，所测粗糙度、磨削比、材料去除率如表2所示：

表2粗糙度、磨削比、材料去除率对比

实施例2：渗浸砂轮的渗浸实验参数如表3所示：

表3渗浸实验参数

渗浸剂中各成分的百分比为：石蜡2.2％，二硫化钼2.2％，三乙醇胺3％，油酸2％，磷酸三丁酯1.25％，钼酸钠1.25％，氯化钠2％，碳酸钠1％，余量为水。

工件在MA6025型万能工具磨床上磨削，该机床砂轮转速2700rpm，工件转速170rpm，给予手动进给速度1.5mm/min，所测粗糙度、磨削比、材料去除率如表4所示：

表4粗糙度、磨削比、材料去除率对比

实施例3：渗浸砂轮优选的渗浸实验参数如表5所示：

表5渗浸实验参数

优选的渗浸剂中各成分的百分比为：石蜡1.8％，二硫化钼0.9％，三乙醇胺1.85％，油酸1.85％，磷酸三丁酯0.65％，钼酸钠0.3％，氯化钠1.2％，碳酸钠0.45％，余量为水。

工件在MA6025型万能工具磨床上磨削，该机床砂轮转速2700rpm，工件转速170rpm，给予手动进给速度1.5mm/min，所测粗糙度、磨削比、材料去除率如表6所示：

表6粗糙度、磨削比、材料去除率对比

工件表面烧伤：在相同的磨削条件下，渗浸砂轮对磨削状态改善较为明显，如图6所示。

从实验结果对比可以看出，渗浸砂轮不论是从工件表面粗糙度、砂轮使用寿命、工件表面烧伤，还是对材料的去除率上都优于普通砂轮。