本發(fā)明屬于砂輪，具體涉及一種單層超硬磨料砂輪及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、在對(duì)以鈦合金為代表的難加工材料的磨削中，這些難加工材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)致磨削產(chǎn)生的熱量難以通過(guò)工件和切屑傳導(dǎo)出去，熱量高度集中在磨削弧區(qū)。而且高溫下鈦合金極易與空氣中的氧、氮以及磨粒發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致砂輪表面黏附、擴(kuò)散磨損，加劇磨粒鈍化。
2、澆注式冷卻液難以有效穿透高速旋轉(zhuǎn)砂輪與工件形成的“氣障”進(jìn)入磨削弧區(qū)核心（即邊界層效應(yīng)），冷卻效率低下。大量使用冷卻液帶來(lái)成本、環(huán)保（處理廢液）和健康（油霧）問題。最小量潤(rùn)滑設(shè)計(jì)雖然減少了冷卻液用量，但其冷卻能力有限，尤其在重載或高效磨削時(shí)，對(duì)弧區(qū)高溫的抑制作用可能不足。傳統(tǒng)孔隙主要提供容屑空間和冷卻液通道，對(duì)熱量的直接吸收能力非常有限。
3、相變材料在相變過(guò)程中吸收或釋放大量潛熱而溫度幾乎不變的特性，被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備散熱、建筑節(jié)能、太陽(yáng)能儲(chǔ)熱等領(lǐng)域。石蠟作為有機(jī)pcm，具有相變潛熱大、化學(xué)穩(wěn)定性好、無(wú)毒性、成本低、相變溫度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)冷卻方式是被動(dòng)地帶走熱量，而將pcm集成到熱源附近進(jìn)行主動(dòng)吸熱，提供了一種更直接、更高效的降溫思路。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種單層超硬磨料砂輪及其制備方法，用于解決磨削弧區(qū)溫度過(guò)高、磨削黏附、工件燒傷的技術(shù)問題，提高砂輪的加工質(zhì)量與壽命。
2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種單層超硬磨料砂輪，包括基體和規(guī)則排布的磨粒，所述基體兩側(cè)外緣處開設(shè)一圈等距的通槽；
4、所述通槽內(nèi)固定嵌有石墨框，所述石墨框內(nèi)填充固態(tài)石蠟；
5、所述石墨框的弧形外表面與基體外緣面平齊，且該弧形表面設(shè)有規(guī)則排布的通孔；
6、所述基體外緣面未開設(shè)通槽的區(qū)域釬焊有第一磨粒層；
7、所述石墨框的弧形表面釬焊有第二磨粒層，且第二磨粒層的粒度小于第一磨粒層；
8、所述砂輪外緣面覆蓋高度低于磨粒的固態(tài)石蠟層。
9、優(yōu)選地，所述通槽截面為扇環(huán)狀，其底部至基體外緣面的垂直距離為2~5mm，圓周方向長(zhǎng)度為2~6mm。
10、優(yōu)選地，所述通孔的直徑為0.2~1.0mm，形狀為圓形或方形。
11、優(yōu)選地，所述第一磨粒層為35/40粒度金剛石或cbn磨粒，所述第二磨粒層為50/60粒度金剛石或cbn磨粒。
12、本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，一種單層超硬磨料砂輪的制備方法，包括以下步驟：
13、s1、基于熱流密度、石蠟熔點(diǎn)及基體強(qiáng)度約束，確定通槽底部至基體外緣面距離及圓周方向長(zhǎng)度；
14、s2、在基體兩側(cè)外緣加工通槽；將石墨框釬焊于通槽內(nèi)，并在其弧形表面加工通孔；
15、s3、在基體未開設(shè)通槽的外緣面布置釬料和第一磨粒層；在石墨框弧形表面布置釬料和第二磨粒層；
16、s4、將砂輪毛坯置于真空爐中釬焊；
17、s5、向石墨框內(nèi)注入液態(tài)石蠟并凝固；在砂輪外緣面覆蓋液態(tài)石蠟，凝固后刮除至高度低于磨粒。
18、優(yōu)選地，步驟s1中，以通槽底部至其正上方的基體外緣面距離最大、距基體外緣面正下方深度處溫度、圓周方向上通槽最小長(zhǎng)度作為目標(biāo)函數(shù)：
19、
20、
21、
22、其中，、、分別為砂輪的基體熱流密度、石墨框熱導(dǎo)率、石墨框熱擴(kuò)散率；、、、分別為砂輪磨削接觸弧長(zhǎng)、線速度、石蠟熔點(diǎn)、砂輪基體厚度；n、、、分別表示通孔個(gè)數(shù)、砂輪角速度、石蠟密度、液態(tài)石蠟運(yùn)動(dòng)黏度。
23、優(yōu)選地，步驟s2中，所述石墨框與通槽壁面緊密貼合，且通孔在弧形表面均勻排布。
24、優(yōu)選地，步驟s3中，所述第一磨粒層粒度大于第二磨粒層，且二者均為金剛石或cbn磨粒。
25、優(yōu)選地，步驟s4中，真空釬焊溫度為900~1050℃，保溫時(shí)間為5~10分鐘。
26、優(yōu)選地，步驟s5中，液態(tài)石蠟注入溫度為60~80℃，凝固后石蠟層高度低于磨粒0.1~0.3mm。
27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：
28、一種單層超硬磨料砂輪，將石蠟集成于磨削熱源最近處，通過(guò)固-液相變主動(dòng)吸收潛熱；石墨框通孔設(shè)計(jì)使熔融石蠟定向流出，直接帶走磨削區(qū)的熱量，從根源上解決鈦合金磨削黏附燒傷問題，降低工件表面溫度；第一磨粒層采用粗粒度磨粒承擔(dān)高效切削；第二磨粒層細(xì)粒度磨粒作為后備切削刃，當(dāng)主磨粒磨損后自動(dòng)參與磨削。雙粒度梯度設(shè)計(jì)使砂輪有效壽命延長(zhǎng)2倍以上，提升加工碳化硅陶瓷時(shí)磨削比；石墨框與基體完全平齊，且通槽等距分布，砂輪在高速回轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)平衡等級(jí)達(dá)g1.0級(jí)，降低振動(dòng)幅度，外覆石蠟層同時(shí)充當(dāng)減振介質(zhì)，減少磨削力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)航空航天精密零件的亞微米級(jí)表面完整性加工。
29、進(jìn)一步的，通槽垂直距離2~5mm，長(zhǎng)度2~6mm，深度≥2mm確保石蠟充分接觸熱源；深度≤5mm避免基體強(qiáng)度劣化，短通槽減少基體削弱，長(zhǎng)通槽增大石蠟容量，適配不同工況。
30、進(jìn)一步的，小孔精確調(diào)控石蠟流出速率，大孔滿足重載磨削高流量需求，孔徑下限0.2mm避免磨屑堵塞。
31、進(jìn)一步的，粗粒承擔(dān)主切削，細(xì)粒在粗粒磨損后參與磨削，工具壽命提升2倍；細(xì)粒二次修整工件表面，粗糙度ra降低至0.08μm。
32、一種單層超硬磨料砂輪的制備方法，通槽參數(shù)經(jīng)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化，確保散熱路徑與機(jī)械強(qiáng)度平衡：提升槽深設(shè)計(jì)使基體抗離心強(qiáng)度，同時(shí)熱傳導(dǎo)至石蠟的延遲＜0.1秒。真空釬焊實(shí)現(xiàn)石墨框-基體-磨粒冶金結(jié)合，界面孔隙率＜0.5%，杜絕磨粒脫落導(dǎo)致的加工振紋；同步釬焊主磨粒與后備磨粒，一次成型工藝控制兩磨粒層高度差，避免傳統(tǒng)分步加工導(dǎo)致的應(yīng)力集中。實(shí)測(cè)表明，當(dāng)主磨粒磨損30%時(shí)，后備磨粒自動(dòng)參與切削，延長(zhǎng)砂輪有效壽命，石蠟填充工藝形成雙層吸熱結(jié)構(gòu)：通過(guò)通孔定向流出，直接吸收弧區(qū)核心熱量；相變后覆蓋工件表面，減少磨粒-工件直接摩擦。雙級(jí)作用使磨削弧區(qū)溫度峰值下降200-300℃，鈦合金工件燒傷率從傳統(tǒng)工藝的22%降至0.3%。
33、進(jìn)一步的，石墨框裝配貼合度>98%，熱量傳遞至石蠟的延遲<0.1秒，消除高速回轉(zhuǎn)微振動(dòng)導(dǎo)致的石墨框松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。
34、進(jìn)一步的，同步釬焊雙粒度磨粒層，一次釬焊使兩磨粒層結(jié)合強(qiáng)度一致，避免二次加工，提升生產(chǎn)效率。
35、進(jìn)一步的，900℃下限溫度保障釬料完全熔化，釬焊溫度的短時(shí)保溫控制基體熱變形量<0.01mm。
36、進(jìn)一步的，60℃注入避免石蠟局部碳化，高度差確保磨粒有效切削。
37、綜上所述，本發(fā)明制成的單層超硬磨料砂輪能減少磨削黏附和燒傷，磨削性能大幅提升，極大的提高了砂輪的加工效率和使用壽命。
38、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
1.一種單層超硬磨料砂輪，包括基體（1）和規(guī)則排布的磨粒（2），其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料砂輪，其特征在于，所述通槽（3）截面為扇環(huán)狀，其底部至基體（1）外緣面的垂直距離為2~5mm，圓周方向長(zhǎng)度為2~6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料砂輪，其特征在于，所述通孔（5）的直徑為0.2~1.0mm，形狀為圓形或方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層超硬磨料砂輪，其特征在于，所述第一磨粒層為35/40粒度金剛石或cbn磨粒，所述第二磨粒層為50/60粒度金剛石或cbn磨粒。
5.一種制備權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述單層超硬磨料砂輪的方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層超硬磨料砂輪的制備方法，其特征在于，步驟s1中，以通槽底部至其正上方的基體外緣面距離最大、距基體外緣面正下方深度處溫度、圓周方向上通槽最小長(zhǎng)度作為目標(biāo)函數(shù)：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層超硬磨料砂輪的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述石墨框與通槽壁面緊密貼合，且通孔在弧形表面均勻排布。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層超硬磨料砂輪的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述第一磨粒層粒度大于第二磨粒層，且二者均為金剛石或cbn磨粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層超硬磨料砂輪的制備方法，其特征在于，步驟s4中，真空釬焊溫度為900~1050℃，保溫時(shí)間為5~10分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單層超硬磨料砂輪的制備方法，其特征在于，步驟s5中，液態(tài)石蠟注入溫度為60~80℃，凝固后石蠟層高度低于磨粒0.1~0.3mm。