叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮及其生产方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN102198641A
(43)申请公布日2011.09.28

(21)申请号CN201110122315.X

(22)申请日2011.05.12

(71)申请人沈阳理工大学
地址110159辽宁省沈阳市浑南新区南屏中路6号

(72)发明人吕玉山王军赵成义

(74)专利代理机构沈阳利泰专利商标代理有限公司

代理人李枢

(51)Int.CI
B24D7/00
B24D18/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮及
其生产方法

(57)摘要
本发明的叶序排布磨料端面超硬磨
料砂轮，包括砂轮基体，砂轮基体的工作
表面具有符合生物学叶序理论的多个磨粒
或磨粒族，多个磨粒或磨粒族通过金属结
合剂固定在砂轮基体上，多个磨粒或磨粒
族按生物学的叶序理论形成多条逆时针叶
列线沟槽，和多条顺时针叶列线沟槽。本
发明可确保砂轮工作表面磨粒或磨粒族排

布符合叶序理论的H.Vogel模型，实现砂
轮工作表面的地貌形态可控性。磨料的固
结使用镍或镍钴合金作为结合剂固结。该
砂轮能够控制磨削区域内磨粒切削状态、
冷却液的分布和磨削温度分布，达到最小
的磨削力与比能耗、最小的磨削温度与烧
伤，最小的砂轮磨损和最佳的工件表面完
整性等，提高了超硬磨料砂轮端面磨削的
综合磨削性能。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮，包括砂轮基体，其特征在于所述的砂轮基体的
工作表面具有符合生物学叶序理论的多个磨粒或磨粒族，多个磨粒或磨粒族通过金
属结合剂固定在砂轮基体上，多个磨粒或磨粒族按生物学的叶序理论形成多条逆时
针叶列线沟槽，和多条顺时针叶列线沟槽。

2.根据权利要求1所述的叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮，其特征在于所述的磨料
是金刚石磨料或立方氮化硼磨料，磨粒与砂轮基体的粘结剂是电镀金属结合剂。

3.根据权利要求1所述的叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮，其特征在于用来制造磨
粒或磨粒族叶序排布端面磨削的磨料砂轮的掩膜图案呈叶序理论排布，即服从生物

学的叶序理论H.Vogel模型。

4.叶序排布磨料端面超硬磨料砂轮的生产方法，其特征包括以下工艺过程：

首先，设计并制造出砂轮基体，砂轮基体的材料是碳钢，砂轮基体的硬度在

HRC40以上，直径可根据使用要求确定；然后，更根据砂轮表面所设计的叶序排
布磨料（粗粒度磨料以磨粒点排布，细粒度磨料以多磨粒形成的族作为排布点）图
案制造出光刻掩膜版；在后，将砂轮基体涂覆紫外光光刻胶，并在紫外光下利用模
版进行掩膜光刻和固化；最后，采用电镀超硬磨料砂轮的电镀工艺进行预电镀基体、
置砂、加厚电镀和前后处理工艺得到叶序排布磨粒或磨粒族端面磨削用超硬磨料砂
轮。

说明书

技术领域

本发明属于高效精密磨削加工领域，是一种新型的超硬磨料磨具的设计与制造方法。
该砂轮的特点是把生物学中的叶序理论应用到磨削加工中的砂轮设计及制造领域中，

使端面磨削用超硬磨料砂轮表面形貌满足葵花籽粒分布排列的H.Vogel模型。主要
应用于磨削加工光学零件、半导体晶片、陶瓷零件和难加工金属材料零件等的制造
领域过程中，能够获得较高的表面完整性，减低磨削热损伤、磨削力和比能耗，提
高砂轮的使用寿命和磨削效率，对高效精密磨削精密零件有着重要的意义。

背景技术

磨削加工是机械制造中重要的加工工艺。随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求
不断提高，难加工金属材料、工程陶瓷材料、光学晶体材料和半导体材料的应用增
多，给磨削加工提出了许多新挑战，在这种情况下超硬磨料磨具得到了广泛的发展
和应用。根据磨削原理可知，影响磨削加工过程的因素很多，例如磨粒粒度、有效
磨粒数、切削厚度、切削宽度和接触弧长等因素。在众多的影响因素中，砂轮表面
磨粒的分布情况对加工精度的影响最大。目前超硬磨料砂轮表面的磨料分布是一种
随机分布，而且是不可控的。随机分布带来无效磨削刃和磨削比能耗增大，砂轮阻
塞和磨削表面损伤大问题，因此，如何实现砂轮表面工程化可控是领域的技术关键
所在。

近年来，磨粒有序化排布和开槽砂轮的研究表明，特定的砂轮的地貌特征和砂轮的
结构在提高砂轮的磨削性能方面有显著效果，但在砂轮表面设计参数的合理化选择
问题上缺少理论依据。如果参数选择不当，就会引起磨削的不稳定性和磨削效率低
下。因此本发明基于生物学的进化结果而得到的叶序排布理论，来设计制造实现砂
轮工作表面磨料的排布，实现砂轮表面磨料分布的可控性，解决上面所述的磨削中
问题。实现端面磨削用超硬磨料砂轮的高效精密磨削。

发明内容

本发明的目的是为解决上述磨削中的问