專利名稱：釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于船體焊縫、焊疤及表面氧化皮打磨領域，涉及一種釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布新工藝，適用于大型船體表面除銹、去疤、除飛濺。此外，本發明還可應用于打磨多晶硅、玻璃等非金屬材料以及大理石、花崗巖等石材類材料。
背景技術：
造船業是為水上交通、海洋開發和國防建設等行業提供技術裝備的現代綜合性產業，也是勞動、資金、技術密集型產業，我國勞動力資源豐富，擁有適宜造船的漫長海岸線，發展船舶工業具有較強的比較優勢。同時，我國對外貿易的迅速增長，也為船舶工業提供了較好的發展機遇，我國船舶工業有望成為最具國際競爭力的產業之一。2008年難以預料的風險接踵而來，美國金融危機迅速波及全球，受美國金融危機影響我國船舶業面臨著金融風暴嚴峻的冬天。此外，油價的持續高位運行以及鋼鐵等原材·料價格的上漲則構成了行業運營的主要壓力。國際產業轉移的趨勢已經把造船業的巨大機遇展現在中國企業的面前，但在激烈的市場競爭環境，如何規避各種風險，把握機遇，是與企業發展命運攸關的問題。在船舶制造流程中，其中非常關鍵的一項工作便是將整只船體的焊接表面清理平整、干凈。由于整只船體主要是由高強度結構鋼經過特殊焊接在一起，焊接過程反應劇烈，會產生各種形狀的焊縫、單個的焊點、焊疤以及在焊接過程中飛濺出來的焊劑與熔點金屬形成的大量飛濺點，因此焊縫多、焊縫長、焊點密外形復雜且難以打磨成為船體制造的一個難點。目前常規的方法是打磨工用安裝了樹脂砂輪片的手動砂輪機進行手動打磨。但由于樹脂砂輪片是利用樹脂固化的原理將碳化硅等超硬磨料固結成盤狀制作而成，其結合強度底，因此在打磨過程中，會出現，打磨盤易消耗，火花大，氣味大，粉塵大等缺點。這是由于樹脂砂輪片在打磨過程中遇到高強度的焊縫受到過大沖擊，導致磨料邊磨削邊脫落，并由于磨料出露高度低，磨削表面溫度高，導致樹脂變軟、燒熔揮發，散發出有毒、刺激氣味。此外，由于磨料出露低導致打磨盤鋒利度不理想，打磨效率較慢，使得船體的打磨工作量占船舶整體制造工作量的三分之一左右。由于存在以上的缺點，再加上船舶制造業對成本控制的要求，需要開發一種新型打磨盤來取代傳統打磨盤，以達到磨削效率高、壽命長、無污染等目的。超硬磨料的固結技術目前有電鍍、燒結、釬焊等三種主要結合方式。通過對以上三種結合方式進行對比發現，燒結技術與電鍍技術磨料出露高度底，胎體對磨料把持強度低，鋒利度不理想，排屑效果差，已證明難以勝任打磨高強度焊縫的要求。而釬焊技術是利用焊料熔化將超硬磨料與基體焊接在一起，焊料與磨料之前發生了化學冶金結合，磨料焊接強度高，因此磨料出露高，磨削鋒利，是較為理想的一種制作打磨焊縫的技術。相比其它超硬磨料，金剛石為目前最硬的物質；研磨性好；比熱小而導熱率大，因此易升溫也容易散熱，而且金剛石是打磨金屬較為理想的材料。相比于傳統樹脂砂輪片，釬焊金剛石工具由于在使用過程中基本不會出現磨料脫落現象，而且無樹脂熔化揮發，因在使用過程安全，無刺激性氣味產生，更具有綠色環保的特點。這與目前低碳、環保的發展理念是一致的。目前，利用釬焊技術，將超硬磨料焊接在鋼基體上制備釬焊超硬磨料工具已有部分應用于實際生產中，比如高鐵博格板磨輪，釬焊金剛石鉆頭等。但對于專業打磨船體焊縫的金剛石工具目前尚未有相關報道與專利出現。現有的釬焊金剛石打磨工具種類少，且多用于打磨石材，工具的制作工藝，基體外形、以及打磨設備均有較大不同，無法應用于船體打磨上。而且目前常規的釬焊磨盤多為在磨盤基體表面無序排布一定數量的金剛石，然后經過高溫釬焊制作而成。其磨盤表面磨料排布由于工藝限制，難以做到均勻排布，而且未有根據磨盤的實際形貌進行地貌優化，即浪費了磨料用量，又制約了磨盤的磨削效率與壽命，造成了釬焊磨盤目前仍然未在鋼鐵打磨領域得到革命性地應用。磨料排布技術在燒結、釬焊、電鍍產品中已有部分應用，實際應用于生產的技術有孔模板法、真空吸附法以及簇狀排布法。其中以我國臺灣的中國砂輪公司宋健民博士(U. S. Patent6039641)為代表發明的孔模板法是利用特殊材料制成的孔模板來有序分布磨 料，其原理是在基板上開有序列小孔，每孔容納一顆金剛石，然后利用相關工藝將序列排布的磨料粘附于基體表面。此方法多用于制備燒結金剛石工具中，如鋸片刀頭，目前只能用于平面以及少量簡單幾何外形。以成都中豪超硬材料有限公司(200820061656. 4)為代表發明的真空吸附法是利用抽真空的原理讓一帶有小孔的模板具有吸附力吸附金剛石，然后置于基體表面，此種方式與孔模板法類似，只能制備一些較為簡單的幾何面，而且上述兩種方法目前尚未做到按照工件使用性能來有序分布磨料。第三種簇狀排布法指利用一定幾何外形的模板，使金剛石磨料分布于此模板的空隙內，布好后撒去模板即可。此種方式多見于電鍍金剛石產品中，由于模板制作較為簡單，在電鍍產品中應用廣泛，但此種方法僅能做到宏觀形狀有序，而每個空隙中的金剛石磨料排布仍然是無序的，無法做到有序排布，難以有效發揮金剛石磨料的優勢。

發明內容
針對以上問題，本發明提供了一種釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝。其主要原理是根據船體打磨的具體要求，以打磨用手動砂輪機為配套，結合釬焊超硬磨料工具的釬焊工藝優化計算磨料在打磨盤表面的排布。通過以上參數的優化設計，得出最適于船體打磨的釬焊超硬磨料打磨盤磨料排布以及匹配的磨料選擇。本發明的技術方案如下
一種釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，包括打磨盤外端邊緣布料、打磨盤斜面布料以及打磨盤頂端平面布料，其特征在于
所述的打磨盤外端邊緣布料的磨料粒度為16 80目，相鄰兩顆磨粒的橫向間距為I. 6d 4. 5d，相鄰兩顆磨粒的縱向間距I. 5cT5. 5d，其中d為磨料的最大粒徑；
所述的打磨盤斜面布料的磨料粒度為25 100目，沿磨盤徑向相鄰相顆磨粒間距范圍
I.5d 4d，沿徑向分布的兩列磨粒的間距范圍I. 5d 6d ;
所述的打磨盤頂端平面布料的磨料為簇狀磨料，單個簇狀磨料由I 115顆磨粒密排，磨粒的粒度為35 140目，簇狀面積范圍3mm2 15_2。所述的打磨盤外徑范圍在60mm 250mm,基體厚度O. Imm 5mm。
所述打磨盤外端邊緣的磨粒為高品級的鉆切用磨料，相鄰兩顆磨粒橫向間距為
2.5d，相鄰兩顆磨粒縱向間距3d，磨粒的粒度為30目 40目。打磨盤斜面布料的磨料為高品級的磨削用磨料，磨料的粒度為35目 50目。所述打磨盤頂端平面簇狀磨料的幾何外形是圓形、三角形、矩形或正多邊形。所述打磨盤上端平面排布的每一條簇狀磨料形成的軌跡是直線、圓弧、漸開線或拋物線軌跡，兩鄰兩條軌跡線之間的間距范圍3mnT25mm。所述打磨盤頂端平面排布的磨料為中等品級的磨削用磨料，磨料的粒度為50目 80目。通過以上的創造性發明設計，得出最佳的磨料地貌優化效果，并可以利用釬焊超硬工具技術，通過磨料磨料排布方法，將磨料焊接于所設計的新型磨盤基體上，便可制備出·應用于船體打磨的新型打磨盤。本發明所設計的地貌優化創造性地將平面單顆磨料有序排布方式與簇狀磨料排布相結合，解決了傳統磨頭排布方法難以根據工況、使用參數進行地貌優化的難題，并實現了區域磨料有序分布。此外，本發明中所用磨料可以做到根據使用要求分別布料，使磨料的使用更為合理，更具有經濟性。本發明打磨盤具有打磨效率高，手感輕，震動小，無氣味，壽命長，外形美觀等特點，較為完美地替代了傳統的樹脂砂輪片，是船舶制造業中船體打磨盤發展的方向，并且亦能較好地適用于陶瓷、石材、多晶硅等其它非金屬領域，具有很大的市場潛力。


圖I釬焊船體打磨盤基體結構；
圖2釬焊船體打磨盤外端邊緣磨料地貌優化；
圖3磨粒最小單元的間距；
圖4釬焊船體打磨盤表面磨料地貌優化；
圖5外徑100釬焊金剛石打磨盤布料方案；
圖6外徑125釬焊金剛石多功能打磨盤布料方案。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明作詳細說明
船體打磨盤是安裝于手動砂輪機上，其外形為圓盤形，中心有孔，通過此孔定位于砂輪上固定。圓盤頂面布有一定排布的磨料，通過焊料釬焊固定。底部為一凹面，用于排屑以及定位于砂輪機上。打磨盤基體外形如圖I所示。打磨盤基體為圓盤形，圓盤頂端不是一個平面，在其邊緣有一個斜面，寬度約5mm左右。磨盤基體頂端平面的寬度根據磨盤整體外徑確定，平面寬度應占磨盤半徑的1/3 1/2之間。磨盤基體外端倒圓角。圓角大小與基體厚度匹配。本發明所適用的打磨盤尺寸范圍為外徑60mm 250mm,基體厚度O. Imm 5. 0mm。( I)磨盤外端磨料排布地貌優化
打磨盤在使用過程中，打磨盤外端邊高速轉動邊向前推進，因此在打磨盤最外端受力最大，則要求磨料釬焊強度更高，所承擔負載更大，而且磨盤外端的運動可以看作一邊切割一邊磨削的運動，因此，為了減小外端負載，磨盤外端磨料的密度應在保證排屑空間的情況下盡可能的多，因此磨盤外端布料可以做到密排有序，如圖2所示。
根據負載與磨盤運動軌跡分析，此處磨料選用大粒度、高品級的鉆切用磨料。磨料粒度范圍16目 80目，通過試驗優化選用30目 40目粒度。磨粒密排參數設計如下在磨粒排布時，可將相近四顆磨粒看做一個單元，如圖3所示，對角線LI，L2可以看到磨粒的橫向間距與縱向間距。設磨料的最大粒徑為d，則相鄰兩顆磨粒橫向間距為I. 6d 4. 5d,優化選用2. 5d,縱向間距I. 5cT5. 5d，優化選用3d。( 2)打磨盤斜面磨料排布地貌優化
磨盤斜面上由于承受負載較外端邊緣較小，但仍然需要起來磨削、排屑的作用，對此斜面的要求是磨削效率高，磨削壽命長，散熱效果佳，排屑效果好。由于磨盤高速回轉，為保證振動最小且磨削效率最高，則在回轉方向上同一時刻參與磨削的磨粒數量一致可以保證磨削的平穩性。為了實現上述要求，采用有序排布磨料的方法，磨粒總體沿磨盤徑向排布，沿磨盤徑向相鄰相顆磨粒間距范圍I. 5d 4d，沿徑向分布的兩列磨粒的間距范圍I. 5d 6d0 根據負載與磨盤運動軌跡分析,此處磨料選用中等粒度、高品級的磨削用磨料。磨料粒度范圍25目 100目，通過試驗優化選用35目 50目粒度。(3)打磨盤頂端平面磨料排布地貌優化
頂端平面地貌優化原理是根據船體打磨要求以及打磨的焊縫外形、砂輪機轉速等工作條件進行創造性地地貌優化所得出的最佳結果。由于在船體打磨盤的運動實際上是切削、磨削合二為一的運動，所打磨的表面仍然會有一定精度的要求，因此在磨盤外端與斜面進行切磨后，平面的作用是排屑、進一步磨削、拋光打磨表面，因此為了提高打磨精度以及排屑效果，打磨盤頂端磨料排布情況如圖3所示。頂端平面處按照渦輪狀排布簇狀磨料，其它部位不排布磨料。單個簇狀的幾何外形可以是圓形，三角形，矩形，正多邊形等形狀以及其它復雜幾何外形。單個簇狀磨料密排，磨粒數目范圍I 115顆,簇狀面積范圍3mm2 15mm2。每一條簇狀磨料形成的軌跡L3可以是直線，圓弧，漸開線，拋物線等軌跡。兩鄰兩條軌跡線之間的間距范圍3mnT25mm。根據負載與磨盤運動軌跡分析,此處磨料選用中等品級、粒度較細的磨削用磨料。磨料粒度范圍35目 140目，通過試驗優化選用50目 80目粒度。本發明涉及的磨料的品級分類與JB/GQ*F6010_86相同(人造金剛石、立方氮化硼產品質量分等標準)
實施例一
一種新型船體焊縫打磨盤其磨料有序排布方案設計如下
以外徑IOOmm的釬焊金剛石船體打磨盤為例，如圖5所示，其有序排布方案為
①磨盤外端邊緣選用金剛石磨料，粒度30 35目，相鄰兩顆磨粒橫向間距為I. 2mm,縱向間距I. 5mm。②磨盤上端斜面選用金剛石磨料，粒度35 40目，沿徑向兩顆磨粒橫向間距為I. 0mm，沿徑向分布的兩列磨粒間距I. 8mm。③磨盤上端平面磨料按圓形簇狀排布，簇狀直徑3mm，每個簇狀區排布50 60目金剛石10 15顆,軌跡線為半徑115的圓弧,均排17條
此方法生產的釬焊金剛石船體打磨盤，具有打磨效率高，手感輕，震動小，無氣味，壽命長，外形美觀等特點，并且根據實際情況選擇不同品級的磨料，優化了成本，更具有經濟性，較為完美地替代了傳統的樹脂砂輪片，是船舶制造業中船體打磨盤發展的方向，并且亦能較好地適用于陶瓷、石材、多晶硅等其它非金屬領域，具有很大的市場潛力。實施例二
一種即能適用于鋼鐵類打磨，又能適用于石材、多晶硅等非金屬打磨的磨盤磨料排布方案設計如下
以外徑125mm的釬焊金剛石打磨盤為例，如圖6所示，其有序排布方案為
①磨盤外端邊緣選用金剛石磨料，粒度35 40目，相鄰兩顆磨粒橫向間距為I. 5mm,縱向間距I. 5mm。②磨盤上端斜面選用金剛石磨料，粒度45 50目，沿徑向兩顆磨粒橫向間距為I. 5mm,沿徑向分布的兩列磨粒間距2. 0mm。·③磨盤上端平面磨料按正三角形簇狀排布，簇狀面積4. 5mm2,每個簇狀區排布60 70目金剛石20 25顆，軌跡線為直線，沿磨盤中心環形均布30條。此方法生產的多功能釬焊金剛石船體打磨盤，不僅可以適用于鋼鐵等金屬打磨，而且亦能較好地適用于陶瓷、石材、多晶硅等其它非金屬領域，具有很大的市場潛力。
權利要求
1.一種釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，包括打磨盤外端邊緣布料、打磨盤斜面布料以及打磨盤頂端平面布料，其特征在于 所述的打磨盤外端邊緣布料的磨料粒度為16 80目，相鄰兩顆磨粒的橫向間距為I. 6d 4. 5d，相鄰兩顆磨粒的縱向間距I. 5cT5. 5d，其中d為磨料的最大粒徑； 所述的打磨盤斜面布料的磨料粒度為25 100目，沿磨盤徑向相鄰相顆磨粒間距范圍I.5d 4d，沿徑向分布的兩列磨粒的間距范圍I. 5d 6d ; 所述的打磨盤頂端平面布料的磨料為簇狀磨料，單個簇狀磨料由I 115顆磨粒密排，磨粒的粒度為35 140目，簇狀面積范圍3_2 15_2。
2.根據權利要求I所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于所述的打磨盤外徑范圍在60mm 250mm,基體厚度O. Imm 5mm。
3.根據權利要求I所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于所述打磨盤外端邊緣的磨粒為高品級的鉆切用磨料，相鄰兩顆磨粒橫向間距為2. 5d，相鄰兩顆磨粒縱向間距3d，磨粒的粒度為30目 40目。
4.根據權利要求I所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于打磨盤斜面布料的磨料為高品級的磨削用磨料，磨料的粒度為35目 50目。
5.根據權利要求I所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于所述打磨盤頂端平面簇狀磨料的幾何外形是圓形、三角形、矩形或正多邊形。
6.根據權利要求5所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于所述打磨盤上端平面排布的每一條簇狀磨料形成的軌跡是直線、圓弧、漸開線或拋物線軌跡，兩鄰兩條軌跡線之間的間距范圍3mnT25mm。
7.根據權利要求I所述的釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，其特征在于所述打磨盤頂端平面排布的磨料為中等品級的磨削用磨料，磨料的粒度為50目 80目。
全文摘要
本發明公開了一種釬焊超硬磨料船體打磨盤磨料排布工藝，包括打磨盤外端邊緣布料、打磨盤斜面布料以及打磨盤頂端平面布料，所述的打磨盤外端邊緣布料的磨料粒度為16～80目，相鄰兩顆磨粒的橫向間距為1.6d～4.5d，相鄰兩顆磨粒的縱向間距1.5d~5.5d，其中d為磨料的最大粒徑；所述的打磨盤斜面布料的磨料粒度為25～100目，沿磨盤徑向相鄰相顆磨粒間距范圍1.5d～4d，沿徑向分布的兩列磨粒的間距范圍1.5d～6d；所述的打磨盤頂端平面布料的磨料為簇狀磨料，單個簇狀磨料由1～115顆磨粒密排，磨粒的粒度為35～140目，簇狀面積范圍3mm2～15mm2。本發明打磨盤具有打磨效率高，手感輕，震動小，無氣味，壽命長，外形美觀等特點，較為完美地替代了傳統的樹脂砂輪片，是船舶制造業中船體打磨盤發展的方向。
文檔編號B24D18/00GK102896590SQ20121035387
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者肖冰, 王波, 段端志, 張子煜 申請人:南京航空航天大學