核壳结构的柔性复合磨料及其在力流变抛光中的应用-k8凯发

本发明属于精密与超精密加工，具体涉及核壳结构的柔性复合磨料及其在力流变抛光中的应用。

背景技术：

1、随着技术的快速发展，高新产业对于用于精密制造业的硬脆材料的表面质量提出了越来越高的要求。超精密抛光作为一种降低材料表面粗糙度，获得表面平坦化的加工技术被广泛用于材料表面末端精加工工序，以获得高精度的材料表面。抛光硬脆材料的方法一般有化学机械抛光、磁流变抛光和力流变抛光等，在流场抛光中，流变效应抛光方法通过形成“柔性工具”对工件表面进行材料去除，加工精度高，加工后的表面质量较好，但是磨粒的冲击作用不可避免的会对工件表面造成一些损伤。而柔性复合磨料可以很好的解决这个问题，可以提高效率，减少表面和亚表面损伤，但是复合磨料一般采用化学方式制备，如化学沉淀法，静电自组装法、物理化学法和表面接枝聚合法，上述制备方法的过程操作复杂并伴有污染，并且大多药品具有毒性和致癌性并且储存条件比较苛刻，所以存在一定的危险。

2、中国专利文献cn 110861236 a公开了一种精密弹性磨料微粒的生产方法，其将磨粒和热塑性弹性体混合后造丝，再切粒获得精密弹性磨料微粒。采用这种弹性磨粒微粒进行抛光加工时，弹性体内部的磨粒不会参与微切削，只有弹性体表面的磨粒对工件有切削作用，造成浪费，同时也造成制造成本过高，不利于产业化推广。同时，弹性体内部混入硬质磨料后，弹性体原有的力学性能被改变，且具有不不可控性，极大增加了后续工艺的复杂程度。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提出了核壳结构的柔性复合磨料。本发明的柔性复合磨料由弹性核体和包覆于弹性核体表面的壳层组成，弹性核体中不具有磨粒，磨粒只存在于壳层中，有效降低制造成本，且特定的核壳结构，弹性核体中具有磁粉，使得复合磨粒具有微磁性，在抛光后可以利用强磁强进行回收，实现重复利用，降低使用成本；此外，特定的制备工艺决定其可以在壳层出现损坏后，可以进行增材修复，进一步降低使用成本。对应的，本发明还提供了使用本发明柔性复合磨料制备的力流变抛光液，以及采用该力流变抛光液实现的力流变抛光方法。

2、对于柔性复合磨料，本发明提供了如下技术方案：

3、核壳结构的柔性复合磨料，包括弹性核体和包覆于弹性核体表面的壳层；所述柔性复合磨料的制备方法包括弹性核体制备工序和弹性核体表面覆壳工序；

4、所述弹性核体制备工序包括如下步骤：

5、a、按重量份计取热塑性弹性体粒料100份，磁粉3-5份，相容剂0.5-2份，搅拌均匀获得物料a；

6、b、将物料a使用螺杆挤出机挤出制得细丝；

7、c、将步骤b制得的单丝用切粒机切成微粒，即制得弹性核体，备用；

8、所述弹性核体表面覆壳工序包括如下步骤：

9、d、取磨粒放入反应釜中，加热至所述热塑性弹性体的硬段软化点t以上，并保持温度；

10、e、在搅拌状态下，加入弹性核体，持续搅拌直至磨粒粘附于弹性核体表面形成壳层，停止加热，待温度冷却至t以下，停止搅拌，制得混合料；

11、f、用网筛筛除没有粘附于弹性核体表面的多余磨粒，获得核壳结构的柔性复合磨料。

12、与现有技术相比，本发明的柔性复合磨料由弹性核体和壳层组成，并采用特定的工艺方法制得，弹性核体中没有磨粒，磨粒只存在于壳层中，有效降低了制造成本，且弹性核体中含有适量磁粉，可以在抛光加工后，施加强磁场从抛光液中回收柔性复合磨粒，实现重复利用，降低使用成本；此外，特定的制造工艺使得壳层被破坏后可以修复，进一步降低使用成本。

13、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，所述步骤e中，所使用的弹性核体预先经过发泡处理。弹性核体经发泡处理后，弹性核体内部生成微小的孔隙，可以在冲击工件时，增大缓冲力，使工件受到更小的损伤，并且弹性得到提高，柔性复合磨料与工件的接触面积会变大，达到更好的抛光效果。

14、进一步，所述弹性核体的发泡方法如下：将步骤c制得的弹性核体置于高压反应釜中，通入co2，使co2处于超临界状态进行保压渗透，渗透后泄压，然后加热发泡。使用co2实现超临界流体发泡，工艺易于实施，有利于工业化生产。

15、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，所述步骤e中，加入弹性核体的量，以体积计，相当于磨粒的40-60％。加入弹性核体的量过多容易导致弹性核体与弹性核体相互粘结，实施本发明时，以加入弹性核体的总体积相当于磨粒总体积的40-60％为宜。

16、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，所述磁粉的粒径在500目以上。磁粉粒径越大，越不容易成丝，采用500目以上的磁粉，造过程中不易发生断丝，有利于产业实施。

17、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，所述相容剂优选为马来酸酐接枝相容剂。

18、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，步骤b中，制得的细丝直径为0.3-1mm；步骤c中，切粒的长度与细丝的直径相同。

19、作为优化，前述的核壳结构的柔性复合磨料中，在弹性核体表面覆壳工序，采用水浴或油浴进行加热。采用水浴或油浴加工，有利于制备过程中控制物料温度稳定，避免加热过度。

20、对于力流变抛光液，本申请的技术方案如下：

21、力流变抛光液，包括力流变基液和磨料；所述磨料为前述本发明的核壳结构的柔性复合磨料。

22、与现有技术相比，本发明的力流变抛光液中，磨粒为前述制得的柔性复合磨料，具有一定的弹性，且尺寸较常规磨粒大，从而可以持续对材料表面的微凸峰进行去除，而不会进入微凸峰之间对谷底进行材料去除，有效提高抛光效率，且由于复合磨粒具有弹性，会降低磨料对工件表面造成的损伤，可以获得高精度表面。此外，本发明的力流变抛光液中，复合磨粒的弹性核体带有微磁性，可以将其稀释后，施加强磁场进行回收，用于配置新的力流变抛光液，实现重复利用，降低抛光耗材的成本。

23、对于抛光方法，本发明的技术方案如下：

24、力流变高效抛光方法，该方法中，采用前述本发明的力流变抛光液对工件进行抛光加工；加工时，工件与抛光液之间具有相对运动，使抛光液产生剪切增稠效应，增强对柔性复合磨料的把持能力，形成柔性磨具，对工件表面进行材料去除。

25、与现有技术相比，本发明的力流变抛光方法采用复合磨料，可以有效提高抛光效率。同时，可以有效降低耗材成本。

技术特征：

1.核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：包括弹性核体和包覆于弹性核体表面的壳层；所述柔性复合磨料的制备方法包括弹性核体制备工序和弹性核体表面覆壳工序；

2.根据权利要求1所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：所述步骤e中，所使用的弹性核体预先经过发泡处理。

3.根据权利要求2所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：所述弹性核体的发泡方法如下：将步骤c制得的弹性核体置于高压反应釜中，通入co2，使co2处于超临界状态进行保压渗透，渗透后泄压，然后加热发泡。

4.根据权利要求1或2所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：所述步骤e中，加入弹性核体的量，以体积计，相当于磨粒的40-60％。

5.根据权利要求1所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：所述磁粉的粒径在500目以上。

6.根据权利要求1所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。

7.根据权利要求1所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：步骤b中，制得的细丝直径为0.3-1mm；步骤c中，切粒的长度与细丝的直径相同。

8.根据权利要求1所述的核壳结构的柔性复合磨料，其特征在于：在弹性核体表面覆壳工序，采用水浴或油浴进行加热。

9.力流变抛光液，包括力流变基液和磨料；其特征在于：所述磨料为权利要求1的核壳结构的柔性复合磨料。

10.力流变高效抛光方法，其特征在于：该方法中，采用权利要求9的力流变抛光液对工件进行力流变抛光加工；加工时，工件与抛光液之间具有相对运动，使抛光液产生剪切增稠效应，增强对柔性复合磨料的把持能力，形成柔性磨具，对工件表面进行材料去除。

技术总结
本发明提出了核壳结构的柔性复合磨料及其在力流变抛光中的应用。本发明的柔性复合磨料由弹性核体和包覆于弹性核体表面的壳层组成，弹性核体中不具有磨粒，磨粒只存在于壳层中，有效降低制造成本，且特定的核壳结构，弹性核体中具有磁粉，使得复合磨粒具有微磁性，在抛光后可以利用强磁强进行回收，实现重复利用，降低使用成本；此外，特定的制备工艺决定其可以在壳层出现损坏后，可以进行增材修复，进一步降低使用成本。对应的，本发明还提供了使用柔性复合磨料制备的力流变抛光液，以及采用该力流变抛光液实现的力流变抛光方法。

技术研发人员：王金虎,刘梦晴,袁巨龙,吴赫杰,刘文,王殊奇,潘秋月,吕冰海
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8