一種超硬磨料磨具的微生物修整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超硬磨料磨具的微生物修整方法，是選用可通過某種方式達(dá)到消耗該結(jié)合劑的目的的微生物來對(duì)超硬磨料磨具進(jìn)行生物修銳的方法，具體是將微生物在培養(yǎng)基中對(duì)其進(jìn)行接種培養(yǎng)至一定濃度，將磨具待修整部分浸泡于培養(yǎng)液中，利用微生物去除磨具表面的結(jié)合劑，通過控制微生物的濃度及浸泡時(shí)間來實(shí)現(xiàn)對(duì)磨具修整量的控制。利用此方法可以完成超硬磨料磨具，特別是細(xì)粒度磨具的精密修整。
【專利說明】
一種超硬磨料磨具的微生物修整方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及磨具修整技術(shù)，特別是涉及一種超硬磨料磨具的微生物修整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磨具修整是指將磨具修整成形或去除磨鈍的表層，以恢復(fù)工作面的磨削性能和正確的幾何形狀的操作過程。其主要作用包括兩個(gè)方面:(I)保證磨具獲得幾何形狀(又叫整形)；(2)保證磨具表面的磨?？梢杂幸欢ǖ某雎陡叨?又叫修銳)。及時(shí)而正確地修整砂輪，是提高磨削效率和保證磨削質(zhì)量不可缺少的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于普通磨粒磨具而言，多是使用金剛石工具(例如單點(diǎn)金剛石筆，金剛石滾輪等)同步完成整形與修銳過程。
[0003]超硬磨料磨具是利用不同結(jié)合劑將超硬磨料(主要是金剛石與立方氮化硼)固結(jié)起來而形成的一種磨具。由于所用的磨料的磨粒硬度高，而且有效工作層有限，因此對(duì)于超硬磨粒磨具的修整而言，其整形與修銳多是分開進(jìn)行。對(duì)于超硬磨料磨具而言，共修整問題是保證磨具正常使用的關(guān)鍵所在，因此也一直是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0004]目前對(duì)于超硬磨料磨具的修整主要包括以下兩大類方法:(I)利用機(jī)械去除的方式。例如利用金剛石工具修整法、普通砂輪磨削法、游離磨料研磨法、軟彈性修整法等方法，其本質(zhì)是利用修整工具與磨具之間的機(jī)械作用達(dá)到去除超硬磨料磨具結(jié)合劑及磨粒的目的；(2)利用其它能量進(jìn)行修整。例如激光修整法主要是利用光能熔化去除結(jié)合劑；電火花修整是利用電火花燒蝕的原理去除結(jié)合劑;超聲振動(dòng)修整法是利用超聲波能量去除結(jié)合劑。同時(shí)也有學(xué)者將這兩種方法結(jié)合起來形成新的修整方法。這些修整方法在普通超硬磨料磨具的修整中起到了良好的使用效果。但是在精密及超精密磨削用超硬磨料磨具修整中，上述方法仍然存在很多問題。
[0005]與普通超硬磨料磨具相比，精密及超精密磨削所用的超硬磨料磨具的主要特點(diǎn)是所采用的磨料粒度細(xì)小，多為微米，或亞微米級(jí)的尺度的磨粒。這么細(xì)小的磨粒對(duì)于修整提出了更大的挑戰(zhàn)。對(duì)于常規(guī)的機(jī)械去除方式，要求控制結(jié)合劑的去除量為微米及亞微米尺度，仍然是比較困難的。因此目前用于細(xì)粒度超硬磨具的修整主要是利用能量方式進(jìn)行修整。主要包括以下幾種:噴射修銳法、激光修銳法、磁粉研蝕修銳法、在線電解修銳法(ELID)等，但各自都有相應(yīng)的不足。噴射修銳法要嚴(yán)格注意安全防護(hù);激光修銳法的激光光源價(jià)格較貴，同時(shí)還要注意激光對(duì)金剛石磨料的損傷;磁粉研蝕修銳法僅適用于低剛度磨具的修銳;在線電解修銳法(ELID)裝置需要一套專用的直流電源，該電源裝置較貴，另外由于修銳裝置中電刷的磨損，亦造成電流供給的不穩(wěn)定，從而影響砂輪的修銳效果。
[0006]細(xì)粒度超硬磨具要想達(dá)到比較理想的修銳效果，必須保證合理的結(jié)合劑去除量，如果去除量太大會(huì)導(dǎo)致磨粒把持力不夠容易脫落，去除量太小則會(huì)磨粒出露高度不足和容肩空間不夠而達(dá)不到修銳效果。而超精密磨拋工藝所使用的磨具往往磨料粒度非常低，去除量控制更加困難，所以該類磨具修銳難度比普通磨具修銳難度更大。研究出一種經(jīng)濟(jì)高效，節(jié)能環(huán)保，且適用于超精密加工的超硬磨料磨具的修銳方法已成當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種超硬磨料磨具的微生物修整方法，其克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種超硬磨料磨具的微生物修整方法，該超硬磨料磨具由超硬磨料和結(jié)合劑固結(jié)形成，該修整方法包括以下步驟:
[0009]I)根據(jù)結(jié)合劑類型選擇微生物，該微生物可通過某種方式達(dá)到消耗該結(jié)合劑的目的；
[0010]2)對(duì)選定的微生物進(jìn)行培養(yǎng)獲得適量微生物濃度的培養(yǎng)液；
[0011]3)將磨具待修整面浸入培養(yǎng)液中，通過微生物的作用去除待修整面的結(jié)合劑；
[0012]4)根據(jù)所需要修整的去除量及微生物培養(yǎng)液對(duì)結(jié)合劑的去除率確定浸泡時(shí)間，達(dá)到浸泡時(shí)間后觀測待修整面的表面形貌并判斷是否繼續(xù)浸泡直至達(dá)到要求，取出磨具并清洗。
[0013]優(yōu)選的，所述微生物是通過其代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑反應(yīng)生成代謝原料，代謝原料再被微生物轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物的循環(huán)消耗結(jié)合劑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合劑的去除。
[0014]優(yōu)選的，所述代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)。
[0015]優(yōu)選的，所述微生物為氧化亞鐵硫桿菌，代謝原料是Fe2+離子，代謝產(chǎn)物Fe3+離子；所述結(jié)合劑是可將Fe3+離子還原為Fe2+離子的金屬基結(jié)合劑。
[0016]優(yōu)選的，所述金屬基結(jié)合劑是銅基、鉛基、鋅基、鈷基、錫基、鉻基、鎘基、錳基、鐵基、鎳基、鋁基的結(jié)合劑中的一種或其組合。
[0017]優(yōu)選的，步驟2)中，所述氧化亞鐵硫桿菌于培養(yǎng)基中培養(yǎng)至代謝產(chǎn)物Fe3+離子的濃度為6?9g/L，得到所述適量微生物濃度的培養(yǎng)液。
[0018]優(yōu)選的，步驟3)中，所述微生物培養(yǎng)液的溫度保持在25?45°C。
[0019]優(yōu)選的，所述微生物為氧化硫硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌，嗜酸喜溫硫桿菌，氧化亞鐵鉤端螺旋菌等。
[0020]優(yōu)選的，所述磨具于培養(yǎng)液中轉(zhuǎn)動(dòng)以使待修整面浸入培養(yǎng)液中。
[0021 ]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1.本發(fā)明所采用的超硬磨料磨具的微生物修銳方法，利用微生物對(duì)結(jié)合劑的去除能力，去除磨粒間的部分結(jié)合劑，使磨粒突出于結(jié)合劑表面之外，形成切削刃，并在磨粒之間形成一定的容肩空間。微生物修銳加工過程所采用的工具為化能自養(yǎng)微生物，它能夠利用被去除結(jié)合劑材料氧化過程中釋放出來的化學(xué)能為自身生長繁殖提供能量，同時(shí)利用空氣中游離的二氧化碳來滿足自身生長繁殖所需要的碳源，因此，以微生物為工具的生物去除方法是不需要額外提供能量的，是一種資源可持續(xù)發(fā)展的加工方法。整個(gè)過程看起來就像是微生物在“吃”磨具的結(jié)合劑材料。另一方面，微生物修銳過程中，不僅不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，反而還會(huì)將空氣中游離的無機(jī)二氧化碳固定并轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞生命所需的各種糖、蛋白質(zhì)、脂類等有機(jī)物。這些被當(dāng)作修銳工具的微生物本身就是從礦山井水等大自然中分離，馴化得到的，所以不會(huì)對(duì)地球生態(tài)環(huán)境造成不利影響。然而其它的物理、化學(xué)形式的材料去除方法，它們?cè)谌コ^程中，通常需要耗費(fèi)大量的機(jī)械能、電能、化學(xué)能等，除此以外，在這些加工方法中，某些還需要使用一些對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康有害的材料作為加工工具，如:強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等，也有一些在加工過程中會(huì)產(chǎn)生某種有害氣體或者輻射，如輻射、強(qiáng)光、毒煙、粉塵和毒氣等，這無形的增加了這些加工方法的成本。
[0023]2.本發(fā)明所采用的超硬磨料磨具的微生物修銳方法，修銳后的磨具表面和亞表面損傷都非常小，特別是磨料粒度非常小的磨具，微生物去除結(jié)合劑的精度非常高，對(duì)提高磨具結(jié)合劑對(duì)磨料的把持力有一定的作用，是目前其它一些修銳方法無法達(dá)到，微生物修銳方法操作過程簡單，只需要將磨削面浸泡在微生物培養(yǎng)液中，特別適合大尺寸磨具。因?yàn)槲⑸锛庸げ幌褚恍﹤鹘y(tǒng)的物理形式的加工方法采用切割、摩擦等手段，所以不會(huì)對(duì)磨具基體產(chǎn)生擠壓和拉扯，更不會(huì)產(chǎn)生高溫，從而也就不會(huì)在工件上產(chǎn)生損壞層或者熱影響區(qū)，工件內(nèi)也不會(huì)有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。微生物修銳所使用的工具為微生物，比較常用的微生物菌種為氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌，其細(xì)胞個(gè)體比較小，直徑通常只有約0.5微米，對(duì)材料表面進(jìn)行加工的尺度可以達(dá)到微米和納米級(jí)別。微生物去除材料時(shí)，側(cè)向鉆蝕量非常小，一般只有普通化學(xué)加工的一半左右，實(shí)現(xiàn)修銳的同時(shí)保證結(jié)合劑對(duì)磨料足夠的把持力。因此，本發(fā)明是一種非常有前途的修銳新方法。
[0024]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種超硬磨料磨具的微生物修整方法不局限于實(shí)施例。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027 ] —種超硬磨料磨具的微生物修整方法，該超硬磨料磨具由超硬磨料粒和結(jié)合劑固結(jié)形成，其修整方法包括以下步驟:
[0028]1、根據(jù)所要修銳的超硬磨具的結(jié)合劑類型，選擇合適的微生物，其要求是該微生物可以通過某種方式達(dá)到消耗結(jié)合劑的目的；
[0029]2、選用特定的培養(yǎng)基，控制適合的環(huán)境條件(例如溫度、濕度、酸堿度等)，對(duì)選定的微生物培養(yǎng)，獲得含有微生物的培養(yǎng)液，并使其達(dá)到一定的濃度；
[0030]3、讓磨具部分或全部浸泡于培養(yǎng)液中，根據(jù)修整面的要求，也可以讓磨具以較低的速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0031 ] 4、根據(jù)所需要修整的去除量以及細(xì)菌培養(yǎng)液對(duì)結(jié)合劑的去除率，確定浸泡修整時(shí)間，最后，通過磨具待修整面表面形貌的觀察，確定是否停止浸泡；
[0032]5、判斷是否達(dá)到要求，如果未達(dá)到要求，繼續(xù)修銳，如果達(dá)到要求，取出磨具并清洗，修銳完成。
[0033]具體的，微生物去除結(jié)合劑的方式可以是通過其代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑反應(yīng)生成代謝原料，代謝原料再被微生物轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物的循環(huán)消耗結(jié)合劑。所述微生物為氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌，嗜酸喜溫硫桿菌，氧化亞鐵鉤端螺旋菌等。
[0034]作為一種優(yōu)選，代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，通過氧化還原反應(yīng)使固態(tài)結(jié)合劑生成可溶性產(chǎn)物以溶解于培養(yǎng)液中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合劑的去除。
[0035]以下以氧化亞鐵硫桿菌為例進(jìn)行具體的說明。
[0036]實(shí)施例1
[0037]參考圖1，本實(shí)施例所需要修整的磨具I是鐵基結(jié)合劑金剛石砂輪，所用的金剛石磨粒的粒度約為20μπι。選用的微生物為氧化亞鐵硫桿菌。修銳方法按如下步驟進(jìn)行:
[0038]a.容器3內(nèi)裝有一定體積的氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液2，主要由氧化亞鐵硫桿菌體4和培養(yǎng)基化學(xué)試劑以及菌體代謝產(chǎn)物如Fe3+離子等組成，氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液2需要進(jìn)行無菌培養(yǎng)基接種培養(yǎng)獲得。培養(yǎng)基可以選用9K培養(yǎng)基并對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行高溫滅菌，再將氧化亞鐵硫桿菌4接種至培養(yǎng)基內(nèi)進(jìn)行恒溫?fù)u床培養(yǎng)，氧化亞鐵硫桿菌4在培養(yǎng)基內(nèi)獲得了充分的營養(yǎng)物質(zhì)和化學(xué)能后，不斷進(jìn)行細(xì)胞分裂增殖，分別經(jīng)歷調(diào)整期，對(duì)數(shù)期，穩(wěn)定期，菌液濃度會(huì)不斷升高，培養(yǎng)基內(nèi)淺綠色的Fe2+離子不斷被氧化亞鐵硫桿菌4轉(zhuǎn)化為黃色的Fe3+離子，待培養(yǎng)液顏色變黃棕后，檢測Fe3+離子濃度達(dá)到8g/L后，停止培養(yǎng)。
[0039]b.將整個(gè)容器3放置于修整機(jī)臺(tái)上，起動(dòng)磨床，讓磨具I低速轉(zhuǎn)動(dòng)。將磨具I的磨削區(qū)域浸泡在微生物培養(yǎng)液2中并保持轉(zhuǎn)動(dòng)，保持氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液的溫度為30?40 0C。氧化亞鐵硫桿菌4通過自身的一系列生化反應(yīng)，持續(xù)不斷的將Fe2+離子轉(zhuǎn)化為Fe3+離子，而Fe3+離子具有氧化性，可以和磨具I的鐵基結(jié)合劑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，零價(jià)的鐵基結(jié)合劑被氧化生成Fe2+陽離子溶解于培養(yǎng)液中，F(xiàn)e3+離子同時(shí)也被還原成Fe2+離子，F(xiàn)e3+離子不斷的被消耗掉又重新被氧化亞鐵硫桿菌4利用并轉(zhuǎn)化為Fe3+離子，形成一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，這樣微生物培養(yǎng)液不斷的將磨具結(jié)合劑材料去除。
[0040]c.根據(jù)磨具I磨料的粒度值和磨具所采用的結(jié)合劑材料，以及微生物培養(yǎng)液對(duì)結(jié)合劑材料的去除率，可以初步計(jì)算出鐵基砂輪在氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液2中浸泡時(shí)間約為36分鐘，將磨具磨削區(qū)域保持在微生物培養(yǎng)液中。達(dá)到計(jì)算的保持時(shí)間后，檢測磨具磨削面的表面形貌，觀察磨料的出刃高度和磨料之間的容肩空間。
[0041]d.判斷磨料的出刃高度和磨料之間的容肩空間是否達(dá)到要求，如果觀察結(jié)果沒有達(dá)到要求時(shí)，則需要繼續(xù)進(jìn)行修銳過程，如果觀察結(jié)果達(dá)到要求，說明磨具結(jié)合劑去除量足夠，將磨具I從培養(yǎng)液中取出，移走容器4，修銳過程完成。
[0042]實(shí)施例2
[0043]參考圖2，本實(shí)施例所需要修整的是銅基結(jié)合劑金剛石磨盤6，所用的金剛石磨粒的粒度約為I Oym。選用的微生物為氧化亞鐵硫桿菌。
[0044]修整方法與實(shí)施I相似，磨盤6以低速水平方式轉(zhuǎn)動(dòng)，將磨盤6的整個(gè)磨削區(qū)域浸泡在氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液2中，F(xiàn)e3+離子和磨盤6的銅基結(jié)合劑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，零價(jià)的銅基結(jié)合劑被氧化生成Cu2+陽離子溶解于培養(yǎng)液中，實(shí)現(xiàn)去除磨盤6的銅基結(jié)合劑材料?？梢杂?jì)算出磨盤6在氧化亞鐵硫桿菌培養(yǎng)液2中浸泡時(shí)間約為15分鐘，達(dá)到一定的結(jié)合劑去除量，完成修銳。
[0045]上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種超硬磨料磨具的微生物修整方法，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超硬磨料磨具的微生物修整方法，該超硬磨料磨具由超硬磨料和結(jié)合劑固結(jié)形成，其特征在于該修整方法包括以下步驟: 1)根據(jù)結(jié)合劑類型選擇微生物，該微生物可通過某種方式達(dá)到消耗該結(jié)合劑的目的； 2)對(duì)選定的微生物進(jìn)行培養(yǎng)獲得適量微生物濃度的培養(yǎng)液； 3)將磨具待修整面浸入培養(yǎng)液中，通過微生物的作用去除待修整面的結(jié)合劑； 4)根據(jù)所需要修整的去除量及微生物培養(yǎng)液對(duì)結(jié)合劑的去除率確定浸泡時(shí)間，達(dá)到浸泡時(shí)間后觀測待修整面的表面形貌并判斷是否繼續(xù)浸泡直至達(dá)到要求，取出磨具并清洗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物是通過其代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑反應(yīng)生成代謝原料，代謝原料再被微生物轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物的循環(huán)消耗結(jié)合劑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合劑的去除。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述代謝產(chǎn)物與結(jié)合劑的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物為氧化亞鐵硫桿菌，代謝原料是Fe2+離子，代謝產(chǎn)物Fe3+離子;所述結(jié)合劑是可將Fe3+離子還原為Fe2+離子的金屬基結(jié)合劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述超硬磨料磨具的結(jié)合劑為銅基、鉛基、梓基、鉆基、錫基、絡(luò)基、錦基、猛基、鐵基、銀基、招基的結(jié)合劑中的一種或其組合。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:步驟2)中，所述氧化亞鐵硫桿菌于培養(yǎng)基中培養(yǎng)至代謝產(chǎn)物Fe3+離子的濃度為6?9g/L，得到所述適量微生物濃度的培養(yǎng)液。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:步驟3)中，所述微生物培養(yǎng)液的溫度保持在25?45 °C。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述微生物為氧化硫硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌、嗜酸喜溫硫桿菌或氧化亞鐵鉤端螺旋菌。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬磨料磨具的微生物修整方法，其特征在于:所述磨具于培養(yǎng)液中轉(zhuǎn)動(dòng)以使待修整面浸入培養(yǎng)液中。
【文檔編號(hào)】B24B53/00GK106041739SQ201610365437
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】黃輝, 馬飛, 徐西鵬
【申請(qǐng)人】華僑大學(xué)