CN101456167B - 一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，该方法按照以下步骤实施，按质量比250∶1取磨料前躯体和胶粘剂，混合研磨，压制成型，得到氧化铝胚体；将氧化铝胚体于1100℃预烧结2小时，冷却，得到胚体材料；将胚体材料研磨破碎，并用1250～2500目的筛网过筛处理，得到粒径在5～10μm的氧化铝颗粒；按质量比300∶1.2∶50取氧化铝颗粒、胶粘剂和成孔剂，混合研磨，压制成型，得到待烧结胚体；将待烧结胚体进行无压烧结后切削整形，得到氧化铝基全磨料固结磨具。本发明的氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，在保证高的加工效率的同时能够提高磨具的磨削效率和使用寿命，实现了高效的精密超精密加工。

Description

一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法

技术领域

本发明属于精密超精密加工技术领域，涉及一种磨具的制备方法，具体涉及一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法。

背景技术

磨具是机械制造业不可缺少的重要材料。随着世界机械制造业向中国的转移，中国机械制造业的发展将消耗大量的磨具材料，同时也对磨具的质量与性能提出了更高的要求。但长期以来，我国磨具行业的发展相对缓慢，特别是在精细磨具的研究开发与生产上和国际水平有着相当大的差距，如目前国内适用于生产军工(如航空、航天、坦克、航母用螺旋齿轮、锥齿轮等)、轨道运输、风电和精密制造行业(如高档汽车)所使用的机床、轴承，齿轮等部件的高端磨具基本依赖于进口。因此，高性能磨具的研究与生产必将为我国的机械制造工业提供实物支撑，大大促进机械制造工业，特别是精密机械制造工业和国防工业的发展。

普通的磨具由主材磨料(提供磨削力)、粘结剂(提供粘结力使磨具有足够强度)以及气孔(提供容屑和冷却能力)三部分组成。而全磨料磨具是一种全新的工艺技术，该磨具采用原位成型技术生产，实现了磨料与粘结剂的一体化，简化了磨具的制备工艺，增加了磨料和气孔的相对含量。气孔含量的增加有利于提高磨具的容屑和冷却能力，磨料含量的增加提高磨具的性能和使用寿命。由于不再使用有机树脂或陶瓷类粘结剂，磨具更有可能实现高温、高速以及精密磨削。这种简化的生产工艺还可以降低能耗，减少生产过程中废水、废酸碱的排放，实现环保型低成本的高性能磨具的生产。但是现有的全磨料磨具的制备方法无法兼顾加工精度和加工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，制备出由氧化铝磨料和气孔两部分组成的磨具，解决了现有的磨粒磨具制造方法的无法兼顾加工精度和加工效率的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按质量比250∶1取氧化铝基磨料前躯体和胶粘剂，充分混合研磨均匀，压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；

步骤2：将步骤1制得的氧化铝胚体于1100℃预烧结2小时，冷却，得到胚体材料；

步骤3：将步骤2制得的胚体材料研磨破碎，并用1250～2500目的筛网过筛处理，得到粒径在5～10μm的氧化铝颗粒；

步骤4：按质量比300∶1.2∶50取步骤3制得的氧化铝颗粒、胶粘剂和成孔剂，充分混合研磨均匀，压制成型，得到待烧结胚体；

步骤5：将步骤4制得的待烧结胚体进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，得到烧结体；

步骤6：将步骤5制得的烧结体切削整形，得到氧化铝基全磨料固结磨具。

本发明氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，其特征还在于，

其中的氧化铝基磨料前躯体选取粒径8～12nm的γ态氧化铝。

其中的胶粘剂选取淀粉类胶粘剂、树脂类胶粘剂、天然高分子类胶粘剂或纤维素类胶粘剂中的一种或两种以上的混合物。

其中的成孔剂选取碳酸铵、碳酸氢铵、萘或锯末中的一种。

本发明的氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，在保证高的加工效率的同时能够提高磨具的磨削效率和使用寿命，实现了高效的精密超精密加工。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明方法的工艺流程如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按质量比250∶1取磨料前躯体和胶粘剂，充分混合研磨均匀，在直径为30mm的圆柱形磨具中于40Mpa压力下压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体，磨料前躯体选取粒径8～12nm的γ态氧化铝，胶粘剂选取淀粉类胶粘剂、树脂类胶粘剂、天然高分子类胶粘剂或纤维素类胶粘剂中的一种或几种的混合物；

步骤2：将步骤1制得的氧化铝胚体放入高温炉中于1100℃预烧结2小时，烧结结束后随炉冷却，得到胚体材料；

步骤3：将步骤2制得的胚体材料，放在研钵中研磨破碎，并用1250～2500目的筛网过筛处理，得到粒径在5～10μm的氧化铝颗粒；

步骤4：按质量比300∶1.2∶50取步骤3制得的氧化铝颗粒、胶粘剂和成孔剂，混合充分研磨均匀，在直径80mm的圆柱形磨具中于50Mpa压力下压制成型，得到待烧结胚体，胶粘剂选取淀粉类胶粘剂、树脂类胶粘剂、天然高分子类胶粘剂或纤维素类胶粘剂中的一种或两种以上的混合物，成孔剂选取碳酸铵、碳酸氢铵、萘或锯末中的一种；

步骤5：将步骤4制得的待烧结胚体置于高温炉中进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，使得胶粘剂氧化分解；第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，使得成孔剂分解，得到烧结体。

步骤6：将步骤5制得的烧结体用切削刀切削整形，得到氧化铝基全磨料固结磨具。

实施例1

取500g粒径8～12nm的γ态氧化铝粉末、40mL5wt％的淀粉类胶粘剂水溶液，混合充分研磨均匀，在直径为30mm的圆柱形磨具中于40Mpa压力下压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；将氧化铝胚体放入高温炉中于1100℃预烧结2小时，烧结结束后随炉冷却，得到胚体材料；将胚体材料放在研钵中研磨破碎，并用1250目的筛网过筛处理，得到粒径为10μm的氧化铝磨料颗粒；取300g氧化铝磨料颗粒、24mL 5wt％的淀粉类胶粘剂和50g碳酸铵成孔剂，混合充分研磨均匀，在直径80mm的圆柱形磨具中于50Mpa压力下压制成型，得到待烧结胚体；将待烧结胚体置于高温炉中进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，使得胶粘剂氧化分解；第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，使得成孔剂分解，得到烧结体。将烧结体用切削刀切削整形，得到直径为40mm的氧化铝基全磨料固结磨具。

本实施例制得的氧化铝基全磨料固结磨具可承受的最高转速为300rpm，适宜的加工载荷是0.2～0.8Mpa，适宜的转速是20～250rpm。用于不锈钢工件的高精度平面加工，材料去除率在0.3～3.0μm范围内，30分钟内即可获得Ra0.01μm的光滑平面。

实施例2

取500g粒径8～12nm的γ态氧化铝粉末、40mL5wt％的树脂类胶粘剂水溶液，混合充分研磨均匀，在直径为30mm的圆柱形磨具中于40Mpa压力下压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；将氧化铝胚体放入高温炉中于1100℃预烧结2小时，烧结结束后随炉冷却，得到胚体材料；将胚体材料放在研钵中研磨破碎，并用2500目的筛网过筛处理，得到粒径为5μm的氧化铝磨料颗粒；取300g氧化铝磨料颗粒、24mL 5wt％的树脂类胶粘剂和50g碳酸氢铵成孔剂，混合充分研磨均匀，在直径80mm的圆柱形磨具中于50Mpa压力下压制成型，得到待烧结胚体；将待烧结胚体置于高温炉中进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，使得胶粘剂氧化分解；第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，使得成孔剂分解，得到烧结体。将烧结体用切削刀切削整形，得到直径为40mm的氧化铝基全磨料固结磨具。

本实施例制得的氧化铝基全磨料固结磨具可承受的最高转速为320rpm，适宜的加工载荷是0.2～0.9Mpa，适宜的转速是20～280rpm。用于不锈钢工件的高精度平面加工，材料去除率在0.3～2.9μm范围内，30分钟内即可获得Ra0.008μm的光滑平面。

实施例3

取500g粒径8～12nm的γ态氧化铝粉末、40mL5wt％的天然高分子类胶粘剂水溶液，混合充分研磨均匀，在直径为30mm的圆柱形磨具中于40Mpa压力下压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；将氧化铝胚体放入高温炉中于1100℃预烧结2小时，烧结结束后随炉冷却，得到胚体材料；将胚体材料放在研钵中研磨破碎，并用2000目的筛网过筛处理，得到粒径为6μm的氧化铝磨料颗粒；取300g氧化铝磨料颗粒、24mL 5wt％的天然高分子类胶粘剂和50g萘粉成孔剂，混合充分研磨均匀，在直径80mm的圆柱形磨具中于50Mpa压力下压制成型，得到待烧结胚体；将待烧结胚体置于高温炉中进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，使得胶粘剂氧化分解；第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，使得成孔剂分解，得到烧结体。将烧结体用切削刀切削整形，得到直径为40mm的氧化铝基全磨料固结磨具。

本实施例制得的氧化铝基全磨料固结磨具可承受的最高转速为250rpm，适宜的加工载荷是0.2～0.6Mpa，适宜的转速是20～220rpm。用于不锈钢工件的高精度平面加工，材料去除率在0.3～2.5μm范围内，30分钟内即可获得Ra0.016μm的光滑平面。

实施例4

取500g粒径8～12nm的γ态氧化铝粉末、40mL5wt％的纤维素类胶粘剂水溶液和5wt％的树脂类胶粘剂的混合物，混合充分研磨均匀，在直径为30mm的圆柱形磨具中于40Mpa压力下压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；将氧化铝胚体放入高温炉中于1100℃预烧结2小时，烧结结束后随炉冷却，得到胚体材料；将胚体材料放在研钵中研磨破碎，并用1250目的筛网过筛处理，得到粒径为10μm的氧化铝磨料颗粒；取300g氧化铝磨料颗粒、24mL5wt％的纤维素类胶粘剂和5wt％的树脂类胶粘剂的混合物、50g锯末成孔剂，混合充分研磨均匀，在直径80mm的圆柱形磨具中于50Mpa压力下压制成型，得到待烧结胚体；将待烧结胚体置于高温炉中进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，使得胶粘剂氧化分解；第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，使得成孔剂分解，得到烧结体。将烧结体用切削刀切削整形，得到直径为40mm的氧化铝基全磨料固结磨具。

本实施例制得的氧化铝基全磨料固结磨具可承受的最高转速为220rpm，适宜的加工载荷是0.2～0.65Mpa，适宜的转速是20～200rpm。用于不锈钢工件的高精度平面加工，材料去除率在0.3～2.2μm范围内，30分钟内即可获得Ra0.02μm的光滑平面。

本发明方法制备的氧化铝基全磨料固结磨具，磨粒之间以其本身为粘结剂相互粘结，磨料和气孔的质量百分比为：磨料50％～80％，气孔20％～50％。

本发明方法实现了磨料与粘结剂的一体化，简化了制备工艺，增加了磨料和气孔的相对含量，从而有利于提高磨具的容屑、冷却能力、性能和使用寿命。由于不再使用有机树脂或陶瓷类粘结剂，磨具更有可能实现高温、高速以及精密磨削。这种简化的生产工艺还可以降低能耗，减少生产过程中废水、废酸碱的排放，实现环保型低成本的高性能磨具的生产。

Claims (2)

1.一种氧化铝基全磨料固结磨具的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按质量比250∶1取氧化铝基磨料前躯体和胶粘剂，充分混合研磨均匀，压制成型，得到待烧结的氧化铝胚体；

步骤2：将步骤1制得的氧化铝胚体于1100℃预烧结2小时，冷却，得到胚体材料；

步骤3：将步骤2制得的胚体材料研磨破碎，并用1250～2500目的筛网过筛处理，得到粒径在5～10μm的氧化铝颗粒；

步骤4：按质量比300∶1.2∶50取步骤3制得的氧化铝颗粒、胶粘剂和成孔剂，充分混合研磨均匀，压制成型，得到待烧结胚体；

步骤5：将步骤4制得的待烧结胚体进行无压烧结，第一个小时内温度从室温升至500℃，第二个小时内温度从500℃升至1650℃，随后保温3小时，得到烧结体；

步骤6：将步骤5制得的烧结体切削整形，得到氧化铝基全磨料固结磨具。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的氧化铝基磨料前躯体选取粒径8～12nm的γ态氧化铝。