CN102092009B

CN102092009B - 陶瓷结合剂金刚石修整轮

Info

Publication number: CN102092009B
Application number: CN201010583049A
Authority: CN
Inventors: 朱玉梅; 李志宏
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102092009A

Abstract

本发明公开了一种陶瓷结合剂金刚石修整轮，由金属芯、粘结层和陶瓷结合剂金刚石工作层组成；所述陶瓷结合剂金刚石工作层的原料组分及其重量百分比含量为：25～40％陶瓷结合剂和60～75％金刚石磨料；所述的陶瓷结合剂的原料组分及其重量百分比含量为：45～60％SiO₂，0～3％Al₂O₃，30～45％B₂O₃，2～5％ZnO，3～5％P₂O₅,1～4%Li₂O。本发明提供了一种高硬度、高自锐性、工作层厚度和硬度可调的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其使用寿命和修整效率大大提高，用于各类磨床使用的磨削加工工具的修整。

Description

陶瓷结合剂金刚石修整轮

技术领域

本发明是关于各类磨床使用的磨削加工工具，尤其涉及磨削加工工具的滚轮修整器。

背景技术

磨削加工技术是先进制造技术中的重要领域，是现代机械制造中实现高速加工、精密加工、超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术。磨削加工量占机械加工总量的30%~40%。在磨削加工中依靠的是磨削工具（砂轮）对工件实现磨削和完成加工精度要求的，磨削加工过程中砂轮经过磨耗磨损、磨粒磨损、脱落磨损三个周期以后，在它的表面会形成砂粒蜕化不锋利，并且还留下许多磨削颗粒堵塞砂轮气孔，这样就难以对工件进行磨削加工。所以，在磨削的过程中要不断地对砂轮进行表面修整或对成形砂轮形状的修整，达到去除钝化磨粒，保证有新磨粒和足够数量的有效切削刃，从而保证工件的尺寸精度和表面的粗糙度。每一台专用磨床都会有一套对本身砂轮进行修整的砂轮修整器，而修整器是通过修整轮（滚轮）对砂轮完成修整的。

另一方面，不同的磨床，不同的加工工件形状、尺寸精度等，要求不同规格尺寸和形状的砂轮，因此在砂轮制备工艺中，大多数在应用于磨床前，砂轮制造厂家都要按照磨削用户提供的砂轮形状、尺寸等对砂轮进行修整、修形和修锐，而这些都要靠修整轮来实现。

随着加工效率、加工精度要求的不断提高和难加工材料的不断涌现，超硬材料（金刚石或立方氮化硼）砂轮在磨削中的应用越来越广泛，而超硬材料砂轮因其材料硬度特点，对其修形、修整难度较大，目前市场上应用最广泛的是电镀金刚石滚轮（如：ZL 200520029838.X旋转式金刚石修整器、CN101663133A内齿轮状金刚石修整器），而电镀滚轮中起修整作用的金刚石只有一薄层，所以其使用时间即耐用度有限，尤其是对金刚石或立方氮化硼超硬材料砂轮进行修整时，滚轮的磨损和消耗更加明显，有时需要几个电镀金刚石滚轮才能完成一个超硬材料砂轮的修整。同时，电镀滚轮不能根据加工对象进行硬度等性能调整以达到最佳的修整效率。

发明内容

本发明的目的是为了提高修整轮的使用寿命和加工效率，提供一种具有良好自锐性、工作层硬度和厚度可调的陶瓷结合剂金刚石修整轮。

本发明的金刚石修整轮由金属芯（金属基体）和陶瓷结合剂金刚石工作层以及粘结层三1

部分组成，其规格尺寸可以按照磨床和修整器的规格尺寸要求，其工作层的厚度可以任意调节，远远大于现有技术的电镀金刚石滚轮的工作层厚度，而陶瓷结合剂本身具有硬度高、耐温好、自锐性好、锋利等特点，因此，可以不用频繁更换修整轮而大大提高修整轮的使用寿命和加工效率。金刚石修整轮的工作层的由陶瓷结合剂和金刚石复合烧结而成。

本发明通过如下技术方案予以实现。

本发明陶瓷结合剂金刚石修整轮，由金属芯、粘结层和陶瓷结合剂金刚石工作层组成；其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石工作层的原料组分及其重量百分比含量为：25～40％陶瓷结合剂和60～75％金刚石磨料；所述的陶瓷结合剂的原料组分及其重量百分比含量为：45～60％ SiO₂，0～3％ Al₂O₃，30～45％ B₂O₃，2～5％ ZnO，3～5％ P₂O₅, 1～4% Li₂O。

所述金刚石磨料粒度为50～300mm之间的任一粒度或任一混合粒度。

所述金属芯为钢或铝合金金属芯。

所述陶瓷结合剂金刚石工作层的厚度和硬度可调。

所述陶瓷结合剂金刚石修整轮的规格尺寸不限。

所述陶瓷结合剂金刚石修整轮的烧结温度低于800℃。

修整轮在工作时，与磨削工具相互作用，其修整磨削工具的同时，自身也会受到磨钝或在应力作用下产生脱落，而影响修整效果或失去作用。对于现有技术的电镀金刚石修整轮，其只有一薄层金刚石，很容易完全脱落，失去作用；而对于陶瓷结合剂金刚石修整轮，陶瓷结合剂本身属脆硬性材料，其外层磨钝颗粒很容易脱落，磨钝颗粒脱落的同时会露出内层的没有磨损的新的更锋利的金刚石磨粒，使其始终保持良好的修整效果和效率，如此往复，直到用尽金刚石整个修整轮的工作层。因此，其本身具有的良好的自锐性和较厚的工作层厚度，使其具有良好的修整效率和使用寿命，其使用寿命可达电镀金刚石修整轮的10～30倍。此外，为适应磨床的发展和新材料的不断涌现，磨削工具的性能越来越丰富，修整工具的性能自然也要不断变化以适应磨削工具发展的需求，而电镀金刚石修整轮中电镀金刚石层的硬度、组织、气孔、金刚石浓度等是不可调的，但陶瓷结合剂金刚石修整轮的工作层硬度、组织、气孔、金刚石浓度等均可根据需要进行设计和调整，可以针对不同的磨削工具的硬度和性能特点，进行有针对性地个性化地制备和调节，亦使其能更有效地、有针对性地进行磨削工具的修整。

本发明的有益效果是，提供了一种具有良好自锐性、工作层硬度和厚度可调的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其相比于现有技术修整轮的耐用度（使用寿命）和修整效率大大提高。

附图说明

图1是陶瓷结合剂金刚石修整轮示意图的主视图。

附图标记说明如下：

2

1 －陶瓷结合剂金刚石工作层 2 －粘结层 3 －金属芯

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

随着制造技术的发展，对各种零部件的尺寸精度、几何精度、表面状态等要求越来越高，而磨削加工是实现各种零部件高精加工的一种重要机械加工方法，尤其是近年来随着磨床制备技术的发展和机加工要求的提高，磨削加工被越来越广泛地应用于机械加工领域。磨削加工一般是属于零件的后道工序，即零件的精加工。困此零件的尺寸精度和相关面的位置精度以及有关表面的形状精度和表面光洁度，都要在磨削中得到最后控制和保证。而这些保证除了磨床本身的性能外，最关键的就是用来实现磨削加工的砂轮的形状和尺寸精度以及表面状态。砂轮在磨削加工工件的同时自身亦受到挤压、磨损、热损伤等，砂轮表面磨粒亦会脱落、钝化，累积废屑，堵塞气孔等，因此，需要根据不同的砂轮和磨削条件定期地对砂轮表面进行修形、修锐等表面修整。

金刚石是目前工业上得以应用的最硬的材料，因此责无旁贷地承担起了对各种磨料砂轮的修整任务。但金刚石磨料本身属于脊性材料，要依靠其它材料相互结合和定型并保证一定的结合强度，由于技术上的原因，过去均是在金属基体表面电镀一层金刚石作为修整轮，而电镀层很薄，很容易磨损消耗且不能针对不同的修整对象而有效地调节工作层的硬度。随着陶瓷结合剂金刚石制品制备技术的成熟和发展，完全可以采用陶瓷结合剂金刚石滚轮作为修整轮。陶瓷结合剂金刚石修整轮结合了陶瓷材料和金刚石各自的优点，并且可以根据需要调节金刚石修整轮工作层的硬度，以达到最佳的修整效率和效果，而且金刚石工作层的厚度远远大于现有技术电镀层的厚度，并且陶瓷结合剂金刚石工作层厚度根据需要可调，大大提高了修整轮的使用寿命。

具体实施方式为：

步骤（1）首先根据修整砂轮的材料和硬度设计修整轮（滚轮）的组织、金刚石和结合剂的组成比例、密度。

步骤（2）根据修整轮的规格尺寸计算金刚石滚轮的成型单重。

步骤（3）根据步骤（1）、（2）的配方进行配料、混料并成型。

制备陶瓷结合剂金刚石修正轮的工作层的具体实施例详见表1。

表1

№	金刚石磨料（％）	陶瓷结合剂（％）
			实施例1	75	25
实施例2	65	35
			实施例3	60	40

3

为了使陶瓷结合剂中的成分进行充分、均匀地相互作用，以期能够更有效地控制陶瓷结合剂金刚石修整轮的组织均匀性，首先将按配比称取的原料，经混合、1200℃熔炼、淬冷、

粉碎而制得陶瓷结合剂粉料。陶瓷结合剂原料均为常规化工原料，具体实施例详见表2

表2

№	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	ZnO	P₂O₅	Li₂O
							实施例1	45	1.5	45	2.5	5	1
实施例2	51	3	35	5	3	3
							实施例3	60	0	30	2	4	4

步骤（4）：将步骤（3）成型的坯件在800℃以下进行烧结。

步骤（5）：加工金属芯，并保证金属芯之内孔尺寸精度和修整器的机械连接，之外径和步骤（4）烧结体内经刚好吻合。

步骤（6）将步骤（5）加工的金属芯粘结镶嵌在步骤（4）的烧结体内，粘结层采用环氧有机胶粘剂。粘结层要保证陶瓷结合剂金刚石修整轮与金属芯之间不存有大的缝隙，然后加压、固化。

步骤（7）将固化好的修整轮卸压，进行表面清理和外观的修整。

本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims

1.一种陶瓷结合剂金刚石修整轮，由金属芯、粘结层和陶瓷结合剂金刚石工作层组成；其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石工作层的原料组分及其重量百分比含量为：25～40％陶瓷结合剂和60～75％金刚石磨料；所述的陶瓷结合剂的原料组分及其重量百分比含量为：45～60％ SiO₂，0～3％ Al₂O₃，30～45％ B₂O₃，2～5％ ZnO，3～5％ P₂O₅, 1～4% Li₂O。

2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其特征在于，所述金刚石磨料粒度为50～300mm之间的任一粒度或任一混合粒度。

3.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其特征在于，所述金属芯为钢或铝合金金属芯。

4.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石工作层的厚度和硬度可调。

5.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石修整轮的规格尺寸不限。

6.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石修整轮的烧结温度低于800℃。