CN102815946A - 一种cbn陶瓷高速砂轮及制备方法和应用 - Google Patents

一种cbn陶瓷高速砂轮及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种CBN陶瓷高速砂轮，包括钢基体和工作磨料层，所述工作磨料层包括磨料层和中间过渡层，所述磨料层的材料为：低温结合剂、白刚玉、陶瓷漂珠、CBN、所述中间过渡层的材料为：低温结合剂、150目陶瓷球；所述低温结合剂的材料按体积比为：纳米级三氧化二铝8-12，纳米级二氧化硅8-12，预熔陶瓷粉75-85；所述预熔陶瓷粉的材料按体积比为：三氧化二铝25-35，二氧化硅27-37，氧化钠4.5-5.5，氧化钾1.5-2.5，氧化镁1.5-2.5，氧化钙0.8-1.2，三氧化二硼5-11。本发明的优点是：陶瓷结合剂烧成温度为750℃，但抗折强度能达到115MPa，此温度下CBN强度基本不损失，大大提高了CBN砂轮切削性能。本发明还公开了该CBN陶瓷高速砂轮的制备方法和应用。

Description

一种CBN陶瓷高速砂轮及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体说是一种CBN(立方氮化硼)陶瓷高速砂轮，更具体说是一种用于节能高档汽车曲轴连杆颈高速磨削的CBN陶瓷高速砂轮及制备方法。
背景技术
由于油价上涨、原材料成本上升、人民币升值以及国家对节能汽车各种优惠政策等多种因素的影响，市场对环保、节能新动力汽车的呼声越来越高。这就要求汽车发动机的性能越来越优良，作为发动机重要零部件的凸轮轴曲轴加工的精密程度直接影响发动机节能效果，国内目前对于此方面还没有成型技术，迫切需要研制出一种用于高档节能发动机曲轴的精密加工高速CBN砂轮。
CBN陶瓷砂轮主要由钢基体和工作磨料层两部分组成，工作磨料层主要成分为陶瓷结合剂和CBN，传统CBN陶瓷结合剂烧成温度一般为900__950℃，抗折强度一般为75MPa，此温度下CBN强度损失10％左右，且CBN磨料尖角钝化。陶瓷结合剂强度越大，砂轮修整周期越长，寿命越高。CBN尖角和强度，影响砂轮切削效率。
发明内容
为提高砂轮整体性能，本发明提供一种低温陶瓷结合剂CBN高速砂轮，陶瓷结合剂烧成温度为750℃，但抗折强度能达到115MPa，此温度下CBN强度基本不损失，切棱角分明，大大提高了CBN砂轮切削性能。具体方案如下：
一种CBN陶瓷高速砂轮，包括钢基体和工作磨料层，所述工作磨料层包括磨料层和中间过渡层，所述磨料层的材料按体积比为：低温结合剂33-37，白刚玉7-9，陶瓷漂珠6-8，CBN45-55；所述中间过渡层的材料按体积比为：：低温结合剂30-40，150目陶瓷球55-75；所述低温结合剂的材料按体积比为：纳米级三氧化二铝8-12，纳米级二氧化硅8-12，预熔陶瓷粉75-85；所述预熔陶瓷粉的材料按体积比为：：三氧化二铝25-35，二氧化硅27-37，氧化钠4.5-5.5，氧化钾1.5-2.5，氧化镁1.5-2.5，氧化钙0.8-1.2，三氧化二硼5-11；
所述150目陶瓷球耐温1350℃；
本发明还公开一种所述CBN陶瓷高速砂轮的制备方法，是按下述方法制备的：
一、低温结合剂制备
(1)预熔陶瓷粉的制备：
按材料按体积比为：：三氧化二铝25-35，二氧化硅27-37，氧化钠4.5-5.5，氧化钾1.5-2.5，氧化镁1.5-2.5，氧化钙0.8-1.2，三氧化二硼5-11将原料混合后，经1600度2小时保温烧成，再水冷、破碎、过240标准筛、筛下粉末、烘干，制得预熔陶瓷粉；
(2)低温结合剂的制备：
按材料按体积比为：：纳米级三氧化二铝8-12，纳米级二氧化硅8-12，预熔陶瓷粉75-85，将原料混合，经球磨混合均匀，所得制品为低温结合剂；
二、工作磨料层的制备：
按体积比称取磨料层材料：低温结合剂33-37，白刚玉7-9，陶瓷漂珠6-8，CBN45-55，按体积比称取中间过渡层材料：低温结合剂30-40，150目陶瓷球55-75，将上述材料按通用方法设置在基体上后，按设定的温度曲线烧结，制得成品；所述温度曲线为：20℃经过2小时升温至150℃，再经3小时升温至500℃，再经3小时升温至750℃，最后750℃保温6小时；在烧结过程中，采用惰性气体保护；
本发明还公开一种所述CBN陶瓷高速砂轮的应用：所述CBN陶瓷高速砂轮应用于加工汽车发动机曲轴连杆颈。
本发明材料配方的特点：
A、结合剂烧成温度低，抗折强度高，对磨料粘结性好；
B、高温预熔陶瓷的加入降低了结合剂烧成温度，并提高了结合剂对磨料的润湿性；
C、CBN陶瓷工作层中加入适量的金刚石，能在一定程度上提高磨粒切削效率，并能降低成本；
D、纳米材料的引入大大提高了结合剂对磨料的包裹能力、强度、烧结温度。
将混合好的物料加入聚乙烯水溶液，压制成固定形状，干燥后进高温炉烧结。
本发明制备方法的工艺特点：
A、陶瓷工作层烧结温度按特定温度曲线，根据陶瓷产品高温烧结特殊性，本发明公开了适合陶瓷CBN砂轮的烧结温度曲线，在不同温度范围内升温速率也有区别，温度曲线在数显控温表的控制下得到精确控制，从而保证产品达到预期目的。
B、陶瓷CBN砂轮工作层高温烧结过程中采取同惰性气体保护焙烧方式，保证CBN强度不变化，表面无烧损。
具体实施方式
实施例1
一、低温结合剂制备
1、预熔陶瓷粉的制备：
按材料配比为(按体积比)：三氧化二铝25，二氧化硅32，氧化钠5.5，氧化钾1.5，氧化镁2，氧化钙1.2，三氧化二硼5将原料混合后，经1600度2小时保温烧成，再水冷、破碎、过240标准筛、筛下粉末、烘干，制得预熔陶瓷粉；
2、低温结合剂的制备：
按材料配比为(按体积比)：纳米级三氧化二铝8，纳米级二氧化硅10，预熔陶瓷粉85，将原料混合，经球磨混合均匀，所得制品为低温结合剂；
二、工作磨料层的制备：
按下述配比称取磨料层(按体积比)：低温结合剂33，白刚玉8，陶瓷漂珠8，CBN45，按下述配比称取中间过渡层(按体积比)：低温结合剂30，150目陶瓷球60，将上述材料按通用方法设置在基体上后，按设定的温度曲线烧结，制得成品；所述温度曲线为：20℃经过2小时升温至150℃，再经3小时升温至500℃，再经3小时升温至750℃，最后750℃保温6小时；在烧结过程中，采用氖气保护。
实施例2
一、低温结合剂制备
1、预熔陶瓷粉的制备：
按材料配比为(按体积比)：三氧化二铝35，二氧化硅37，氧化钠4.5，氧化钾2.5，氧化镁2.5，氧化钙0.8，三氧化二硼11将原料混合后，经1600度2小时保温烧成，再水冷、破碎、过240标准筛、筛下粉末、烘干，制得预熔陶瓷粉；
2、低温结合剂的制备：
按材料配比为(按体积比)：纳米级三氧化二铝12，纳米级二氧化硅12，预熔陶瓷粉75，将原料混合，经球磨混合均匀，所得制品为低温结合剂；
二、工作磨料层的制备：
按下述配比称取磨料层(按体积比)：低温结合剂37，白刚玉9，陶瓷漂珠6，CBN55，按下述配比称取中间过渡层(按体积比)：低温结合剂40，150目陶瓷球75，将上述材料按通用方法设置在基体上后，按设定的温度曲线烧结，制得成品；所述温度曲线为：20℃经过2小时升温至150℃，再经3小时升温至500℃，再经3小时升温至750℃，最后750℃保温6小时；在烧结过程中，采用氩气保护。
实施例3
一、低温结合剂制备
1、预熔陶瓷粉的制备：
按材料配比为(按体积比)：三氧化二铝30，二氧化硅27，氧化钠5，氧化钾2，氧化镁1.5，氧化钙1，三氧化二硼8，将原料混合后，经1600度2小时保温烧成，再水冷、破碎、过240标准筛、筛下粉末、烘干，制得预熔陶瓷粉；
2、低温结合剂的制备：
按材料配比为(按体积比)：纳米级三氧化二铝10，纳米级二氧化硅8，预熔陶瓷粉80，将原料混合，经球磨混合均匀，所得制品为低温结合剂；
二、工作磨料层的制备：
按下述配比称取磨料层(按体积比)：低温结合剂35，白刚玉7，陶瓷漂珠7，CBN50，按下述配比称取中间过渡层(按体积比)：低温结合剂35，150目陶瓷球55，将上述材料按通用方法设置在基体上后，按设定的温度曲线烧结，制得成品；所述温度曲线为：20℃经过2小时升温至150℃，再经3小时升温至500℃，再经3小时升温至750℃，最后750℃保温6小时；在烧结过程中，采用氦气保护。
表1为本发明的CBN陶瓷高速砂轮与日本丰田万磨砂轮加工同类产品参数比较：
表1
Figure BDA0000067023540000051

Claims (4)

1.一种CBN陶瓷高速砂轮，包括钢基体和工作磨料层，其特征在于：所述工作磨料层包括磨料层和中间过渡层，所述磨料层的材料按体积比为：低温结合剂33-37，白刚玉7-9，陶瓷漂珠6-8，CBN45-55；所述中间过渡层的材料按体积比为：：低温结合剂30-40，150目陶瓷球55-75；所述低温结合剂的材料按体积比为：纳米级三氧化二铝8-12，纳米级二氧化硅8-12，预熔陶瓷粉75-85；所述预熔陶瓷粉的材料按体积比为：：三氧化二铝25-35，二氧化硅27-37，氧化钠4.5-5.5，氧化钾1.5-2.5，氧化镁1.5-2.5，氧化钙0.8-1.2，三氧化二硼5-11。
2.根据权利要求1所述的CBN陶瓷高速砂轮，其特征在于：所述150目陶瓷球耐温1350℃。
3.一种权利要求1所述CBN陶瓷高速砂轮的制备方法，其特征在于是按下述方法制备的：
一、低温结合剂制备
(1)预熔陶瓷粉的制备：
按材料按体积比为：：三氧化二铝25-35，二氧化硅27-37，氧化钠4.5-5.5，氧化钾1.5-2.5，氧化镁1.5-2.5，氧化钙0.8-1.2，三氧化二硼5-11将原料混合后，经1600度2小时保温烧成，再水冷、破碎、过240标准筛、筛下粉末、烘干，制得预熔陶瓷粉；
(2)低温结合剂的制备：
按材料按体积比为：：纳米级三氧化二铝8-12，纳米级二氧化硅8-12，预熔陶瓷粉75-85，将原料混合，经球磨混合均匀，所得制品为低温结合剂；
二、工作磨料层的制备：
按体积比称取磨料层材料：低温结合剂33-37，白刚玉7-9，陶瓷漂珠6-8，CBN45-55，按体积比称取中间过渡层材料：低温结合剂30-40，150目陶瓷球55-75，将上述材料按通用方法设置在基体上后，按设定的温度曲线烧结，制得成品；所述温度曲线为：20℃经过2小时升温至150℃，再经3小时升温至500℃，再经3小时升温至750℃，最后750℃保温6小时；在烧结过程中，采用惰性气体保护。
4.一种权利要求1所述CBN陶瓷高速砂轮的应用，其特征在于：所述CBN陶瓷高速砂轮应用于加工汽车发动机曲轴连杆颈。
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