CN105437091A - 一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法，所述砂轮包括砂轮基体和砂轮磨料层，砂轮基体一端设置螺纹孔，另一端粘接磨料层，所述磨料层由磨料立方氮化硼、碳化硅、耐高温树脂粉、氧化铬、电解铜粉、石墨、氧化铝空心球制备而成，磨料层上均匀分布有直径2~3.5mm的球形气孔。在本发明公开的制备方法制备的树脂结合剂立方氮化硼砂轮表现出了良好的磨削性能：单次进刀0.60mm、工件无烧伤、砂轮自锐性好、耐用度高，并且具有很高的磨削寿命，实现了本发明的预期整体目标。该种砂轮磨尺寸不同的不锈钢工件时均具有较高的磨削效率和工件表面质量，产品质量稳定。

Description

一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法
技术领域
本发明专利属于超硬材料及制品领域，具体涉及一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮。
背景技术
不锈钢是一种相对软黏材质的金属，因其氮化后具有高强度、高硬度以及不会生锈等特点，越来越多的应用于制造业。不锈钢工件的磨削加工一般需要经过粗磨去余量、半精磨控精度、淬火增强、精磨定光洁度、氮化增加耐磨性、再精磨去浮层等流程。不锈钢工件代加工商为了减少后道工序的磨削压力，通常要求粗磨工序单次大余量的切削，且需保证无工件烧伤和变形，这就给树脂结合剂超硬材料砂轮提出了更高的要求。因为大余量切削进刀时，树脂结合剂端面磨砂轮会出现磨屑黏附砂轮表面导致工件烧伤以及砂轮自锐性减弱的情况，鉴于端面磨削用砂轮的磨削面通常较大，所以如何避免磨屑黏附磨料层，成为大余量进刀磨削金属工件时首先要解决的难题。
在制备高效磨削用树脂结合剂端面磨削用砂轮时，行业内常用的方案是在圆环磨料层上切径向深槽，以便于磨屑及时排出磨削面，减少黏附。但切槽的排屑能力有限，在大余量进刀时仍然难以避免盘面黏屑情况。因此，本发明尝试在结合剂体系中加入大直径空心球，以起到更强的容屑能力，满足大余量切削的磨削要求。
专利CN203401411U公开了一种大气孔砂轮，砂轮生产时在磨削面制造出很多气孔，以达到更好的容屑和散热功能。这一实用新型专利表达了大气孔砂轮存在的作用以及磨削机理，并未涉及针对特定磨削工件的配方设计和工艺。
专利CN102001053A公开了一种陶瓷空心球复合结合剂立方氮化硼砂轮工作层及其制造方法。这一发明专利提出了使用陶瓷空心球做造孔剂制备金属/陶瓷复合结合剂立方氮化硼砂轮的思路和制备工艺。然而其所使用的工艺只适用于直径200微米以下的陶瓷空心球，这一工艺不能够应用于大直径（≥2mm）空心球造孔剂砂轮工作层的制备，这一产品也不适用于不锈钢材料的大余量端面磨削。
发明内容
本发明的目的是针对软黏材质不锈钢材料的大余量切削工艺，开发一种具有较高的磨削效率和工件表面质量，产品质量稳定的不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法。
本发明采用以下技术方案实现上述目的：一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，它包括砂轮基体和砂轮磨料层，砂轮基体一端设置螺纹孔，另一端粘接磨料层，所述磨料层由以下体积份数的原料制备而成，磨料立方氮化硼15-40份，碳化硅5-30份；结合剂耐高温树脂粉30-50份，氧化铬3-10份，电解铜粉3-10份，石墨1-8份；氧化铝空心球5-20份；
其中立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为聚酰亚胺树脂，粒径为60-80μm，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm；氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
磨料层上均匀分布有直径2~3.5mm的球形气孔。
砂轮磨料层直径为300-500mm，厚度为3-10mm。
不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，制备步骤为：
(1)取磨料和结合剂，加入润湿剂二甲基甲酰胺后过80#筛网一次，得到混合料后再在三维混料机中混料，取出混料后过80#筛网三次；
(2)将步骤(1)的混合料与氧化铝空心球投入模具型腔，混合料与空心球分层间隔投入；
(3)将步骤(2)组装好的模具套装在压机上压制成型，压制温度为180-200℃、压力为2-6MPa，保压时间为60-120min，得到砂轮磨料层毛坯；
(4)将步骤(3)得到的磨料层毛坯，置于硬化烘箱中，按照1℃/min的升温速率升温至190-220℃，保温24h，然后冷却至室温，得到所需的磨料层；
(5)将步骤(4)得到的磨料层进行表面去树脂皮和喷砂处理，将处理过的磨料层用环氧树脂胶粘接在砂轮基体上；
(6)将步骤(5)制得的砂轮在烘箱内50-100℃保温2-6h，然后冷却至室温；
(7)将步骤(6)所得砂轮进行磨料层端面修整、基体钻孔攻丝、内外圆修整加工处理；
(8)检验步骤(7)所得砂轮成品的尺寸参数；
所述磨料为立方氮化硼、碳化硅；所述结合剂为耐高温树脂粉，氧化铬，电解铜粉，石墨。
步骤（2）中混合料与空心球投入2-5层，投入时混合料层层厚4-8mm，空心球层层厚2-4mm。
所述氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为聚酰亚胺树脂，粒径为60-80μm，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm。
经批量产品试验，在不锈钢材料大余量端面磨削中，在本发明公开的制备方法制备的树脂结合剂立方氮化硼砂轮表现出了良好的磨削性能：单次进刀0.60mm、工件无烧伤、砂轮自锐性好、耐用度高，并且具有很高的磨削寿命，实现了本发明的预期整体目标。该种砂轮磨尺寸不同的不锈钢工件时均具有较高的磨削效率和工件表面质量，产品质量稳定。
在同等加工条件下，磨削同样规格的工件，本发明砂轮与普通砂轮磨削性能对比如表2所示。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部放大示意图；
图3为本发明的实物断面光学图片；
图4为普通砂轮磨削成的工件；
图5为本发明公开的砂轮磨削成的工件。
其中1.铝基体；2.磨料层；3.气孔；4.螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
如图1、图2、图3所示，一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，包括砂轮基体1、砂轮磨料层2和气孔3，基体1为直径300-500mm的铸铝，基体一端设置螺纹孔4，螺纹孔直径为4-10mm，另一端粘接磨料层2；磨料层2直径与基体相同，厚度为3-10mm；磨料层均匀分布有直径为2-3.5mm的球状气孔3。
所述磨料层由以下体积份数的原料制备而成，磨料为立方氮化硼15-40份，碳化硅5-30份；结合剂中耐高温树脂粉30-50份，氧化铬3-10份，电解铜粉3-10份，石墨1-8份；氧化铝空心球5-20份；
其中立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为聚酰亚胺树脂，粒径为60-80μm，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm；氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取磨料和结合剂，加入润湿剂二甲基甲酰胺后过80#筛网一次，加入N-N二甲基甲酰胺后，在50Hz频率的三维混料机中均匀旋转，取出混料后再过80#筛网三次；
(2)将步骤(1)的混合料与造孔用氧化铝空心球投入模具型腔，混合料与空心球分层间隔投入，混合料与空心球分层间隔投入共计2-5层，其中混合料层层厚4-8mm，空心球层层厚2-4mm，确保空心球在径向、法相以及垂直方向上均匀分布，保证制得的树脂结合剂砂轮在径向、法相以及不同层面具有稳定统一的强度和硬度，使砂轮具有稳定的磨削性能；
(3)将步骤(2)组装好的模具套装在压机上压制成型，压制温度为180-200℃、压力为2-6MPa，保压时间为60-120min，得到砂轮磨料层毛坯；
(4)将步骤(3)得到的磨料层毛坯，置于硬化烘箱中，按照1℃/min的升温速率升温至190-220℃，保温24h，然后冷却至室温，得到所需的磨料层；
(5)将步骤(4)得到的磨料层进行表面去树脂皮和喷砂处理，将处理过的磨料层用环氧树脂胶粘接在砂轮基体上；
(6)将步骤(5)制得的砂轮在烘箱内50-100℃保温2-6h，然后冷却至室温；
(7)将步骤(6)所得砂轮进行磨料层端面修整、基体钻孔攻丝、内外圆修整等加工处理；
(8)检验步骤(7)所得砂轮成品的尺寸参数。
根据以上工艺制备出的砂轮，能够满足不锈钢材料端面大余量、高表面质量、高耐用度和高寿命的磨削要求。单次进刀0.40mm、工件无烧伤、砂轮自锐性好、耐用度高，并且具有很高的磨削寿命，该种砂轮磨尺寸不同的不锈钢工件时均具有较高的磨削效率和工件表面质量，产品质量稳定。
实施例1
一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，包括砂轮基体1、砂轮磨料层2和气孔3，基体1为直径300mm的铸铝，基体一端设置螺纹孔4，螺纹孔直径为4-10mm，另一端粘接磨料层2；磨料层2直径与基体相同，厚度为3mm；磨料层均匀分布有直径为2-3.5mm的球状气孔3。
所述磨料层由以下体积份数的原料制备而成，磨料为立方氮化硼30份，碳化硅5份；结合剂中耐高温树脂粉30份，氧化铬8份，电解铜粉10份，石墨2份；氧化铝空心球13份；
其中立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为粒径60-80μm的聚酰亚胺树脂粉，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm；氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，具体步骤如下：
(1)称取磨料和结合剂，加入润湿剂二甲基甲酰胺后过80#筛网一次，加入N-N二甲基甲酰胺后，在50Hz频率的三维混料机中均匀旋转，取出混料后再过80#筛网三次；
(2)将步骤(1)的混合料与造孔用氧化铝空心球投入模具型腔，混合料与空心球分层间隔投入，混合料与空心球分层间隔投入共计2-5层，其中混合料层层厚4-8mm，空心球层层厚2-4mm，确保空心球在径向、法相以及垂直方向上均匀分布，保证制得的树脂结合剂砂轮在径向、法相以及不同层面具有稳定统一的强度和硬度，使砂轮具有稳定的磨削性能；
(3)将步骤(2)组装好的模具套装在压机上压制成型，压制温度为180℃、压力为5Pa，保压时间为100min，得到砂轮磨料层毛坯；
(4)将步骤(3)得到的磨料层毛坯，置于硬化烘箱中，按照1℃/min的升温速率升温至200℃，保温24h，然后冷却至室温，得到所需的磨料层；
(5)将步骤(4)得到的磨料层进行表面去树脂皮和喷砂处理，将处理过的磨料层用环氧树脂胶粘接在砂轮基体上；
(6)将步骤(5)制得的砂轮在烘箱内50℃保温3h，然后冷却至室温；
(7)将步骤(6)所得砂轮进行磨料层端面修整、基体钻孔攻丝、内外圆修整等加工处理；
(8)检验步骤(7)所得砂轮成品的尺寸参数。
实施例2-8
实施例2-8中各变量参数如上表所示，其余个参数及砂轮制备方法同实施例1。

Claims (7)

1.一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，其特征在于：它包括砂轮基体和砂轮磨料层，砂轮基体一端设置螺纹孔，另一端粘接磨料层，所述磨料层由以下体积份数的原料制备而成，磨料立方氮化硼15-40份，碳化硅5-30份；结合剂耐高温树脂粉30-50份，氧化铬3-10份，电解铜粉3-10份，石墨1-8份；氧化铝空心球5-20份；
其中立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为聚酰亚胺树脂，粒径为60-80μm，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm；氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
2.根据权利要求1所述的不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，其特征在于：磨料层上均匀分布有直径2~3.5mm的球形气孔。
3.根据权利要求1所述的不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮，其特征在于：砂轮磨料层直径为300-500mm，厚度为3-10mm。
4.根据权利要求1至3任一所述不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
(1)取磨料和结合剂，加入润湿剂二甲基甲酰胺后过80#筛网一次，得到混合料后再在三维混料机中混料，取出混料后过80#筛网三次；
(2)将步骤(1)的混合料与氧化铝空心球投入模具型腔，混合料与空心球分层间隔投入；
(3)将步骤(2)组装好的模具套装在压机上压制成型，压制温度为180-200℃、压力为2-6MPa，保压时间为60-120min，得到砂轮磨料层毛坯；
(4)将步骤(3)得到的磨料层毛坯，置于硬化烘箱中，按照1℃/min的升温速率升温至190-220℃，保温24h，然后冷却至室温，得到所需的磨料层；
(5)将步骤(4)得到的磨料层进行表面去树脂皮和喷砂处理，将处理过的磨料层用环氧树脂胶粘接在砂轮基体上；
(6)将步骤(5)制得的砂轮在烘箱内50-100℃保温2-6h，然后冷却至室温；
(7)将步骤(6)所得砂轮进行磨料层端面修整、基体钻孔攻丝、内外圆修整加工处理；
(8)检验步骤(7)所得砂轮成品的尺寸参数；
所述磨料为立方氮化硼、碳化硅；所述结合剂为耐高温树脂粉，氧化铬，电解铜粉，石墨。
5.据权利要求4所述一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：步骤（2）中混合料与空心球投入2-5层，投入时混合料层层厚4-8mm，空心球层层厚2-4mm。
6.据权利要求4所述一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：所述氧化铝空心球的直径为2-3.5mm。
7.据权利要求4所述一种不锈钢端面磨削用大气孔树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：立方氮化硼粒度为60/70，碳化硅粒度为220#；耐高温树脂粉为聚酰亚胺树脂，粒径为60-80μm，电解铜粉粒径2-4μm，石墨粒径40-50μm。
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