CN107650032A

CN107650032A - 一种应用于氧化锆陶瓷插芯pc球面的磨削砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN107650032A
Application number: CN201711043036.8A
Authority: CN
Inventors: 叶腾飞; 曹剑锋
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2018-02-02

Abstract

本发明涉及一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，包括砂轮基体和磨削层，所述磨削层主要由磨料、树脂粘结剂和填料制成，所述填料由聚四氟乙烯、高密度聚乙烯及活性纳米抛光剂组成，所述活性纳米抛光剂由下述重量百分比的原料组成：氧化铈10－30%、三氧化二铁5－15%、二氧化铬25－40%，鳞片石墨20－40%。本发明磨削砂轮属于超细微粉砂轮，能够满足插芯PC球面的曲率半径要求和高表面质量要求，砂轮锋利、形状保持性好、加工效率高，磨削时能够达到免修整。

Description

一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于机械加工中的超硬材料及制品技术领域，具体涉及一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮及其制备方法。

背景技术

陶瓷插芯是光纤插芯的一种，是用纳米二氧化锆（ZrO₂）经一系列复杂的烧结工艺制成的圆柱形精密陶瓷器件，其质地坚硬、熔点高、耐磨、热稳定性好，是光纤通信网络中最常用、数量最多的精密定位件，常常用于光纤连接器的制造、器件的光耦合等。陶瓷插芯最主要的作用是实现光纤的物理对接，常与陶瓷套管配合使用。

陶瓷插芯具有较高的强度和硬度，应用于精密电子连接器。市场上有一类插芯是倒圆角的陶瓷插芯，倒过圆角后便于连接。此类插芯为PC球面插芯，此插芯的球面加工精度和光洁度要求极高，一般要求曲率半径20±5mm，光洁度（Ra）≤0.1μm。要求所用加工砂轮能够达到免修整，具有高的加工效率、高的锋利度、高表面质量加工以及形状保持性好，免修整。如果砂轮形状保持性不高，发生磨损非均匀变形，就会使陶瓷插芯的圆角尺寸产生误差，从而影响陶瓷插芯的质量。

目前，市场上多用陶瓷结合剂金刚石砂轮对陶瓷插芯PC面进行加工。陶瓷结合剂砂轮硬而脆，在加工过程中容易断裂，且加工出的PC面容易产生划痕和震纹，甚至变形，磨削不良品见图2中左图。目前在PC加工工序中存在的不稳定因素较多，因此加工工件的良率普遍偏低。因此，亟待开发研究新的适用于陶瓷插芯PC球面磨削的砂轮。

本发明是针对以上陶瓷插芯PC面的要求，结合目前行业内使用的陶瓷结合剂砂轮对其加工存在的易断裂、易产生划痕和震纹、变形、良率低等问题，根据目前陶瓷插芯加工企业配套的设备，提供一类砂轮，能够满足插芯PC面加工的高精度（曲率半径达标）、高表面质量要求（光洁度达标），磨削表面无震纹，且能够达到免修整，加工效率高，不易断裂的树脂结合剂砂轮。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其属于超细微粉砂轮，能够满足插芯PC球面的曲率半径要求和高表面质量要求，砂轮锋利、形状保持性好、加工效率高，磨削时能够达到免修整。

本发明还提供了上述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，包括砂轮基体和磨削层，其中，所述磨削层主要由磨料、树脂粘结剂和填料制成，所述填料由聚四氟乙烯（PTFE）、高密度聚乙烯（HDPE）及活性纳米抛光剂组成，所述活性纳米抛光剂由下述重量百分比的原料组成：氧化铈10－30%、三氧化二铁5－15%、二氧化铬25－40%，鳞片石墨20－40%。

具体的，所述填料中各原料的体积份数为：聚四氟乙烯5－7份、高密度聚乙烯10－12份，活性纳米抛光剂10－20份。也就是说，磨削层中填料的添加体积份数为25－39份。

具体的，所述树脂粘结剂为聚酰亚胺树脂，粒径在40－60μm之间。磨削层中添加的体积份数为55－63份。

磨料中，主磨料为超细金刚石微粉，辅助磨料为超细碳化硼微粉。进一步的，所述磨料中各原料的体积份数为：M2/4金刚石微粉10－15份，M0/0.5金刚石微粉15－20份，M1.5/3.5碳化硼微粉5－10份。也就是说，磨削层中磨料的添加体积份数为30－45份。金刚石和碳化硼磨料的硬度高于氧化锆陶瓷插芯的硬度，，且MDA和CDA金刚石具有很好的刃口和自锐性，能够锋利的对陶瓷插芯PC面进行磨削加工，不会因加工不动工件而使工件产生震纹甚至砂轮碎裂。

进一步优选的，本发明中所述砂轮基体由303F不锈钢磨光棒料制成。303F不锈钢材料具有良好的硬度和强度，在高转速使用过程中不易变形，能够保证很好的加工精度，易于进行车削加工，可以根据配套磨床需求，加工成不同的形状；用于砂轮基体，在有磨削液磨削的情况下不生锈，能够保证精密加工现场的洁净度。

一种上述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的制备方法，其包括如下步骤：

1）按比例取各原料，向磨料中加入湿润剂，研磨均匀，然后混匀，过筛网，备用；

2）将活性纳米抛光剂的各原料放入球磨机中球磨混匀，混合后所得混合料过筛网，备用；

3）将步骤1）和2）所得混合料混合，并加入树脂粘结剂、聚四氟乙烯和高密度聚乙烯后，过筛网，得到成型料；

4）将成型料依据成型砂轮的直径和厚度要求进行压制成型，获得具有磨削抛光作用的磨削层；

5）将磨削层与砂轮基体进行粘接，即得应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其具有高精磨磨削强度、锋利度和一定的弹性，适合陶瓷插芯PC球面磨削。

具体的，步骤2）中球磨时，在球磨机中混合30分钟，其中活性纳米抛光剂和陶瓷球的质量比为1:5，陶瓷球为氧化锆陶瓷球，且为粒径8mm、5mm、3mm的混合球，数量比为1:2:3。

具体的，步骤4）中压制成型时，在温度165－175℃、压力1－3MPa的条件下保压1min，期间排气3－5次，然后于温度225℃、压力2MPa的条件下保压20－30min。

本发明的创新点在于：根据氧化锆陶瓷插芯的硬度、密度、PC球面的精度要求，光洁度要求等，专门设计了针对于这些要求的专一砂轮配方，其能够很好的对PC球面进行磨削加工。得到一类专用于此PC球面磨的树脂结合剂金刚石砂轮。和现有技术相比，本发明的有益效果：

1）本发明砂轮采用树脂结合剂，树脂结合剂较陶瓷结合剂相比具有一定的弹性，在磨削过程中对于氧化锆陶瓷插芯工件具有一定的接触缓冲作用，砂轮不易断裂，不会造成由于抗力较大对工件进行挤压产生划痕，从而最终达到磨削光洁度高，表面质量较好的PC球面；

2）本发明中高自锐性金刚石微粉，粒度采用混合粒度，M2/4的金刚石能够保证高效的对PC球面进行加工，M0/0.5的金刚石以及M1.5/3.5的碳化硼辅助磨料能够同时对由于M2/4金刚石磨削留下的纹路进行消除，因此其金刚石磨料和碳化硼磨料类型和粒度的选择既能保证高效的加工效率，又能保证陶瓷插芯PC面的精度和光洁度；

3）本发明配方中针对于氧化锆陶瓷插芯高表面质量要求，添加活性纳米抛光剂，能够在主磨料和辅助磨料对PC面磨削后再次进行机械抛光，能够进一步提高PC面的光洁度，去除由于磨料磨削产生的纹路和划痕；

4）本发明中PTFE和HDPE的添加，不仅能够降低砂轮在磨削时由于磨削热产生变形，同时也能提高砂轮的弹性和消耗一致性，这样就保证了砂轮对陶瓷插芯PC面磨削的精度；

5）本发明中303F不锈钢基体的硬度、强度均高于普通的铝基体甚至航空铝基体，能够适用于7000rpm以上的转速而不变形，这样利于PC面的磨削精度和其要求的曲率半径。

附图说明

图1 为本发明砂轮中磨削层的内部结构SEM图像；图中可以看出：制成的此氧化锆插芯球面磨砂轮金刚石浓度较高，分布均匀，金刚石粒径刃口较好，具有很高的锋利度，且结合剂发生了很好的反应，在SEM中看不出明显结合剂，但是却能够很薄的附着在金刚石颗粒之间，不仅具有一定把持力，且锋利，自锐性好；

图2 中，左图为现有采用陶瓷结合剂砂轮磨削工件的效果图，右图为采用本发明砂轮磨削工件的效果图；图中可以看出：陶瓷结合剂砂轮磨出工件表面具有较多的划痕，且存在划伤区域，光洁度不能满足要求，本发明树脂结合剂砂轮磨出的工件表面在相同放大倍数的投影下，基本无划痕，表面光洁均匀，无划伤区域；

图3是本发明磨削砂轮的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

下述实施例中，金刚石微粉为购买的MDA型微粉，生产厂家为河南飞孟金刚石工业有限公司，粒度范围为M2/4和M0.5/1.5。辅助磨料碳化硼微粉购买自洛阳奥利精细化工有限公司的CDA型微粉。技术参数要求满足下表。

下述实施例中，树脂粘结剂为热固性聚酰亚胺树脂粉末，购买的普通市售产品，粒径范围在40-60μm之间。填料之一聚四氟乙烯（PTFE），为普通市售产品，要求含水率＜0.03%，平均粒径＜5μm；填料之二高密度聚乙烯（HDPE），为普通市售产品，要求含水率＜0.03%，平均粒径＜10μm。所述活性纳米抛光剂为多种无机氧化物的混合物，均为普通市售产品，具体技术要求及不同实例中选用的质量百分配比如下表所示。

实例1至6

实施例1至6所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的各原料配比如下表所示。表中，金刚石1为M2/4金刚石，金刚石2为M0/0.5金刚石，湿润剂为混合甲酚（混合甲酚是甲酚的间位、对位、邻位三种甲酚异构体的混合物，为普通市售产品），树脂粉为树脂粘结剂热固性聚酰亚胺树脂粉末。

1）按比例取各原料，向磨料（M2/4金刚石微粉、M0/0.5金刚石微粉和碳化硼微粉）中加入湿润剂，在陶瓷研钵中研磨均匀，然后放入三维混料机中混合20分钟以混匀，过200目筛网，备用；

2）将活性纳米抛光剂的各原料（氧化铈、三氧化二铁、二氧化铬和鳞片石墨）放入球磨机中球磨混合30分钟以混匀（活性纳米抛光剂和陶瓷球的质量比为1:5，陶瓷球为氧化锆陶瓷球，且为粒径8mm、5mm、3mm的混合球，数量比为1:2:3），混合后所得混合料过240目筛网，备用；

3）将步骤1）和2）所得混合料混合，并加入树脂粘结剂、聚四氟乙烯和高密度聚乙烯后，过200目筛网，得到成型料；

4）将成型料依据成型砂轮的直径和厚度要求进行压制成型，获得具有磨削抛光作用的磨削层（其端面电子显微镜扫描图像，见图1）；压制成型时，在温度165－175℃、压力1－3MPa的条件下保压1min，期间排气3－5次，然后于温度225℃、压力2MPa的条件下保压20－30min。具体压制参数可参照下表进行：

5）将磨削层用事先配好的环氧树脂和金属胶，按照质量比为1:3粘接在由303F不锈钢磨光棒料制成的砂轮基体上，即得应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮（见图3），其具有高精磨磨削强度、锋利度和一定的弹性，适合陶瓷插芯PC球面磨削。

采用本发明制备所得氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮磨削工件表面能够达到要求（磨削时的具体工艺参数见下表），磨削效果具体见图2中右图。图中可以看出：工件表面无划痕，光洁，均一流畅。

Claims

1.一种应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，包括砂轮基体和磨削层，其特征在于，所述磨削层主要由磨料、树脂粘结剂和填料制成，所述填料由聚四氟乙烯、高密度聚乙烯及活性纳米抛光剂组成，所述活性纳米抛光剂由下述重量百分比的原料组成：氧化铈10－30%、三氧化二铁5－15%、二氧化铬25－40%，鳞片石墨20－40%。

2.如权利要求1所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其特征在于，所述填料中各原料的体积份数为：聚四氟乙烯5－7份、高密度聚乙烯10－12份，活性纳米抛光剂10－20份。

3.如权利要求1所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其特征在于，所述树脂粘结剂为聚酰亚胺树脂，粒径在40－60μm之间，添加的体积份数为55－63份。

4.如权利要求1所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其特征在于，所述磨料中各原料的体积份数为：M2/4金刚石微粉10－15份，M0/0.5金刚石微粉15－20份，M1.5/3.5碳化硼微粉5－10份。

5.如权利要求1所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮，其特征在于，所述砂轮基体由303F不锈钢磨光棒料制成。

6.权利要求1至5任一所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4）将成型料依据成型砂轮的直径和厚度要求进行压制成型，获得磨削层；

5）将磨削层与砂轮基体进行粘接，即得。

7.如权利要求6所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的制备方法，其特征在于，步骤2）中球磨时，在球磨机中混合30分钟，其中活性纳米抛光剂和陶瓷球的质量比为1:5，陶瓷球为氧化锆陶瓷球，且为粒径8mm、5mm、3mm的混合球，数量比为1:2:3。

8.如权利要求6所述应用于氧化锆陶瓷插芯PC球面的磨削砂轮的制备方法，其特征在于，步骤4）中压制成型时，在温度165－175℃、压力1－3MPa的条件下保压1min，期间排气3－5次，然后于温度225℃、压力2MPa的条件下保压20－30min。