CN110497327A - 大外径树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

大外径树脂砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大外径树脂砂轮及其制备方法，涉及砂轮制造与生产的技术领域，配方包括以下重量份数的组分：白刚玉480‑520份；棕刚玉2400‑2600份；结合剂280‑320份；冰晶石95‑105份；硫酸钾135‑145份；其中结合剂包括酚醛树脂粉和酚醛树脂液，酚醛树脂粉和酚醛树脂液的重量份数比为2:1‑3:1。该大外径树脂砂轮的制备方法包括混料工艺和成型工艺，混料工艺包括以下步骤：A1.混制预混料、A2.混制粗砂料、A3.粗砂料筛料；成型工艺包括以下步骤：B1.成型料铺设、B2.加压成型、B3.烘干硬化。本发明具有抗弯强度高、磨削性能好的技术效果。

Description

大外径树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及砂轮制造与生产的技术领域，尤其是涉及大外径树脂砂轮及其制备方法。
背景技术
树脂砂轮是用树脂做成的砂轮，具有强度高、耐热性低、自锐性好、制作简便、工艺周期短等特点，广泛用于粗磨、荒磨、切断和自由磨削，如磨钢锭，铸件打毛刺等，常用作切割片、重负荷砂轮、抛光轮等等。树脂砂轮广泛用于机械冶金、建筑、军工、铁路施工等领域，主要用于钢管、型钢、钢筋等一般金属材料的切割和打磨。
树脂砂轮按磨料来分一般分为普通树脂砂轮和超硬树脂砂轮。普通树脂砂轮是以白刚玉、棕刚玉、碳化硅等普通磨料为主要磨削成分的砂轮，超硬树脂砂轮是以金刚石或CBN为主要磨削成分的砂轮。普通树脂砂轮市场上面最常用的有普通树脂切割片和普通树脂磨片，常见直径为100、180、230、300、350、400、500。超硬树脂砂轮市场上面主要有超硬树脂切割片和超硬树脂磨盘，常见的切割片的直径是100、125、150、200。常见的磨盘的规格直径是150、200、250、300、400。
目前市面上使用的大外径树脂砂轮，普遍存在脆性大、抗弯强度低的问题，导致大外径树脂砂轮在使用过程中容易崩刃或断裂，最终使大外径树脂砂轮的重复使用次数大大降低、使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的一是提供一种抗弯强度高、磨削性能好的大外径树脂砂轮，本发明的目的二是提供该大外径树脂砂轮的制备方法。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种大外径树脂砂轮，包括以下重量份数的组分：
其中结合剂包括酚醛树脂粉和酚醛树脂液，酚醛树脂粉和酚醛树脂液的重量份数比为2:1-3:1。
通过采用上述技术方案，白刚玉和棕刚玉作为树脂砂轮的基本磨料，具有良好的磨削性能。其中棕刚玉的硬度高、韧性大、磨削性能好；白刚玉的韧性比棕刚玉低，但磨削热量小、晶体尺寸小耐冲击，且颗粒多为球状颗粒，表面干洁，易于结合剂结合。棕刚玉和白刚玉结合作为树脂砂轮的基本磨料，赋予树脂砂轮较高的硬度、较低的磨削热量、良好的韧性和磨削性能。
酚醛树脂粉和酚醛树脂液作为结合剂将松散的磨料固结起来，形成具有磨削功能的砂轮，其中酚醛树脂液是磨料的润湿剂，酚醛树脂粉是主结合剂。酚醛树脂液浸润附着在磨料颗粒表面，形成一个薄的树脂膜，当这种表面被浸润的磨料与酚醛树脂粉及冰晶石和硫酸钾等粉状填料混合时，粉状物质就会有效的粘结在已浸润树脂的磨料表面，进而起到良好的粘结作用，使砂轮料在压制时可以保持稳定的坯体形状。
冰晶石和硫酸钾是树脂砂轮的增强填料，其中硫酸钾作为硫的供给体，在切割过程中提供硫，从而促进金属材料化学键的断裂，提高砂轮的切割能力和效率。冰晶石则作为补强材料，可以提高砂轮强度；冰晶石的熔点低，在切割过程中冰晶石熔融，促进磨料脱落，防止砂轮堵塞，提高砂轮自锐性；与此同时，熔融状态下的冰晶石起到润滑作用，降低砂轮磨损，且冰晶石在切割过程中析出氟，氟具有强氧化性，可以将金属氧化进而促进金属化学键断裂，提高切割效率。
树脂砂轮采用棕刚玉、白刚玉作为磨料，增强砂轮的硬度、韧性和磨削性能；酚醛树脂粉和酚醛树脂液作为结合剂将磨料进行牢固粘结，降低砂轮脆性从而提高砂轮的抗弯强度；冰晶石和硫酸钾作为砂轮的补强材料，提高砂轮强度自锐性和切割效率，延长砂轮的使用寿命。
进一步设置为：所述棕刚玉包括重量份数比为2:1的棕刚玉砂30#和棕刚玉砂36#。
通过采用上述技术方案，重量份数比为2:1的棕刚玉砂30#和棕刚玉砂36#与酚醛树脂粉、冰晶石、硫酸钾等粉料存在粒度级配，使砂轮中的磨料颗粒之间保持良好的把持力，进而长久保持砂轮的自锐性，砂轮打磨或切割更加锋利，工作效率更高。
进一步设置为：所述酚醛树脂粉为热塑性酚醛树脂，所述酚醛树脂液为热固性酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，酚醛树脂粉为热塑性酚醛树脂且在砂轮磨料中作为主结合剂，在受热时具有较高的流动度，从而将磨料和填料进行包覆连接；而酚醛树脂液为热固性酚醛树脂，热固性的酚醛树脂液受热后固化，使砂轮料在压制时保持稳定的坯体形状。此外，酚醛树脂液在固化时也可以与酚醛树脂粉发生交联反应，从而交联固化，进一步提高砂轮的粘结强度和抗弯强度。
进一步设置为：还包括重量份数为4-6份的炭黑。
通过采用上述技术方案，炭黑作为颜料使砂轮呈现黑色，且炭黑本身就是一种补强剂，可以增强砂轮的耐磨性能。
一种大外径树脂砂轮的制备方法，包括混料工艺和成型工艺，所述混料工艺包括以下步骤：
A1.混制预混料：白刚玉、棕刚玉混合搅拌均匀形成磨料，向磨料中投加酚醛树脂液和炭黑，混合均匀形成预混料；
A2.混制粗砂料：硫酸钾、冰晶石和酚醛树脂粉混合搅拌均匀形成混合粉料，将混合料粉与A1步骤中得到的预混料进行混合，混合均匀形成粗砂料；
A3.粗砂料筛料：将A2步骤中得到的粗砂料先后经过12目和14目筛网进行筛料，最后得到成型料；
所述成型工艺包括以下步骤：
B1.成型料铺设：取步骤A3中得到的成型料分三层铺设在成型模具中，且相邻的两层成型料之间放置玻璃纤维网；
B2.加压成型：在步骤B1中铺设成型的成型料表面铺设商标纸片，再在成型料表面中心放置砂轮垫圈，然后加压成型得到成型砂轮；
B3.烘干硬化：将步骤B2中得到的成型砂轮烘干25h至成型砂轮硬化得到成品砂轮。
通过采用上述技术方案，混料工艺的步骤A1中，先将白刚玉和棕刚玉混合并搅拌均匀后，再加入酚醛树脂液和炭黑混合均匀形成预混料，使酚醛树脂液先充分浸润附着在磨料颗粒表面，形成一个薄的树脂膜。在步骤A2中，这种表面被浸润的磨料与酚醛树脂粉及冰晶石和硫酸钾等粉状填料混合时，粉状物质就会有效的粘结在已浸润树脂的磨料表面，进而起到良好的粘结作用，使砂轮料在压制时可以保持稳定的坯体形状。
步骤A3中，粗砂料先后经过12目和14目筛网进行筛料，可以将混料过程中产生的料团、料块筛除，并使混合料粒度均匀且松散，使砂轮成型后密度均匀，力学性能更加优异。
成型工艺的步骤B1中，成型料分三层铺设且相邻两层之间铺设玻璃纤维网，玻璃纤维网作为酚醛树脂结合剂的增强基材，可以提高砂轮的耐热性、耐高温切割性、结构强度和抗弯强度。
步骤B2作为最后的加压成型工序，在铺设成型的成型料表面铺设商标纸片并在中心放置砂轮垫圈，然后加压使成型料、玻璃纤维网、商标纸片和砂轮垫圈一体成型，砂轮的不同构件之间连接更加紧密牢固，砂轮的整体结构强度更高，使用性能更好。
进一步设置为：所述A3步骤中，粗砂料经过12目筛网之后的过筛料在温度T1为20-25℃、湿度为60-70条件下停放,停放时间t1为2-24h，再进行14目筛网筛料。
通过采用上述技术方案，粗砂料停放2-24小时后混合料的堆积密度才稳定，进而使成型后的半成品砂轮坯体各处的密度一致，保证砂轮产品在使用过程各质点同步消耗，提高砂轮的使用稳定性。粗砂料在温度T1为20-25℃、湿度为60-70的条件下停放，可以使粗砂料在稳定堆积密度的同时保持稳定，降低酚醛树脂及其他粉料随温度、湿度的变化幅度，稳定粗砂料性质。
进一步设置为：所述玻璃纤维网为酚醛树脂改性玻璃纤维网。
进一步设置为：所述玻璃纤维网中的酚醛树脂含量w为35-40％。
通过采用上述技术方案，玻璃纤维网采用酚醛树脂进行改性，酚醛树脂一方面可以与成型料中的酚醛树脂粉进行交联固化反应，提高玻璃纤维网与成型料之间的粘结强度。此外，经过酚醛树脂改性的玻璃纤维网脆性降低，韧性增大、耐热性更好，从而在作为增强基料时，明显提高砂轮的抗弯强度和耐热性能。
进一步设置为：所述B2步骤中，加压成型的压力P为150-170bar，保压时间t2为1.5-2.5s。
进一步设置为：所述步骤S3中，烘干温度T2为65-175℃，烘干时间为25h。
通过采用上述技术方案，B2步骤中通过加压成型得到成型砂轮，成型砂轮的物料之间由于高压压合产生强劲的粘结力，从而使成型砂轮稳定保持坯体形状。步骤B3中，成型砂轮在温度T2为65-175℃条件下烘干25h，烘干成型砂轮中的水汽，并促进成型砂轮中的酚醛树脂结合剂交联固化，提高砂轮硬度和磨削性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
(1)采用棕刚玉、白刚玉作为磨料，增强砂轮的硬度、韧性和磨削性能；酚醛树脂粉和酚醛树脂液作为结合剂将磨料进行牢固粘结，降低砂轮脆性从而提高砂轮的抗弯强度；冰晶石和硫酸钾作为砂轮的补强材料，提高砂轮强度自锐性和切割效率，从而延长砂轮的使用寿命；
(2)选用冰晶石和硫酸钾作为树脂砂轮的增强填料，硫酸钾作为硫的供给体，在切割过程中提供硫，从而促进金属材料化学键的断裂，提高砂轮的切割能力和效率；冰晶石除了增强砂轮强度，还由于熔点低在切割过程中熔融，促进磨料脱落，防止砂轮堵塞，提高砂轮自锐性；与此同时，熔融状态下的冰晶石起到润滑作用，降低砂轮磨损，且冰晶石在切割过程中析出氟，氟具有强氧化性，可以将金属氧化进而促进金属化学键断裂，提高切割效率；
(3)成型料分三层铺设在成型模具中，相邻两层成型料之间放置酚醛树脂改性玻璃纤维网，玻璃纤维网作为树脂砂轮的增强基料提高砂轮的结构强度，且玻璃纤维网中的酚醛树脂在成型过程中与成型料中的酚醛树脂粉进行交联固化反应，提高玻璃纤维网与成型料之间的粘结强度；此外，经过酚醛树脂改性的玻璃纤维网脆性降低，韧性增大、耐热性更好，从而在作为增强基料时，明显提高砂轮的抗弯强度和耐热性能。
附图说明
图1是本发明中砂轮及成型模具的剖面结构示意图。
附图标记：1、成型模具；2、成品砂轮；3、成型料；4、玻璃纤维网；5、商标纸片；6、砂轮垫圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种大外径树脂砂轮，配方组分及其含量如表1所示。其中酚醛树脂粉为热塑性酚醛树脂，酚醛树脂液为热固性酚醛树脂。棕刚玉由重量份数比为2:1的棕刚玉砂30#和棕刚玉砂36#混合而成。该大外径树脂砂轮的制备方法包括混料工艺和成型工艺，混料工艺包括以下步骤：
A1.混制预混料：按配方量取料，将白刚玉、棕刚玉中棕刚玉砂30#和棕刚玉砂36#同时混合搅拌均匀形成磨料，向磨料中投加酚醛树脂液和炭黑，混合均匀形成预混料；
A2.混制粗砂料：硫酸钾、冰晶石和酚醛树脂粉混合搅拌均匀形成混合粉料，将混合料粉与A1步骤中得到的预混料进行混合，混合均匀形成粗砂料；
A3.粗砂料筛料：将A2步骤中得到的粗砂料先经过12目筛网进行第一筛料，去除料团、料块后将粗砂料在温度T为20℃、湿度为60的条件下停放，停放时间t1为2h,再经过14目筛网进行第二次筛料去除料团、料块，最后得到成型料；
成型工艺包括以下步骤：
B1.成型料铺设：取步骤A3中得到的成型料分三层铺设在成型模具中，且相邻的两层成型料之间放置经过液态酚醛树脂浸没改性的玻璃纤维网，玻璃纤维网中酚醛树脂的含量w为35％；
B2.加压成型：在步骤B1中铺设成型的成型料表面铺设商标纸片，再在顶层成型料表面中心放置砂轮垫圈，然后加压成型得到成型砂轮，成型压力P为150bar，保压时间t2为1.5s，成型模具及成品砂轮的剖视图如图1所示；
B3.烘干硬化：将步骤B2中得到的成型进行烘干至成型砂轮硬化，得到成品砂轮，烘干温度及时间如表2所示。
实施例2：一种大外径树脂砂轮，本实施例与实施例1的区别在于，配方组分含量不同、制备方法中的工艺参数不同。本实施例的配方具体组分含量如表1所示、制备方法中的工艺参数如表3所示。
实施例3：一种大外径树脂砂轮，本实施例与实施例1的区别在于，配方组分含量不同、制备方法中的工艺参数不同。本实施例的配方具体组分含量如表1所示、制备方法中的工艺参数如表3所示。
实施例4：一种大外径树脂砂轮，本实施例与实施例1的区别在于，配方组分含量不同、制备方法中的工艺参数不同。本实施例的配方具体组分含量如表1所示、制备方法中的工艺参数如表3所示。
实施例5：一种大外径树脂砂轮，本实施例与实施例1的区别在于，配方组分含量不同、制备方法中的工艺参数不同。本实施例的配方具体组分含量如表1所示、制备方法中的工艺参数如表3所示。
表1实施例1-5配方组分含量表(1份＝1g)
表2成型砂轮烘干温度及时间表
表3实施例1-5的工艺参数表
对比例1：本对比例与实施例1的区别在于，配方中不含有白刚玉。
对比例2：本对比例与实施例1的区别在于，配方中不含有棕刚玉。
对比例3：本对比例与实施例1的区别在于，配方中不含有冰晶石。
对比例4：本对比例与实施例2的区别在于，配方中不含有硫酸钾。
对比例5：本对比例与实施例3的区别在于，结合剂中的酚醛树脂粉与酚醛树脂液均为热塑性酚醛树脂。
对比例6：本对比例与实施例3的区别在于，结合剂中的酚醛树脂粉与酚醛树脂液均为热固性酚醛树脂。
对比例7：本对比例与实施例4的区别在于，A3步骤中，粗砂料不经过停放，直接进行两次筛料。
对比例8：本对比例与实施例5的区别在于，玻璃纤维网不经过酚醛树脂改性。
性能测试：
(1)抗弯强度测试
取实施例1-5、对比例1-6中的成品砂轮作为测试样品，采用三点弯曲试验方法对测试样品进行抗弯强度测试，测试结果如表4所示。
表4实施例1-5、对比例1-8抗弯强度数据表
(2)耐磨削性能测试
利用高速砂轮切割机SQ-40-1对实施例1-5和对比例1-8中得到的成品砂轮对160mm*150mm(外径*内径)的45#无缝钢管进行切割，切割磨削条件及磨削性能如表5所示。
表5实施例1-5、对比例1-8的磨削性能数据表
本实施例的实施原理及有益效果为：采用棕刚玉、白刚玉作为磨料，增强砂轮的硬度、韧性和磨削性能，酚醛树脂粉和酚醛树脂液作为结合剂将磨料进行牢固粘结，降低砂轮脆性从而提高砂轮的抗弯强度。采用冰晶石和硫酸钾作为砂轮的补强材料，提高砂轮强度自锐性和切割效率，从而延长砂轮的使用寿命。砂轮成型时在成型料中铺设两层酚醛树脂改性玻璃纤维网，降低树脂砂轮的脆性、提高树脂砂轮的结构强度、韧性、抗弯强度和耐热性能，从而综合提高树脂砂轮各项力学性能，延长树脂砂轮的使用寿命。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大外径树脂砂轮，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
白刚玉 480-520份；
棕刚玉 2400-2600份；
结合剂 280-320份；
冰晶石 95-105份；
硫酸钾 135-145份；
其中结合剂包括酚醛树脂粉和酚醛树脂液，酚醛树脂粉和酚醛树脂液的重量份数比为2:1-3:1。
2.根据权利要求1所述的大外径树脂砂轮，其特征在于：所述棕刚玉包括重量份数比为2:1的棕刚玉砂30#和棕刚玉砂36#。
3.根据权利要求1或2所述的大外径树脂砂轮，其特征在于：所述酚醛树脂粉为热塑性酚醛树脂，所述酚醛树脂液为热固性酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的大外径树脂砂轮，其特征在于：还包括重量份数为4-6份的炭黑。
5.一种如权利要求1-4所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于，包括混料工艺和成型工艺，所述混料工艺包括以下步骤：
A1.混制预混料：白刚玉、棕刚玉混合搅拌均匀形成磨料，向磨料中投加酚醛树脂液和炭黑，混合均匀形成预混料；
A2.混制粗砂料：硫酸钾、冰晶石和酚醛树脂粉混合搅拌均匀形成混合粉料，将混合料粉与A1步骤中得到的预混料进行混合，混合均匀形成粗砂料；
A3.粗砂料筛料：将A2步骤中得到的粗砂料先后经过12目和14目筛网进行筛料，最后得到成型料；
所述成型工艺包括以下步骤：
B1.成型料铺设：取步骤A3中得到的成型料分三层铺设在成型模具中，且相邻的两层成型料之间放置玻璃纤维网；
B2.加压成型：在步骤B1中铺设成型的成型料表面铺设商标纸片，再在成型料表面中心放置砂轮垫圈，然后加压成型得到成型砂轮；
B3.烘干硬化：将步骤B2中得到的成型砂轮烘干至成型砂轮硬化，得到成品砂轮。
6.根据权利要求5所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于：所述A3步骤中，粗砂料经过12目筛网之后的过筛料在温度T1为20-25℃、湿度φ为60-70条件下停放,停放时间t1为2-24h，再进行14目筛网筛料。
7.根据权利要求5所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维网为酚醛树脂改性玻璃纤维网。
8.根据权利要求7所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维网中的酚醛树脂含量w为35-40%。
9.根据权利要求5所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于：所述B2步骤中，加压成型的压力P为150-170bar，保压时间t2为1.5-2.5s。
10.根据权利要求5所述的大外径树脂砂轮的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，烘干温度T2为65-175℃，烘干时间为25h。
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