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一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法，将树脂粉、普通磨料、氧化铝、氧化锌的混合物加入放有基体的模具中，热压，得到带有附层的基体；将金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液混合过筛后，压制制备生坯；生坯烧结后制备砂轮磨料层；将砂轮磨料层与带有附层的基体粘接，得到具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮。具有这种附层的陶瓷结合剂砂轮不仅可以有效地提高砂轮磨料层的使用率，减少砂轮脱圈概率，而且公开的附层其热传导系数较超硬磨料和金属基体的热传导系数低很多，故可以避免磨削时磨削界面的热量传导给砂轮基体导致的砂轮胀裂问题。

Description

一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备 方法
本发明属于发明名称为一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备方法、申请日为2018年6月29日、申请号为2018107123320发明申请的分案申请，属于产品制备方法部分。
技术领域
本发明涉及一种在陶瓷结合剂金刚石砂轮磨料层和基体之间加一层复合材料的附层的技术，属于金刚石砂轮制备技术领域。
背景技术
现有技术中，附层式砂轮主要以树脂结合剂的为主，对于陶瓷结合剂的应用很少而且技术难度很大。陶瓷结合剂金刚石砂轮的传统制备工艺，均是先冷压成生坯，然后进行固化烧结，将烧结好的磨料层与基体进行配合，然后粘接成型，修整到需要的形状和尺寸。陶瓷结合剂砂轮在烧结的过程中，经常出现变形情况。因此在砂轮的使用的过程中，常出现磨料层与基体分离及磨料层剩余最后几毫米的时候就无法继续使用，造成磨料的浪费，而且磨削时磨削界面的热量传导给砂轮基体容易导致的砂轮胀裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮及其制备工艺。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮，包括基体、砂轮磨料层以及位于基体、砂轮磨料层之间的附层；所述砂轮磨料层的制备原料为金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液；所述附层的制备原料包括树脂粉、磨料、氧化铝、氧化锌。
本发明还公开了一种陶瓷结合剂金刚石砂轮用低温热固型附层，所述低温热固型附层的制备原料包括树脂粉、普通磨料、氧化铝、氧化锌。
上述技术方案中，所述附层厚度与砂轮磨料层厚度相同，附层宽度为砂轮磨料层厚度的1/5。附层为磨料层和基体中间过渡层，该低温热固型附层的制作工艺简单高效，适用性强，具有这种附层的陶瓷结合剂砂轮不仅可以有效地提高砂轮磨料层的使用率，减少砂轮脱圈概率，而且公开的附层其热传导系数较超硬磨料和金属基体的热传导系数低很多，故可以避免磨削时磨削界面的热量传导给砂轮基体导致的砂轮胀裂问题。
上述技术方案中，附层的制备原料中，树脂粉为酚醛树脂粉，磨料为白刚玉；砂轮磨料层中，陶瓷结合剂的制备原料为氧化铝、氧化锌、四硼酸钠、氢氧化锂、二氧化硅；基体为金属基体。
本发明还公开了上述具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤，
（1）将树脂粉、磨料、氧化铝、氧化锌的混合物加入放有基体的模具中，热压，得到带有附层的基体；
（2）将金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液混合过筛后，压制制备生坯；生坯烧结后制备砂轮磨料层；
（3）将砂轮磨料层与带有附层的基体粘接，得到具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮。
本发明中，基体附层的制作为将附层原料中的白刚玉、氧化铝、氧化锌、酚醛树脂粉混合均匀后，将基体放到模具中，让附层料可以直接和基体外圆接触；然后以ρ=1.8的成型密度进行投料，将其在热压机上以30t的压力，200℃下热压20分钟的工艺流程进行热压，从而将附层料固化在基体外圆，得到带有附层的基体。
金刚石砂轮磨料层制作：以金刚石磨料、陶瓷结合剂粉末、碳粉、树脂液质量安所需比例进行称料，将其放入烧杯中，再往烧杯中倒入一定量的丙酮溶液，搅拌均匀，待丙酮溶液完全挥发后，用80目的筛网过筛装盒待用，用模具将装盒的料以ρ=2.0压制成圆环形状的生坯，将生坯放入马弗炉中，以760℃保温3小时的流程进行烧结；制备砂轮磨料层。
出炉后将砂轮磨料层与附层基体之间用现有高强度结构胶进行粘接，得到具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮。
本发明中，磨料层直接经过一段保温固化烧结完成；附层是由树脂粉、白刚玉、氧化铝、氧化锌等混合而成的低温成型性材料；附层和基体之间是直接热压成型在一起；磨料层与附层基体直接用高强度结构粘接。
优选地，所述砂轮磨料层外径为φ205mm；所述砂轮磨料层厚度10-20mm，对应附层厚度2-4mm。
优选地，白刚玉、酚醛树脂粉、氧化铝、氧化锌的质量比为1:6:5:3；氧化铝、氧化锌、四硼酸钠、氢氧化锂、二氧化硅的质量比为2-8:5-10:4-10:6-12:40-60；金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液的质量比为15-25:5-10:2-5:3-8，这种比例使砂轮制作成品率提高，砂轮使用时稳定性增强。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明首次公开了带有附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮，克服了现有附层只能用于树脂结合剂磨料层的问题，解决了现有技术由于陶瓷结合剂原料组成导致的无法与附层有效匹配的缺陷，制作出来的砂轮提高了磨料层的使用率。
本发明采用附层极大提高了砂轮整体稳定性，磨料层与附层的粘接比磨料层与金属基体直接粘接更为牢固，减少砂轮脱圈概率；并且砂轮结构简单，操作方便，便于推广。
本发明的附层采用的低温成型的复合材料，比磨料层的磨料成本低，可以有效节约生产成本，而且复合材料的热传导系数较超硬磨料和金属基体的热传导系数低很多，故可以避免磨削时磨削界面的热量传导给砂轮基体导致的砂轮胀裂问题。
附图说明
图1是本发明砂轮的结构示意图；
图2是本发明砂轮的截面结构示意图；
其中，1、基体，2、低温热固型附层，3、磨料层，4、高强度结构胶。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
参见图1-2所示，一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮，包括基体1、低温热固型附层2、磨料层3以及高强度结构胶4。
上述具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法如下：
基体附层的制作，将基体放到模具中，让附层料可以直接和基体外圆接触；将附层原料中的白刚玉、氧化铝、氧化锌、酚醛树脂粉按照质量比为1:6:5:3混合均匀后，以ρ=1.8的成型密度向模具进行投料，然后在热压机上以30t的压力，200℃下热压20分钟，从而将附层料固化在基体外圆，附层厚度3mm，宽度与磨料层一样。
陶瓷结合剂粉末的制作:将质量比为5:8:6:10:50的氧化铝、氧化锌、四硼酸钠、氢氧化锂、二氧化硅混合均匀，过80目筛网；将混好的料放到1500℃的熔炼炉中，将熔化的液体冷萃处理成为陶瓷玻璃料；然后将玻璃料以球料比1:7的比例放到球磨机中进行球磨成分粉末；将粉末烘干再球磨过筛200目网即可。
金刚石砂轮磨料层制作：以金刚石磨料、陶瓷结合剂粉末、碳粉、酚醛树脂液质量比为20:6:5:7进行称料，将其放入烧杯中，再往烧杯中倒入20ml丙酮溶液，搅拌均匀；待丙酮溶液完全挥发后，用80目的筛网过筛装盒待用。用模具将装盒的料以ρ=2.0的成型密度压制成所需圆环形状的生坯，将生坯放入马弗炉中，以760℃保温3小时的流程进行烧结，得到金刚石砂轮磨料层，外径为φ205mm，厚度15mm。
出炉后将金刚石砂轮磨料层与附层基体之间用高强度结构胶进行粘接，得到具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮。
以不带附层的基体与上述砂轮磨料层粘接作为对比，进行性能比较，结果见表1，通过性能比较，同等条件下，具有附层的砂轮在粗糙度，修正间隔，和寿命（加工件数）方面，都要优于无附层结构。
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本发明公开的附层中，所用的结构胶可以渗进附层内，提高附层与金刚石砂轮的粘接性，如果不加入氧化锌，则寿命下降，大约为6888，不加入氧化锌，则寿命下降，大约为7012；如果附层厚度超过磨料层的25%，则寿命下降，大约为6563；如果附层厚度低于磨料层的15%，则寿命下降，大约为5806。相比于直接将基体和砂轮粘接，本发明粘接强度提高5倍，而且附层和胶层之间所形成的结构具有低导热性和一定韧性，有效避温度较高的情况下发生基体将砂轮胀裂和在低温情况下发生砂轮脱圈的情况，极大提高寿命与修正间隔。与现有砂轮相比，在实际应用中，发生砂轮胀裂和脱圈的情况降低了95%，而且本发明具有减震效果，提高加工时的粗糙度。有效提高了砂轮的质量。本发明所具操作简单，实用性强，良品率高；尤其是本发明砂轮外径大，在砂轮脱圈、胀裂、提高加工精度有很明显的效果，有效改善了砂轮品质，适于广泛使用。
本发明公开的具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮中，附层是低温成型复合材料，在30t的压力、200℃下热压20分钟，附层就会牢牢的跟基体结合在一起；磨料层与附层之间用高强度结构胶粘接在一起；结构胶完全固化后，把砂轮修整到需要尺寸和形状即可使用。有鉴于现有技术缺陷，本发明首次开发一种低温热固型附层陶瓷结合剂金刚石的制备工艺，在陶瓷结合剂砂轮磨料层和基体中间加上一层低温热固型附层，解决现有技术中超硬磨料浪费、砂轮脱圈问题及砂轮磨料层胀裂问题，显然是有积极意义。

Claims (3)

1.一种具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤，（1）将树脂粉、普通磨料、氧化铝、氧化锌的混合物加入放有基体的模具中，热压，得到带有附层的基体，热压为30吨的压力、200℃下热压20分钟； （2）将金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液混合过筛后，压制制备生坯；生坯烧结后制备砂轮磨料层；陶瓷结合剂的制备原料为氧化铝、氧化锌、四硼酸钠、氢氧化锂、二氧化硅；烧结为760℃烧结3小时； （3）将砂轮磨料层与带有附层的基体粘接，得到具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮；附层位于基体、砂轮磨料层之间，所述附层宽度与砂轮磨料层宽度相同；所述附层厚度为砂轮磨料层厚度的1/5； 普通磨料、树脂粉、氧化铝、氧化锌的质量比为1:6:5:3；氧化铝、氧化锌、四硼酸钠、氢氧化锂、二氧化硅的质量比2-8:5-10:4-10:6-12:40-60；金刚石磨料、陶瓷结合剂、碳粉、树脂液的质量比为15-25:5-10:2-5:3-8。
2.根据权利要求1所述具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，附层的成型密度为1.8；砂轮磨料层的成型密度为2.0。
3.根据权利要求1所述具有低温热固型附层的陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，树脂液为酚醛树脂液；树脂粉为酚醛树脂粉；普通磨料为白刚玉；基体为金属基体。
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