CN101168244B - 应用于凸轮轴磨削加工的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于凸轮轴磨削加工的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、粘结层和砂轮块组成，所述砂轮块为立方氮化硼砂轮块，立方氮化硼砂轮块的原料组分及重量百分比含量为：45～75％立方氮化硼磨料，5～20％刚玉，20～35％陶瓷结合剂；所述陶瓷结合剂的原料组分及重量百分比含量为：50～60％SiO2，20～30％B2O3，2～5％Al2O3，4～15％Na2O、4～10％K2O；所述的陶瓷结合剂的耐火度低于700℃，其结合强度满足125～160m/s砂轮转速下使用。本发明提供了一种硬度高、加工精度高、使用寿命长、不对环境造成污染、且能与数控磨床配套的高效磨削工具，其特点是自锐性好、形状保持性好、磨削刃锋利、制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明是关于各类发动机凸轮轴加工工具的，尤其涉及凸轮轴磨削加工的陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮。
背景技术
无论汽车发动机、航空发动机、摩托车发动机、柴油发动机等各类发动机，其凸轮轴作为发动机的关键零件之一，加工质量的好坏直接影响着发动机的动力特性；同时，凸轮轴又是一种非圆磨削的工件，其加工余量大且材料难磨，对磨削精度和生产效率都有很高要求。普通磨料砂轮的耐用度和使用寿命较低，需频繁修整或更换，因此修整工具损耗加快，辅助时间和劳动强度增加，既影响了生产效率，又加大了生产成本。另外，由于砂轮用量大，其质量波动也影响了磨削工艺的稳定性，又因大量磨削残物的产生，增加了磨削液的过滤清理量，对环境造成一定的污染。随着数控专用磨床的出现和发展，也缺少与之相适应的磨削工具。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种硬度高、磨削能力强、加工精度高、使用寿命长、生产效率高、修整频次少、不对环境造成污染、且能与数控磨床配套的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮。
本发明的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、粘结层和砂轮块组成，其特征在于，所述砂轮块为立方氮化硼砂轮块，立方氮化硼砂轮块的原料组分及重量百分比含量为：45～75％立方氮化硼磨料，5～20％刚玉，20～35％陶瓷结合剂；所述陶瓷结合剂的原料组分及重量百分比含量为：50～60％SiO2，20～30％B2O3，2～5％Al2O3，4～15％Na2O、4～10％K2O；所述的陶瓷结合剂的耐火度低于700℃，其结合强度满足125～160m/s砂轮转速下使用。
所述的粘结层为环氧树脂粘结剂。
所述的立方氮化硼磨料的粒度，与白刚玉粒度相一致，为70/80～270/325目。
本发明的有益效果是，提供了一种硬度高、磨削能力强、加工精度高、使用寿命长、生产效率高、修整频次少、不对环境造成污染、且能与数控磨床配套的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮。为解决凸轮轴的精密加工，提供了一种新型高效磨削工具，该砂轮工具的尺寸精度准确，自锐性好、形状保持性好、磨削刃锋利、制备工艺简单。
附图说明
图1是陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的结构示意图主视图；
图2是陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的结构示意图俯视图。
附图标记说明如下：
1-基体 2-粘结层 3-砂轮块
具体实施方式
下面结合本发明的发明构思和实施例对本发明作进一步描述。
立方氮化硼是目前世界上已知的硬度仅次于金刚石的材料，但金刚石与铁族元素的化学稳定性差，不能用于磨削大多数的金属和合金，所以立方氮化硼是适于加工大多数金属和合金的最硬的磨削材料。立方氮化硼磨料不仅硬度高，而且热稳定性和化学惰性好，立方氮化硼磨削工具与普通磨料磨具相比不仅能解决硬、韧难磨加工材料的加工问题、满足新材料的磨削加工，而且磨具磨削锋利，耐磨性能好，单位磨损小，加工工件表面质量好，生产效率高。另外其导热性比刚玉要大得多，磨削热能可以迅速扩散，因而可减少工件扭曲变形，使工件的尺寸精度得以保证，同时磨具的修整频次减少，提高了机械化和自动化程度。
70年代初中国亦合成出了立方氮化硼颗粒，但立方氮化硼本身属于脊性材料，在常压下无法烧结成制品，必须选用其它材料作为结合相与其复合才可以制备制品。用陶瓷材料作为结合相制备的立方氮化硼砂轮具有可控的气孔率，砂轮表面的气孔能够为磨屑提供容屑和排屑空间，有利于磨屑从磨削区排除而避免砂轮的堵塞和由此而产生的磨擦热，砂轮表面的气孔同时能为冷却液提供通道，使冷却液在磨削接触区及其附近广泛分布，因而使磨削温度较低，减少或避免了磨削烧伤；陶瓷材料的良好耐热性能可以使超硬磨料的性能得到充分发挥，所以砂轮的使用寿命较长；陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮容易修整，修正和修锐可一次完成，修整间隔较长，减少了修整频度，维护费用较低；陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的化学稳定性好，对磨削液的适应范围较广。
本发明采用常规的化工原料和常规的制备方法，首先制备陶瓷结合剂。
由于立方氮化硼与普通碳化硅、刚玉磨料相比，在较低的温度(1000℃以下)即可被氧化，而破坏立方氮化硼的超硬磨料特性，所以该陶瓷结合剂砂轮与普通陶瓷结合剂砂轮相比需采用低温烧结，即陶瓷结合剂本身的耐火度要低。另外，由于这类砂轮一般与高档精密数控磨床配套使用，使用中转速较高，因此需要结合剂本身具有较高的结合强度，以免在使用过程中造成砂轮破裂，对人员和机床造成伤害。
本发明的陶瓷结合剂经配料、混合，然后放入高温炉中在1300℃下进行充分的熔炼，再冷却，之后进行研磨，过180目筛，制成陶瓷结合剂。陶瓷结合剂耐火度低于700℃，结合剂的结合强度满足125～160m/s砂轮转速下使用。具体实施例详见表1。
表1
| № | SiO<sub>2</sub>(％) | B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) | Na<sub>2</sub>O(％) | K<sub>2</sub>O(％) | 烧结温度(℃) |
| 实施例1 | 60 | 30 | 2 | 4 | 4 | 780 |
| 实施例2 | 58 | 26 | 4 | 6 | 6 | 700 |
| 实施例3 | 56 | 24 | 4 | 6 | 10 | 645 |
| 实施例4 | 54 | 22 | 5 | 12 | 7 | 630 |
| 实施例5 | 52 | 21 | 4 | 14 | 9 | 610 |
| 实施例6 | 50 | 20 | 5 | 15 | 10 | 600 |
[0023]立方氮化硼砂轮块为弧型，若干个弧型砂轮块组成砂轮层，其原料组成为立方氮化硼、刚玉(辅助磨料)、陶瓷结合剂，均采用工业原料，采用常规的制备方法。立方氮化硼磨料的粒度根据具体使用中被磨削凸轮轴表面粗糙度加工要求选用，刚玉粒度与立方氮化硼的粒度一致，为70/80～270/325目。根据砂轮的硬度要求设计砂轮块的密度和单重，根据模具的大小和砂轮直径计算整体砂轮需要的砂轮块的块数。经过配料、混合、过筛，然后加入粘结湿润剂，再混合、过筛，然后将混合料按一定的单重投入到模具中进行压制成型、烧结，制得立方氮化硼砂轮块。模具设计要一定保证烧结后的立方氮化硼砂轮块的弧度、宽度尺寸刚好与金属基体相吻合。具体实施例详见表2。
表2
| № | 立方氮化硼磨料(％) | 刚玉(％) | 陶瓷结合剂(％) |
| 实施例1 | 75 | 5 | 20 |
| 实施例2 | 70 | 10 | 20 |
| 实施例3 | 65 | 10 | 25 |
| 实施例4 | 55 | 15 | 30 |
| 实施例5 | 50 | 20 | 30 |
| 实施例6 | 45 | 20 | 35 |
具体的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮块的烧结温度与选用的具体结合剂的烧结温度一致，如选用表1中实施例1作为具体结合剂，则烧结温度为780℃，其它依此类推。
将烧结后的立方氮化硼砂轮块3采用环氧树脂粘结剂粘接到基体1上，本实施例的基体1为钢基体，环氧树脂粘结剂形成粘结层2，粘结层2要保证立方氮化硼砂轮块与块之间和立方氮化硼砂轮块与基体1之间不存有大的缝隙，然后加压、固化。
将固化好的组合砂轮卸压，进行表面清理和外观的修整，并对砂轮进行回转强度和动平衡等检测，使之满足不同凸轮轴磨削的具体要求。
本发明的检测方法采用欧洲标准EN 13236：2001。
本发明实施例1～6的具体检测指标为：
砂轮回转强度≥180m/s，砂轮外圆跳动≤0.01mm、端面跳动≤0.02mm；锥孔配合接触面积90％以上；动不平衡精度G0.4级。
本发明陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮的使用寿命为现有技术普通刚玉砂轮的100～200倍。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。
Claims (3)
1.一种用于凸轮轴磨削加工的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、粘结层和砂轮块组成，其特征在于，所述砂轮块为立方氮化硼砂轮块，立方氮化硼砂轮块的原料组分及重量百分比含量为：50～75％立方氮化硼磨料，5～20％刚玉，20～35％陶瓷结合剂；所述陶瓷结合剂的原料组分及重量百分比含量为：50～60％SiO2，20～30％B2O3，2～5％Al2O3，4～15％Na2O，4～10％K2O；所述的陶瓷结合剂的耐火度低于700℃，其结合强度满足125～160m/s砂轮转速下使用。
2.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述的粘结层为环氧树脂粘结剂。
3.根据权利要求1所述的陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述的立方氮化硼磨料的粒度，与刚玉粒度相一致，为70/80～270/325目。
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