CN101934504A

CN101934504A - 新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法

Info

Publication number: CN101934504A
Application number: CN 201010249844
Authority: CN
Inventors: 李德启
Original assignee: BEIJING RONGFENG PRECISION TOOL Co Ltd
Current assignee: BEIJING RONGFENG PRECISION TOOL Co Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-01-05

Abstract

新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，它涉及一种扁平和薄片形合金钢工件磨加工用的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法。按要求加工制成金属基体，制作陶瓷结合剂立方氮化硼圆柱形磨块，把圆柱形磨块粘接在金属基体上，然后在圆柱形磨块间隙中填入树脂材料，形成陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层，经固化、修磨、检验、包装入库；具有使用寿命长，易修整，耐磨性好、操作方便，安全性能好，无污染，成本低，磨削效率高，所磨削工件精度高等特点，应用市场非常广泛，具有巨大的经济效益和社会效益。

Description

新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种扁平和薄片形合金钢工件磨加工用的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法。

背景技术：

扁平和薄片形合金钢工件是机械行业不可少的一种精密零件，它涉及汽车、液压、制冷、轴承等多种行业。这些零件材质为：高速钢、不锈钢、粉末冶金、轴承钢等。工件如：转子、滑片、叶片等。长期以来，研磨扁平和薄片形合金钢工件的方法是，采用碳化硅、刚玉砂轮和在旋转的铸铁盘上撒研磨砂，磨除工件的加工余量。这种方法，加工效率低、加工精度差、加工成本高、工人劳动强度大、劳动环境差，又因砂轮或铸铁盘直径小无法加工大直径的工件，因此阻碍了机械行业的发展。随着科学技术和工业的发展，扁平和薄片形合金钢工件的直径越来越大，品种越来越多，磨加工精度、磨削效率要求越来越高(如工件精度要求：粗糙度Ra0.1μm，平行度1μm，平面度1μm)，现有磨加工方法难以满足这种要求，也不能满足现代化工业大批量生产的需求，从国外进口此类工件，又将耗费大量的外汇，难以承受。因此，迫切需要解决扁平和薄片形合金钢工件的高精度、高效率、大直径、大批量磨加工问题。

发明内容：

本发明的目的是提供新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，有效解决扁平和薄片形合金钢工件在磨加工方面存在的问题。该研磨盘使用寿命长，易修整，耐磨性好、操作方便，安全性能好，无污染，成本低；可满足高精度、高效率、多品种、大直径、大批量磨加工需求，应用市场非常广泛，具有巨大的经济效益和社会效益。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：利用立方氮化硼、陶瓷结合剂及填充剂(简称：陶瓷CBN，下同)制成陶瓷结合剂立方氮化硼圆柱形磨块(简称：圆柱形磨块，下同)，将圆柱形磨块按间隔要求粘接在圆形金属基体上并呈多环排布，且每环圆柱形磨块数量相等；在圆柱形磨块四周间隔中填充树脂材料，形成陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层。由金属基体和陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层组成新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘。

本技术方案中涉及的圆柱形磨块是经高温烧结而成的；在圆柱形磨块四周间隔中填充的树脂材料可为树脂胶，也可为树脂类粉料；研磨盘直径视磨床要求确定，一般为630-1000mm(如：630mm、700mm、840mm、1000mm)；视工件材质调整圆柱形磨块的配方即可满足多品种工件磨削要求。

本发明具有以下特点：采用陶瓷CBN新材料，提高了研磨盘耐用度和磨削效率；圆柱形磨块在圆形金属基体上呈多环排布，且每环数量相等，有效解决了内外线速度不等的磨削问题；与其他形状(如六方形、扇形、方形)磨块紧密拼接式布局相比，立方氮化硼主磨块体积减少20-30％，因而降低了制造成本；研磨盘直径大，可满足大直径工件加工要求。

附图说明：

图1是本发明的磨削层结构示意图；

图2是本发明的研磨盘剖视图；

图3是本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

参看图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：它是由金属基体1和陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层组成；陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层粘接在金属基体1上。

所述的金属基体1为铸铁、钢、铝，金属基体1中心设有轴孔1-1，金属基体1底面均布六个安装孔1-2，在金属基体6个方位走向上4设有多个排除磨削液的孔1-3，孔径4-6mm，可呈直线或错位排布。也可设计为放射弧形排除磨削液的槽。

所述的陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层，由陶瓷结合剂立方氮化硼圆柱形磨块2和树脂层3组成，树脂层3在圆柱形磨块2间隙中。

所述的圆柱形磨块2呈多环式排布，环与环之间的圆柱形磨块2等间隔错位交叉，每环排布的圆柱形磨块2数量相同，每环圆柱形磨块2之间具有相等的间距。

本具体实施方式磨削工件时，圆柱形磨块2起主磨削作用，圆柱形磨块间的树脂材料3起辅助磨削作用。

参看图3，所述的主要工艺流程为：按要求加工制成金属基体1，制作圆柱形磨块2，按设计要求把圆柱形磨块2粘接在金属基体1上，然后在圆柱形磨块2间隙中填入树脂材料3，形成陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层，经固化、修磨、检测、包装入库。

具体生产方法：

1、金属基体及加工要求：金属基体为圆形，材质为铸铁、钢或铝。直径630-1000mm，圆形金属基体厚度为45-50mm，圆形金属基体中心有轴孔。中心轴孔直径视研磨盘直径而定。如直径为700mm，中心轴孔为300mm。基准底面平面度≤0.03mm，端面圆跳动≤0.03mm，内孔精度为H7，两面平行度≤0.10mm。基体一侧的粘接端面要挑槽，槽为60°或方槽，加工完后，用丙酮、酒精或其他清洗剂仔细清洗，确保粘接面无锈、无异物。

2、制作圆柱形磨块的工艺流程：立方氮化硼、陶瓷结合剂、添加剂的选择-配方设计-配混料-压制-自然干燥-烘烤-烧结-检测-清洗-烘干。

圆柱形磨块制作方法：圆柱形磨块成型密度为1.5-2.6g/cm³，浓度为100％-200％。圆柱形磨块直径为10-30mm，高度为3-10mm。将CBN、陶瓷结合剂、添加剂混合60分钟，过40#标准筛，装入模具中压制成型，自然干燥后放入烘箱烘干，然后放入烧结炉烧结而成。

本方法所述压制压力为20-25Mpa，保压时间1-2分钟，压制完成后自然干燥20-24小时，然后放入烘箱烘干，在60°烘7-9小时，然后放入烧结炉烧结，烧结温度为830-900°，保温时间7-8小时，烧结完成后自然冷却到室温，然后检测、清洗备用。

3、陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层的生产方法：

(1)采用环氧树脂胶固结成型的方法：在圆形金属基体粘接面上布胶，组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，在圆柱形磨块顶部施加压力，使圆柱形磨块与圆形金属基体相连接；树脂胶可为环氧树脂胶粘剂，将树脂胶充分混合后均匀的浇注入圆柱形磨块四周的间隙中。然后加热固化，一般可为50-60℃，固化时间：10-12小时。固化完成后，树脂层和圆柱形磨块及金属基体则粘接成为一体。

(2)采用粉体树脂材料固结成型的方法：组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，将树脂类材料均匀装入圆柱形磨块的间隙中，加温加压固化成型，然后粘接在圆形金属基体上。

4、圆柱形磨块在陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层中的布局方法：

圆柱形磨块呈多环式排布，环与环之间的圆柱形磨块等间隔错位交叉，每环圆柱形磨块之间具有相等的间距，每环的周长不同，但排布的圆柱形磨块数量相同。环数视研磨盘直径、圆柱直径而定，每环圆柱形磨块个数视每环周长、圆柱直径而定。

本方法所述布局中的环数与研磨盘直径(一般为630mm、700mm、840mm、1000mm等)有关，如研磨盘直径为700mm时，环数为10-12。

本方法所述布局中每环圆柱形磨块个数视每环周长而定。如：直径为700mm的研磨盘，每环圆柱形磨块为60个。

5、陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层的修磨方法：为确保陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘的磨削层有较高的平面度和平行度，需对磨削层进行修整。其方法是：将研磨盘放在专用的研磨机上对磨削层表面进行修磨，修磨工具可为普通砂轮或金刚石砂轮，修磨砂轮的粒度视被磨的砂轮粒度而定，一般粒度为46#-180#，修磨时间在8-10小时左右，修磨后要保证砂轮的平面度≤0.05mm，平行度≤0.05mm。修磨完成后，把表面清洗干净，自然晾干。

6、检测：按照国家标准，对砂轮的外观和尺寸形位公差进行详细的检测，合格后，对表面进行洁净处理，然后包装入库。

本发明具有以下优点：1、适用的机床广泛，不仅适用于双端面磨床、还适用于单端面磨床，不仅适用于国内设备，还适用于进口的精磨磨床；2、砂轮的耐用度好，修整频率低，可较长时间磨削，减少了待机时间和修整时间；3、同一种砂轮可以磨削材质相近的工件，如氮化前和氮化后的高速钢和氮化后的不锈钢；4、适合国内加工企业中的多品种、中小批量的生产，更适合于大批量的生产要求；5、磨削的工件精度很高，粗糙度可达Ra0.1μm，平行度1μm，平面度1μm，单盘零件之间尺寸误差为1～2μm，提高了产品的品级，增强了在国际市场的竞争力。

该研磨盘使用寿命长，易修整，耐磨性好、操作方便，安全性能好，无污染，成本低；可满足高精度、高效率、多品种、大直径、大批量磨加工需求，应用市场非常广泛，具有巨大的经济效益和社会效益。

附：研磨盘实例：

1、磨高速钢的研磨盘实例：

圆形金属基体尺寸(mm)：

基体直径×基体厚度×中心轴孔直径×研磨层宽×研磨层厚度

700×50×300×200×7

圆柱形磨块配方：

圆柱形磨块直径为20mm，高度为4mm；磨料为立方氮化硼，结合剂为陶瓷，添加剂为刚玉、糊精粉；成型密度为2.5g/cm³，浓度为150％，圆柱形磨块的体积为1.256cm³；各引入材料的重量为：立方氮化硼1.64g，陶瓷结合剂0.96g，刚玉0.56g，糊精粉0.16g，水0.32g，压制单重为3.64g。

圆柱形磨块制作方法：把各物料混合60分钟，过40#标准筛，然后投入相配套的模具中，经过刮料、捣料等步骤，用45t四柱压机进行压制，压制压力为25Mpa，保压时间1分钟，压制完成后自然干燥24小时，然后放入烘箱烘干，在60°烘9小时，然后放入烧结炉烧结，烧结温度为900°，保温时间7小时，烧结完成后自然冷却到室温，然后检测、清洗备用。

采用环氧树脂胶固结方法：在圆形金属基体粘接面上布胶，组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，在圆柱形磨块顶部施加压力，使圆柱形磨块与圆形金属基体相连接；树脂胶可为环氧树脂胶粘剂，将树脂胶充分混合后均匀的浇注入圆柱形磨块四周的间隙中。然后加热固化，一般可为50-60℃，固化时间：10-12小时。固化完成后，树脂层和圆柱形磨块及金属基体则粘接成为一体。

2、磨粉末冶金的研磨盘实例：

圆形金属基体尺寸(mm)：

基体直径×基体厚度×中心轴孔直径×研磨层宽×研磨层厚度

1000×50×350×225×7

圆柱形磨块配方：

圆柱形磨块直径为20mm，高度为4mm；磨料为立方氮化硼，结合剂为陶瓷，添加剂为刚玉、糊精粉；成型密度为2.5g/cm³，浓度为100％，圆柱形磨块的体积为1.256cm³；各引入材料的重量为：立方氮化硼1.09g，陶瓷结合剂1.02g，刚玉1.05g，糊精粉0.16g，水0.32g，压制单重为3.64g。

制作方法：把各物料混合60分钟，过40#标准筛，然后投入相配套的模具中，经过刮料、捣料等步骤，用45t四柱压机进行压制，压制压力为25Mpa，保压时间1分钟，压制完成后自然干燥25小时，然后放入烘箱烘干，在60°烘8小时，然后放入烧结炉烧结，烧结温度为850°，保温时间7小时，烧结完成后自然冷却到室温，然后检测、清洗备用。

采用粉体树脂材料固结成型的方法：组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，将树脂类材料均匀装入圆柱形磨块的间隙中，加温加压固化成型，然后粘接在圆形金属基体上。

Claims

1.新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于：按要求加工制成金属基体(1)，制作陶瓷结合剂立方氮化硼圆柱形磨块(2)(简称：圆柱形磨块，下同)，把圆柱形磨块(2)粘接在金属基体(1)上，然后在圆柱形磨块间隙中填入树脂材料(3)，形成陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层，经成型、固化、修磨、检验、包装入库。

2.根据权利要求1所述的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于金属基体为圆形，材质为铸铁、钢或铝；直径630-1000mm，圆形金属基体厚度为45-50mm，圆形金属基体设中心孔。

3.根据权利要求1所述的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于圆柱形磨块的生产方法：立方氮化硼、陶瓷结合剂、树脂材料的选择-配方设计-配混料-压制-自然干燥-烘烤-烧结-检测-清洗-烘干。

4.根据权利要求1所述的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于圆柱形磨块的直经为10-30mm，高度为3-10mm；成型密度为1.5-2.6g/cm³，浓度为75％-200％。

5.根据权利要求1所述的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层的生产方法：1、采用树脂胶固结成型的方法：在圆形金属基体粘接面上布胶，组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，在圆柱形磨块顶部施加压力，使圆柱形磨块与圆形金属基体相连接；胶体树脂可为环氧树脂胶粘剂，将胶体树脂充分混合后均匀的浇注入圆柱形磨块四周的间隙中；然后加热固化，一般可为50-60℃，固化时间：10-12小时；固化完成后，树脂层和圆柱形磨块及金属基体则粘接成为一体；2、采用粉体树脂材料固结成型的方法：组装模具，把圆柱形磨块放入模具孔中，将粉体树脂材料均匀装入圆柱形磨块的间隙中，加温加压固化成型，然后粘接在圆形金属基体上。

6.根据权利要求1所述的新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘及其生产方法，其特征在于圆柱形磨块在陶瓷CBN-树脂二元结构磨削层中的布局方法：圆柱形磨块呈多环式排布，环与环之间的圆柱形磨块等间隔错位交叉，每环圆柱形磨块之间具有相等的间距，每环的周长不同，但排布的圆柱形磨块数量相同；环数视研磨盘直径、圆柱直径而定，每环圆柱形磨块个数视每环周长、圆柱直径而定。