CN102363288A - 一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮所及其制备方法，其特征在于砂轮由由外部磨削层和内层夹具固定区复合而成，磨削层部分采用经煅烧整理的A磨料和微晶刚玉磨料组成混合高效磨削粒，与主晶相为氟金云母的微晶玻璃结合剂的复合微晶玻璃结构；内层芯部区采用细粒度的A磨料与入硼粉、叶腊石对长石、粘土改性的高强度工程陶瓷结构，使得不同的功能区域实现不同的设计目的，双面冷压成型，在特殊的曲线、气氛下烧成固化，低温烧成，节能降耗，降低砂轮制造成本，大幅度提高了砂轮结合度，耐磨削，组织均衡一致，气孔率均匀，便于用户定量定性磨削，方便实现自动化取代用户目前的普通陶瓷砂轮，较好地解决特钢行业产品磨削工艺，实现高效磨削。
Description
技术领域：
本发明涉及一种修磨砂轮，特别涉及一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮及其制备方法。
技术背景：
目前，用户使用的是一种普通的陶瓷结合剂砂轮，它是一种高厚度的平形砂轮，磨料材质为普通棕刚玉或白刚玉，采用普通粘土长石陶瓷结合剂烧结制成，磨削效率低，磨具结合度低，烧成温度高，燃料消耗量大，同时烧成控制难度大，平衡性差，硬度、均匀性因素使用户修整次数多，很难实现自动化磨削，通常采用单一结合剂与磨削材料结合的材料结构，在使用过程中砂轮通过法兰固定到磨削机械上对工件进行高速旋转磨削加工，砂轮与夹具固定部分不参与磨削，根据砂轮功能和使用要求，此部分要具有与参与磨削部分相比，具有较高的强度，但在砂轮使用结束，单一结构的砂轮与磨削部分同样材料结构的固定部分即无任何使用价值，回收价值微乎其微，浪费资源，在高端大规格砂轮尤为明显，而又不利于提高砂轮的使用效果，部分厂家也做了一些改进，但效果不明显。
发明内容：
本发明目的在于创新了一种新型高速磨钢坯砂轮，根据砂轮安装使用时对区域结构功能要求，按不同的功能区域采用不同性能的结构，设计不同的配方，使功能最优化，材料使用更确当，减低能耗和成本，并使两层之间牢固复合，一片砂轮两种不同的结构复合工艺，降低固化烧成温度，节能降耗，增加砂轮的结合度和磨削性能，使用工作线速度≥50m/s。大幅度提高磨削效率能实现自动、连续、均匀、高效的磨削，磨削比是普通常用砂轮的3倍，使该行业、工艺相对简单，提高了磨削效率便于用户实现自动化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮的制备方法是：
(1)制备基础高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮使用的材料重量百分比配方有：
A，芯部层重量百分比配方％
芯部层工程陶瓷结合剂重量百分比配方％
长石40，硼玻璃20，滑石2，粘土10，叶腊石28
芯部层成型料配方(以磨削材料100kg计)
磨料：150#A砂100kg
结合剂19kg(kg/每100kg磨削材料)
水玻璃1700ml(ml/每100kg磨削材料)
糊精2.5-3kg(kg/每100kg磨削材料)、
B，磨削层成型料重量百分比配方％(以磨削材料100kg计)
磨削层微晶玻璃结合剂重量百分比配方％
长石20，氟金云母晶项微晶玻璃40，粘土10，叶腊石25
磨削层成型料配方(以磨削材料100kg计)
磨料：100，其中：A磨料 92 150#SA 或SG磨料 8
微晶玻璃结合剂；19
水玻璃1700ml(ml/每100kg磨削材料)
糊精2.5-3kg(kg/每100kg磨削材料)、
C，基础砂轮成型料单重附表；砂轮硬度：P级 重量单位：Kg
| 砂轮规格： | 500×150×305 | 600×200×305 |
| 芯部层成型料单重 | 15.3 | 33.28 |
| 磨削层成型料单重 | 35.7 | 77.62 |
| 砂轮成型料总单重 | 51 | 110.9 |
(2)制备工艺步骤：
a.芯部层工程陶瓷结合剂制备：按上述配方称取长石、硼玻璃、滑石，粘土粉、叶腊石，置钟形形混料机容量500L 加料量150-200Kg，混合时间：10-20min，过筛，过筛号：60#，制得基础陶瓷结合剂；
b，芯部层成型料制备：按上述配方称取150#A磨料加入水玻璃，置混轮捻式混料机混合5min，混合均匀。加入称量好的结合剂，糊精混合15min.出料后，过8-10#筛，制得得砂轮的最终芯部层成型复合料。
c.微晶玻璃结合剂制备：上述配方称取长石、氟金云母晶项微晶玻璃、滑石，粘土粉、叶腊石，置钟形形混料机 容量500L 加料量150-200Kg，混合时间：10-20min，过筛，过筛号：60#，制得微晶玻璃结合剂结合剂；
d.磨削层成型料制备：按上述配方称取A磨料、150#SA砂磨料加入水玻璃，置混轮捻式混料机混合5min，混合均匀，加入称量好的微晶玻璃结合剂，糊精混合15min.出料后，过8-10#筛，制得得砂轮的最终成型复合料。
e，成型：按上述称取砂轮成型料单重称取成型料，在砂轮模具内，用镀锌铁皮制备与芯部区外圆直径相同的园筒将用于成型投料时将磨削区和芯部层隔开，实现芯部区和磨削层两次分次投料，采用模压法，使成型料在摸具内均匀分布，上下两面均匀受压，达到磨具毛坯密度均匀，在1500吨砂轮成型压机上用冷压成型，成型压力：17.5Mpa，分两次施压，第一次为总压力的1/4-1/3，去掉磨具垫铁，按总压力施压，并保持1分钟；
f，干燥：在隧道式干燥室高温干燥，干燥用按细粒度工艺执行，40-60℃干燥48小时，坯体经干燥后，装入燃气烧成窑在1150℃烧成。
g，烧成：将冷压成型干燥后砂轮坯体装入燃气式烧成窑，直接升温至80℃，以30℃/h升温至500℃，以40℃/h升温至950℃，以15℃/h达到1150℃，保温8h，快速冷却至800℃，保温1.5-2h，自然冷却100℃以下，打开窑门，窑压及烧成气氛控制：1150℃前负压，氧化气氛，冷却至800℃前，采用负压弱氧化气氛，800℃保温段正压还原气氛，800℃以下至100℃采用自然冷却降温。
实现玻璃状微晶陶瓷晶体晶核形成，并使之与磨削粒因子融融烧结固化均匀，复合成型为合格的陶瓷微晶钢坯修磨砂轮。
一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮所及其制备方法，其特征在于砂轮由由外部磨削层和内层夹具固定区复合而成，磨削层部分采用经煅烧整理的A磨料和微晶刚玉磨料组成混合高效磨削粒，与主晶相为氟金云母的微晶玻璃结合剂的复合微晶玻璃结构；内层芯部区夹具固定区采用细粒度的A磨料与用硼粉、叶腊石对长石、粘土改性的高强度工程陶瓷结构，使得不同的功能区域实现不同的设计目的，双面冷压成型，在特殊的曲线、气氛下烧成固化，低温烧成，节能降耗，降低砂轮制造成本，大幅度提高了砂轮结合度，耐磨削，组织均衡一致，气孔率均匀，便于用户定量定性磨削，方便实现自动化取代用户目前的普通陶瓷砂轮，较好地解决特钢行业产品磨削工艺，实现高效磨削。
以下对本发明做出进一步说明：
本发明是一种特殊的成型料制砂轮，事先要制造一种一定结晶的工程陶瓷和微晶玻璃结合剂，然后把这两种结合剂按重量百分比分别与各层磨料制成相应成型料，用冷压的方法，以不同的压力把它制成陶瓷结合剂砂轮，制造砂轮要事先确定的磨削性能选择磨料，砂轮的毛坯的密度和弹性模数，确定砂轮的磨削能力。根据设计要求，需变动磨料与结合剂(包括填充料)重量的百分比。根据本发明的基础配方合适的磨料与结合剂(包括填充料)重量的百分比就可得到一定的气孔率，一定弹性模数和预期磨削效果，这种砂轮烧成后可直接使用，而不需要加工或稍微加工即可。
本发明是一种高性能高强度复合工程陶瓷结构磨削材料，规格尺寸为500×150×305，600×200×305，本发明的砂轮分为磨削层和芯部区，内层芯部区采用玻璃项的含硼工程陶瓷结合剂，用叶腊石和硼粉，对粘土，长石陶瓷结合剂改性，该结合剂作为结构材料使之与150-0#细粒度A磨料低温复合烧成高强度工程陶瓷结构，磨削层部分，以含硼氟金云母晶项微晶玻璃40％，长石20％，40，粘土10％，叶腊石25％与和经高温煅烧整理的A磨料和SA微晶刚玉磨料的混合磨削因子混合材质磨削材料复合而成微晶玻璃结构，两种复合结构分次投料，一次成型，在大吨位成型压力下制成高密度坯体，成型料经混料后、高压成型，在1150℃烧结，并在780℃-800℃晶化，高温下，砂轮坯料处融融状态烧结，由含硼微晶玻璃、叶腊石，滑石、粘土、长石组成的高强度高低缩率工程陶瓷结合剂特征的结合剂和磨削材料剧烈反应，专用烧成工艺使得磨削料中的AI2O3、TiO2与该结合剂充分反应，体积密度定量定性烧成，形成混合磨削材料与具备微气孔的玻璃相高强度微晶陶瓷复合结构，制得组织致密高硬度玻璃相微晶陶瓷磨钢坯砂轮。
本发明的砂轮磨削层磨削材料改变普通砂轮磨削因子采用单一普通磨料结构，磨削粒组成结构中的A刚玉磨料，经科学整理，方法是，A磨料采用水洗球磨制成后，再经800-1350℃煅烧处理改变了磨料内部的晶络结构，消除了刚玉A磨料的在机械制粒过程中产生的内应力和反常膨胀，使之在烧成时紧密的与陶瓷结合剂复合，降低了磁性物含量，大幅度提高砂轮的磨削效率。加入上述主磨料量3-5％细1号陶瓷系列微晶刚玉磨料(SA)相混合磨粒以提高砂轮的磨削效率。芯部区磨料采用磨料150-0#细粒度A磨料及240-0#GC磨料是原料生产厂里几乎成为下脚的细粉，增加了资源、材料的利用率，极大地增强了砂轮的强度，降低了制造成本。
本发明的砂轮的结构材料结合剂，芯部区工程陶瓷结合剂，采用玻璃项的含硼工程陶瓷结合剂，在大规格砂轮配方中采用叶腊石和硼粉，改变的普通陶瓷的结构，改变陶瓷结合剂的烧成后的不规则晶体结构和强度同时提高了结合剂对磨料把持力，磨削层部分，采用高强度氟金云母晶核微晶玻璃结构，集中了玻璃和陶瓷的优良性能，如耐磨、耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好，可以大幅度增加砂轮的强度和结合力，从而提高砂轮的使用速度、安全系数和使用寿命。专用烧成曲线和气氛，低温快速升温烧成在冷却阶段设定特殊的保温晶体成型时段，便于陶瓷晶体结构形成，优化了烧成控制，1150℃烧成，在800℃下保温，冷却烧成工艺，改变陶瓷结合剂的烧成后的不规则晶体结构和强度同时提高了结合剂的把持力，改善了磨具组织密度均匀性，气孔率和排屑性能，增强了砂轮的自锐性和抗烧伤工件性能。
本发明其玻璃与晶体共存的多晶固体陶瓷材料结构，整体集中了玻璃和陶瓷的优良性能，如机械强度高、如耐磨、耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等。抗折强度107.5MPa，显微硬度10.8GPa，耐水性2.843×10-4Kg/m2，耐酸性5.897×10-4Kg/m2，耐碱性3.023×10-4Kg/m2，密度2.87×103Kg/m3，有较低的软化点，可将砂轮的烧结温度控制在1150℃以下；具有普通玻璃3～4倍的强度，普通陶瓷1.5～2.5倍的强度，提高磨钢坯砂轮的强度和结合度，使用线速度，安全系数，大幅度提高砂轮的使用速度和寿命，同时，烧成温度低，节能，产品加工简单或免加工；其特点：几何尺寸稳定，线收缩率在0.5～1％，密度可达3.3g/cm3韧性好，弹性模数可达180达因/cm2，耐用度比普通砂轮提高150％，≥1∶36，最高线速度≥60m/s，具有高强度，高硬度，组织密度均匀组织密度均匀，≤0.5H；在高速磨削条件下，磨削比大，不烧伤工件从而大幅度提高磨钢坯制造的质量减少磨削成本，并易于钢铁行业特别是特钢产业的圆柱形钢材磨削自动化。
本发明的有益效果是，通过上述改变砂轮的内部结构和工艺创新，工艺过程降低了烧成温度节约成本，实现环保而高效，本发明制造的高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮，改变了普通陶瓷砂轮，结合度低，组织密度均匀性差，磨削效率低，消耗大，浪费资源的问题，实现高效磨削，便于用户定量定性磨削方便实现自动化取代用户目前的普通陶瓷砂轮，较好地解决特钢行业产品磨削工艺，大幅度降低该行业制造成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
图例1是本发明的电子扫描纵面构造图，图1中(1)是芯部区内层经加入叶腊石和硼粉制成的改性工程陶瓷结合剂成型后呈微晶结构工程陶瓷结构扫描电子；(2)是用微晶玻璃制备的砂轮磨削层部分的显微微晶玻璃结构扫描电子图；
图例2是本发明的工艺流程图；
具体实施方式
一、选料配料：砂轮的陶瓷结合剂原材料及其技术条件、原料的配比范围：
1、长石：3.1化学成分(％)SiO2含量为63～68；Al2O3含量为17～20；Fe2O3＜1；CaO＜0.7，MgO＜0.7；K2O≥10.0，NaO≤4；灼减≤1.0。粒度组成：全部通过100#筛，通过240#筛≥98％，水份：≤1％；耐火度：1230℃～1280℃。
2、粘土：化学成分(％)：SiO2含量为45～49；Al2O3含量为34～38；Fe2O3≤12；
CaO＜1；MgO＜1；K2O+NaO＜3；灼减＜15。粒度组成：全部通过100#筛，通过240#筛≥98％，水份：≤1％。
3、叶蜡石要求：白色粉末，白 度＞90粒度组成：全部通过100#筛，通过240#筛≥98％，水份：≤1％；化学成分(％)：Al2O3≥18～27％，K2O+Na2O≤0.5～0.7％，Fe2O3≤0.5％。SiO265～75％ K2O+Na2O＜0.6～1.2％。
4、硼玻璃：色泽：白色，无杂质，含硼≥28.5％，水分：≤1％；粒度：全部通过100#筛，通过240#筛≥96％，
5、滑石化学成分(％)：SiO2：58～62；Al2O3≤1.5；Fe2O3≤1.0，CaO≤1.0，MgO：30～36；灼减：4～8，粒度组成：使用的滑石粉全部通过120#筛网，耐火度：1400℃～1500℃。
a.结合剂配制：按上述配方分别配制：①芯部区工程陶瓷结合剂；②磨削层直接选用主晶相为氟金云母的微晶玻璃结合剂；
b，成型料配制：按上述配方分别将相应磨料和相应结合剂混合置150Kg逆流混料机搅动混合，分别配制芯部区成型料和磨削层的成型料。
二、砂轮成型料制备工艺过程：
1、棕刚玉：化学成份(％)：AI2O 395～97％，TiO2 1.7～3.4 CaO≤0.42％；SiO2≤1.00％；Fe2O3≤0.3.0，；磁性物≤0.035％，水份：≤0.5％；磨削层磨削材料：选用采用在800～1350℃段烧，水洗，干燥后的A刚玉磨料粒度：根据客户所定砂轮粒度按照国标GB/T2481执行，芯部层A刚玉磨料粒度150-0#.
2、微晶刚玉SA，粒度：根据客户所定砂轮粒度标准按照国标GB/T2481.1执行，一般选用150#粒度砂，化学成份(％)：AI2O3 94～96.5％，TiO2 2.20～3.8，磁性物≤0.03％，水份：≤0.5％；
3、水玻璃：a，密度：1.35-1.4g/cm3b，模数：2.4-2.8，c，游离二氧化硅，10g水玻璃溶于250ml水中，静置24小时后，沉淀物≤1.5％；
4、含硼微晶玻璃：色泽：白色，无杂质，含硼≥28.5％，水分：≤1％；主晶相为氟金云母，晶体结构为六方片状结构，晶粒尺寸为1μm-2μm；粒度：全部通过100#筛，通过240#筛≥96％；灼减≤1.0。其重量百分比化学成份：SiO2 45-50％，Al2O3 8-12％，ZnO 5-8％，MgO6-10％，Na2O 2-4％，B2O3 10-15％，Li2O 3-5％，F 4-7％，K2O 5-8％。熔点：不小于800℃～900℃。
5，糊精：色泽：淡黄色粉末，粒度组成：全部通过120#筛网，通过180#筛网的筛下物不少于97％，灰份：≤3％；水分：≤6％；黏度：≥1.4E。
按照上表所示配方称取各种原料，将A磨料、SA磨料置混轮捻式混料机中，开动混料机，加入水玻璃，混合5min，混合均匀后；加入称量好的结合剂，糊精混合45min.出料后，过8-10#筛，制得成型料，备用，水分控制在4.8-5.2％，
三，成品制备工艺步骤：
1、砂轮在1500吨砂轮成型机组冷压成型：在成型机组工作台安置所需砂轮模具，在砂轮模具内，用镀锌铁皮制备与芯部区外圆直径相同的园筒将用于成型投料时将磨削区和芯部层隔开，实现芯部区和磨削层两次分次投料，一次成型：按规定成型单重，分别投入芯部工程陶瓷介质成型料和磨削层的微晶玻璃介质成型料。抽去镀锌铁皮隔离园筒，压制成型，成型压力：17.5Mpa，分两次施压，第一次为总压力的1/4-1/3，然后去掉磨具垫铁，按总压力施压，并保持1分钟；成型后内外径的表皮，并不得留下刮痕。
2、干燥：在隧道式干燥室高温干燥，干燥用按细粒度工艺执行，40-60℃干燥48小时。
3、烧成：坯体经干燥后，装入燃气烧成窑在1150℃烧成，烧成时实际烧成温度低于烧成曲线时，不得超速度升温，只能延长烧成时间。严格控制烧成气氛，烧成时采用氧化气氛，冷却至800℃前，采用弱氧化气氛，800℃保温段负压还原气氛。800℃以下至100℃自然冷却缓慢降温。100℃一下打开窑门冷却至室温出窑，转入精加工工序。
4、加工检验：砂轮外表需要全部加工，加工时在多功能砂轮车床上一次加工之规定尺寸即可，合格的制品需按国家规定的砂轮标准检查。
Claims (1)
1.一种高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮及其制备方法，其特征在于：由磨削层和内层芯部层组成，内层芯部层采用含硼工程陶瓷结构，用叶腊石和硼粉，对粘土，长石陶瓷结合剂改性，使之与细粒度A磨料烧结成的高强度工程陶瓷结构，磨削层部分采用微晶玻璃结构，用氟金云母晶项的微晶玻璃结合剂和经高温煅烧整理的A磨料、SA微晶刚玉磨料的混合磨削粒复合烧结而成。其制备方法是：
(1)制备基础高速陶瓷微晶钢坯修磨砂轮使用的重量百分比配方有：
A，芯部层
芯部层工程陶瓷结合剂重量百分比配方％：
长40，硼玻璃20，滑2，粘土10，叶腊石28
芯部层成型料配方(以磨削材料100kg计)：
磨料：150#A砂100kg 结合剂19kg(kg/每100kg磨削材料)
水玻璃1700ml(ml/每100kg磨削材料)
糊精2.5-3kg(kg/每100kg磨削材料)、
B，磨削层
磨削层微晶玻璃结合剂重量百分比配方％：
长石20，氟金云母晶项微晶玻璃40，粘土10，叶腊石25；
磨削层成型料重量百分比配方％(以磨削材料100kg计)：
磨料：100，其中：A磨料 92，150#SA或SG磨料8，
微晶玻璃结合剂；19 水玻璃1700ml(ml/每100kg磨削材料)
糊精2.5-3kg(kg/每100kg磨削材料)；
C，基础砂轮成型料单重附表；砂轮硬度：P级 重量单位：Kg
(2)制备工艺步骤：
a.芯部层工程陶瓷结合剂制备：按上述配方称取长石、硼玻璃、滑石，粘土粉、叶腊石，置钟形形混料机 容量500L 加料量150-200Kg，混合时间：10-20min，过筛，过筛号：60#，制得基础陶瓷结合剂；
b，芯部层成型料制备：按上述配方称取150# A磨料加入水玻璃，置混轮捻式混料机混合5min，混合均匀。加入称量好的结合剂，糊精混合15min.出料后，过8-10#筛，制得得砂轮的最终芯部层成型复合料。
料后，过8-10#筛，制得得砂轮的最终芯部层成型复合料。
c.微晶玻璃结合剂制备：上述配方称取长石、氟金云母晶项微晶玻璃、滑石，粘土粉、叶腊石，置钟形形混料机 容量500L 加料量150-200Kg，混合时间：10-20min，过筛，过筛号：60#，制得微晶玻璃结合剂结合剂；
d.磨削层成型料制备：按上述配方称取A磨料、150#SA砂磨料加入水玻璃，置混轮捻式混料机混合5min，混合均匀，加入称量好的微晶玻璃结合剂，糊精混合15min.出料后，过8-10#筛，制得得砂轮的最终成型复合料。
e，成型：按上述称取砂轮成型料单重称取成型料，在砂轮模具内，用镀锌铁皮制备与芯部区外圆直径相同的园筒将用于成型投料时将磨削区和芯部层隔开，实现芯部区和磨削层两次分次投料，采用模压法，使成型料在摸具内均匀分布，上下两面均匀受压，达到磨具毛坯密度均匀，在1500吨砂轮成型压机上用冷压成型，成型压力：17.5Mpa，分两次施压，第一次为总压力的1/4-1/3，去掉磨具垫铁，按总压力施压，并保持1分钟；
f，干燥：在隧道式干燥室高温干燥，干燥用按细粒度工艺执行，40-60℃干燥48小时，坯体经干燥后，装入燃气烧成窑在1150℃烧成。
g，烧成：将冷压成型干燥后砂轮坯体装入燃气式烧成窑，直接升温至80℃，以30℃/h升温至500℃，以40℃/h升温至950℃，以15℃/h达到1150℃，保温8h，快速冷却至800℃，保温1.5-2h，自然冷却100℃以下，打开窑门，窑压及烧成气氛控制：1150℃前负压，氧化气氛，冷却至800℃前，采用负压弱氧化气氛，800℃保温段正压还原气氛，800℃以下至100℃采用自然冷却降温。
制得陶瓷微晶结合剂磨钢坯砂轮。
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