CN102398229A

CN102398229A - 磨削聚晶金刚石刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮

Info

Publication number: CN102398229A
Application number: CN2011103319528A
Authority: CN
Inventors: 李志宏; 陈学伟; 朱玉梅
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明公开了一种磨削聚晶金刚石(PCD)刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其原料组成及其重量百分比含量为：44～74％金刚石磨料，4～19％刚玉，22～37％陶瓷结合剂；所述陶瓷结合剂的原料组成及其重量百分比含量为：46～63％SiO₂，21～33％B₂O₃，5～13％K₂O，3～6％Bi₂O₃，2～5％SnO₂，1.5～6％Sb₂O₃。本发明是一种加工效率高、自锐性好、硬度高、加工精度高、修整频次少、寿命长、使用速度可达80m/s、能对PCD刀具进行高效精密加工的磨削工具，主要用于PCD宽刀片及各类硬质刀具的磨削加工。

Description

磨削聚晶金刚石刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮

技术领域

本发明是关于磨削加工工具的，尤其涉及磨削加工聚晶金刚石(PCD)刀具的陶瓷结合剂金刚石砂轮。

背景技术

PCD(聚晶金刚石)刀具在有色金属及其合金、非金属材料的高速切削中体现出优良的切削性能，已广泛应用于汽车、航空、航天、建材等工业领域。但是，PCD的高硬度、高耐磨性使刀具刃磨相当困难，主要体现在材料磨除率小、砂轮损耗大、刃磨效率低、刃口呈锯齿状等。PCD刀具的刃磨工艺性已成为其推广应用的障碍之一，为了突破这一工艺瓶颈，国内外学者进行了大量研究开发工作。常用的PCD刀具刃磨工艺有金刚石砂轮机械刃磨、放电刃磨、电解刃磨等，其中机械刃磨虽然刃磨效率较低、加工成本较高，但可获得良好的刀具刃口质量和完整、光洁的前后刀面，所以金刚石砂轮机械刃磨在技术上最为成熟，在目前使用也最为广泛。为了达到对PCD刀具的高效优质磨削，除了制造生产出先进的数控磨床设备，还更需要研制出性能优异的陶瓷结合剂金刚石砂轮。

现在市场上用于磨削PCD刀具的金刚石砂轮，其加工效率、加工精度、耐用度、形状保持性、使用寿命都较低，需频繁修整或更换。因此修整工具损耗快，辅助时间和劳动强度大，影响了生产效率，加大了生产成本。随着硬质刀具行业生产力的提高，对金刚石砂轮加工硬质刀具的效率和精度、砂轮的耐用度、使用寿命、修整频次等要求越来越高，目前的砂轮难以满足其要求。

发明内容

本发明的目的是，克服现有的用于磨削PCD刀具的金刚石砂轮的缺点与不足，使金刚石砂轮更好地适用于PCD刀具磨削加工的需要，提供一种具有良好自锐性、硬度高、磨削能力强、加工效率高、加工精度高、修整频次少、寿命长、使用速度可达80m/s的陶瓷结合剂金刚石砂轮

本发明通过如下技术方案予以实现。

磨削聚晶金刚石刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其原料组成及其重量百分比含量为：44～74％金刚石磨料，4～19％刚玉，22～37％陶瓷结合剂；所述陶瓷结合剂的原料组成及其重量百分比含量为：46～63％SiO₂，21～33％B₂O₃，5～13％K₂O，3～6％Bi₂O₃，2～5％SnO₂，1.5～6％Sb₂O₃。

所述金刚石磨料的粒度，与刚玉粒度相一致，为100/120～325/400目。

所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的烧结温度低于800℃。

所述陶瓷结合剂金刚石砂轮使用的线速度可达80m/s。

本发明的有益效果是，提供了一种加工效率高、自锐性好、硬度高、磨削能力强、加工精度高、修整频次少、寿命长、使用速度可达80m/s、能对PCD刀具进行高效精密磨削的陶瓷结合剂金刚石砂轮。该砂轮工具的磨削刃锋利、形状保持性好、制备工艺简单，与市场上现有的的金刚石砂轮相比，可使磨削效率提高50％。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。

聚晶金刚石(PCD)是将粒度为微米级的金刚石微粉与少量金属粉末(如Co)混合后在高温(1400℃)、高压(6000MPa)下烧结而成的聚晶体。PCD刀具的高硬度、高耐磨性使刀具刃磨相当困难，主要体现在材料磨除率小、砂轮损耗大、刃磨效率低、刃口呈锯齿状等。为了解决对PCD刀具的高效优质磨削，人们对PCD刀具的机械刃磨、放电刃磨、电解刃磨进行了深入广泛的探索。对比以上三种刃磨方式，目前机械刃磨在技术上最为成熟。金刚石是目前工业上得以应用的最硬的材料，因此金刚石砂轮责无旁贷地成为加工PCD刀具的首选刃磨工具。

由于金刚石磨料本身属于脊性材料，要依靠其它材料相互结合并定型，才能制备出具有一定强度且满足尺寸要求的磨削工具。由于金刚石在高温下容易氧化分解，所以烧结温度不能超过800℃，否则会影响金刚石的超硬特性发挥，而且烧结温度越低，越有利于超硬材料超硬特性的保持。另外，陶瓷结合剂金刚石砂轮实际上是由磨料和陶瓷结合剂烧结而成的复合体，因为金刚石磨料的热膨胀系数较低，所以，为了保证该复合材料的高强度，所选结合剂的热膨胀系数最好较低，才能与之匹配。低温高强陶瓷结合剂具有耐火度低、强度高、硬度高、脆性好、耐化学腐蚀等优点，自然成为结合金刚石磨粒的最佳材料。陶瓷结合剂金刚石砂轮结合了陶瓷材料和金刚石各自的优点，使这种类型的砂轮具备自锐性好、硬度高、磨削能力强、形状保持性好等特点，所以，在磨削PCD刀具等硬质刀具方面，陶瓷结合剂金刚石砂轮越来越受到人们的青睐。因此，本发明采用一种耐火度低、热膨胀系数低、具有较高强度的陶瓷结合剂作为金刚石磨料的结合剂，以保证其结合的金刚石砂轮具有更高的磨削效率、强度、加工精度、耐蚀性和使用寿命，能够实现对PCD刀具的高效精密加工。

本发明磨削PCD刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮的砂轮体为圆饼形状，圆心位置设置有固定孔。陶瓷结合剂金刚石砂轮的原料组成为金刚石、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。金刚石磨料的粒度根据具体使用中被磨削PCD刀具的刀面粗糙度加工要求选用，刚玉粒度与金刚石的粒度一致，为100/120～325/400目。

具体实施步骤为：

步骤(1)：首先根据砂轮体材料的硬度设计砂轮体的组织、磨料(包括金刚石和刚玉)和结合剂的组成比例、密度。

步骤(2)：根据砂轮的规格尺寸计算砂轮的成型单重。

步骤(3)：根据步骤(1)(2)的配方进行配料、混料并成型。

步骤(4)：将步骤(3)成型的坯件在800℃以下烧结。

步骤(5)：将烧结后的砂轮体，进行表面清理和外观的休整。

制备陶瓷结合剂金刚石砂轮的具体实施例详见表1。

表1

为了使陶瓷结合剂中各成分能够进行充分、均匀地相互作用，从而更有效地控制陶瓷结合剂金刚石砂轮的组织均匀性，首先按结合剂配比称取原料，再经混合、1300℃熔炼、淬冷、粉碎、过筛，制得陶瓷结合剂粉料。

陶瓷结合剂具体实施例详见表2。

表2

No	SiO₂(％)	B₂O₃(％)	K₂O(％)	Bi₂O₃(％)	SnO₂(％)	Sb₂O₃(％)
							实施例1	63	25	5	3	2	2
实施例2	58	24	6	6	4.5	1.5
							实施例3	53	21	13	4.5	5	3.5
实施例4	46	33	8	3.5	3.5	6

本发明陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削效果为：磨PCD宽刀片(加工余量为0.2mm)，加工节拍为0.5～1.0分钟/片，表面粗糙度≤Ra0.3，砂轮单次休整可磨削10片以上，单个砂轮寿命达到90～100片，砂轮的工作线速度可达80m/s；而现在市场上用于磨削PCD刀具的砂轮，加工节拍为2.0分钟/片，砂轮单次休整可磨削3～5片，单个砂轮寿命是70～80片，砂轮的工作线速度约50m/s；相比之下，本发明提供的砂轮，磨削效率提高了50％，自锐性、砂轮转速和砂轮磨削寿命都得以提高。

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

1.一种磨削聚晶金刚石刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮，其原料组成及其重量百分比含量为：44～74％金刚石磨料，4～19％刚玉，22～37％陶瓷结合剂。所述陶瓷结合剂的原料组成及其重量百分比含量为：46～63％SiO₂，21～33％B₂O₃，5～13％K₂O，3～6％Bi₂O₃，2～5％SnO₂，1.5～6％Sb₂O₃。

2.根据权利要求1的陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述金刚石磨料的粒度，与刚玉粒度相一致，为100/120～325/400目。

3.根据权利要求1的陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的烧结温度低于800℃。

4.根据权利要求1的陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮使用的线速度可达80m/s。