CN102601745B

CN102601745B - 一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法

Info

Publication number: CN102601745B
Application number: CN201210078255.0A
Authority: CN
Inventors: 万隆; 王俊沙; 宋冬冬; 时丹
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: CN102601745A

Abstract

本发明公开了一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，首先用表面活性剂对金刚石磨料进行表面处理，再将其与液体树脂、填料等进行预混合，然后加入到精密控温的混料装置中，在一定温度下热混炼，使之形成均匀、可塑性较好的成型料，最后在一定温度和压力下将成型料注入砂轮成型模具中，经一定条件固化，制备出树脂结合剂金刚石磨具。本发明制备的树脂结合剂金刚石磨具具有组织均匀、内部缺陷少、可靠性高等优点，特别适用于形状复杂的细粒度和超细粒度金刚石砂轮的制备。

Description

一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法

技术领域

本发明涉及一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法。

背景技术

随着机械加工领域精密磨床的开发研究，需要磨料粒度非常细小、组织非常均匀、形状较为复杂的磨削工具与之配套。由于精密加工质量要求很高，加工对象表面粗糙度Ra≤10μm。加工面型精度p-v150μm以下，无烧伤，无振纹，无划痕，无微裂纹。因此，如何减少砂轮内部缺陷、保证砂轮组织的均匀性是一个比较关键的问题。

目前，国内用于精密和超精密加工的磨具主要还是依赖进口，价格高、交货期长，购买手续复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，该精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法制备的树脂结合剂金刚石磨具具有组织均匀、内部缺陷少、可靠性高的特点。

发明的技术解决方案如下：

一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，包括以下步骤：

磨料表面处理：用表面活性剂对金刚石磨料进行表面处理；

热混炼：将表面处理过的金刚石磨料与液体树脂和填料进行预混合，然后加入到混料装置中进行热混炼，形成成型料；

热注模：将成型料于一定温度和压力下注入砂轮成型模具中；

固化：将热注模成型的砂轮进行带模固化，即可得到精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具。

混炼过程中，温度控制在60～90℃；在注模过程中，成型料的温度控制在60～90℃，砂轮成型模具的温度控制在60～80℃，注模压力控制在0.2～1.0MPa；注模完成后，恒温恒压1～5分钟。

所述的表面活性剂为油酸或硅烷偶联剂；用油酸处理磨料时，油酸用量为2～4ml/kg金刚石磨料；用硅烷偶联剂处理磨料时，硅烷偶联剂用量为2～3ml/kg金刚石磨料。

所述的金刚石磨料粒度范围为0.2～20μm。

所述的液体树脂为液体聚酰亚胺树脂或液体环氧树脂。

所述的填料为纳米SiO₂、Cu粉、Cr₂O₃、ZnO、石墨粉、MoS₂和硫铁矿中的至少两种混合物。

在固化过程中，当液体树脂为液体聚酰亚胺树脂时，升温到230±5℃，并保温1.5～3h，完成固化；当液体树脂为液体环氧树脂时，升温到160±5℃，并保温1.5～3h，完成固化。

所述热混炼步骤中，各成分的质量组分为：金刚石磨料25～45份，液体树脂25～40份，填料30～48份，各成分总计100份。

本发明的技术路线：

用表面活性剂对金刚石磨料进行表面处理，再将其与液体树脂、填料等进行预混合，然后加入到精密控温的混料装置中，在一定温度下热混炼，使之形成均匀、可塑性较好的成型料，最后在一定温度和压力下将成型料注入砂轮成型模具中，经固化制备出组织均匀、内部缺陷少的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具。

砂轮中各组分的质量份数为：磨料25～45份，树脂结合剂25～40份，填料30～48份；所述固化工艺为阶梯控温制度。

所述的表面活性剂为油酸或硅烷偶联剂。

所述的金刚石磨料粒度范围为0.2～20μm。

所述的液体树脂为液体聚酰亚胺树脂或液体环氧树脂。

所述的填料为纳米SiO₂、Cu粉、Cr₂O₃、ZnO、石墨粉、MoS₂和硫铁矿其中的几种。

所述树脂结合剂金刚石磨具的制备技术包括以下步骤：

1、原料处理工序：

用油酸或硅烷偶联剂对金刚石磨料进行表面处理。用油酸处理金刚石磨料时，采用干法处理，按照比例将油酸和金刚石加入球磨罐中球磨(15r/min)0.5h，即可获得油酸处理过的金刚石磨料。用硅烷偶联剂处理金刚石磨料时，采用湿法处理。按照比例将硅烷偶联剂和金刚石加入盛有甲苯的烧杯中，然后进行超声分散，超声20min后将混合液转移至三口烧瓶中，通冷却水，加热至甲苯回流温度保持3h，然后冷却至室温，过滤，于80℃下干燥10h，即可获得硅烷偶联剂处理过的金刚石磨料。

2、称料工序：

根据设计的树脂磨具配方，用精密天平分别称取金刚石磨料、液体树脂和填料等，称料误差小于0.2％。

3、混料工序：

将金刚石磨料、液体树脂和填料等先进行预混合，然后加入到精密控温的混料装置中，在60～90℃的温度下进行混炼，使之形成均匀且可塑性较好的成型料。

上述各个组分的质量含量和作用为：

金刚石磨料25～45份，粒度范围为0.2～20μn，起磨削作用。

液体树脂25～40份，为液体聚酰亚胺树脂或液体环氧树脂，主要起粘结磨料的作用。

填料30～48份，为纳米SiO₂、Cu粉、Cr₂O₃、ZnO、石墨粉、MoS₂、硫铁矿其中的一种或多种。纳米SiO₂可以调节成型料的粘度。Cu粉本身熔点较高，导热性好，可以减轻磨削区的局部过热现象，提高结合剂的耐热性；另外，Cu粉还可以起到增韧的效果。Cr₂O₃、ZnO具有较高的熔点和机械性能，能显著提高磨具的强度、硬度和耐热性。石墨粉、MoS₂是很好的润滑减摩材料，可以减轻磨具与工件之间的摩擦，降低磨削力，提高磨具的抛光性。硫铁矿中含有FeS₂，是硫元素的供给体，可以降低磨削阻力，提高磨削效率。

4、磨具成型：

将热混炼好的成型料加入热注模成型装置中，在一定温度和压力下注入模具中，并恒温恒压一定时间，然后再带模进行砂轮的固化。

其中：

注模温度：注模时成型料的温度与砂轮大小、形状、厚度有关，形状复杂、大型、薄壁的砂轮需较高的温度注模，一般控制注模温度为60～90℃

模具温度：模具温度过低，不利于冲模。因此，一般控制模具温度为60～80℃。

注模压力：压力大小影响成型料在模具内的流动速度，取决于成型料的粘度、流动性及模具尺寸和形状复杂性。采用粘度大的成型料和成型薄壁或大型砂轮坯体时，压力应增大，以保证冲模完全及砂轮组织的致密性。一般注模压力为0.2～1.0MPa。

5、固化工序：

固化为带模固化，固化温度制度为：缓慢升温至最高温度并保温。液体聚酰亚胺树脂最高温度230±5℃(保温1.5～3h)、液体环氧树脂最高温度160±5℃(保温1.5～3h)。其中，升温速率和保温时间应根据砂轮的形状复杂程度和尺寸大小而定。

有益效果：

本发明公开了一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，首先用表面活性剂对金刚石磨料进行表面处理，再将其与液体树脂、填料等进行预混合，然后加入到精密控温的混料装置中，在一定温度下热混炼，使之形成均匀、可塑性较好的成型料，最后在一定温度和压力下将成型料注入砂轮成型模具中，经一定条件固化，制备出树脂结合剂金刚石磨具。

本发明的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，与压制法相比，不会出现裂纹、密度上下不均匀的现象；与普通的浇注法相比，制备过程中的热混炼更加保证了成型料的均匀性和致密性。因此，该方法制备的树脂结合剂金刚石磨具具有组织均匀、内部缺陷少、可靠性高的优点，且特别适用于形状复杂的细粒度和超细粒度金刚石磨具的制备。

附图说明

图1为树脂结合剂金刚石磨具固化后断面显微结构电子扫描图。由图1可见，磨具内部组织中金刚石磨料、树脂结合剂及填料分布均匀，无明显的偏聚现象。

图2为磨具制备工艺流程图；

图3为磨具热注模成型用设备构造图；

图4-图7分别为实施例1-实施例4的固化工艺曲线。

标号说明：1-压紧头，2-成型模具，3-出浆口电热装置，4-注塑管，5-工作台，6-成型料，7-油浴装置。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

成型的砂轮特征：5306-30×50×6-RVD M10/20B 100

原料

金刚石

液体聚酰亚

纳米

Cu粉

Cr₂O₃

ZnO

	(10-20μm)	胺树脂	SiO₂	(15μm)
							wt％	31	30	2	18	10	9

用油酸对金刚石磨料进行表面处理，用量为3ml/kg金刚石磨料，按照比例进行称量和量取，然后加入球磨罐中球磨(15r/min)0.5h，即可获得表面处理过的金刚石磨料。

按照上述表中配方计算和称量原料，并进行预混合，然后加入到控温的混料装置中，控温80±5℃进行热混炼，使之形成均匀且可塑性较好的成型料。

将上述成型料加入热注模成型装置中，控制成型料温度为80±5℃、模具温度为70±5℃，并在1.0MPa的压力下将成型料注入砂轮成型模具中，保温保压3min，最后带模进行砂轮的固化，固化工艺曲线如图4所示。

固化完成后，自然冷却，脱模，即可获得树脂结合剂金刚石磨具。

实施例2

成型的砂轮特征：6-10×6.5×4-2，2-RVD M5/10B 100

用油酸对金刚石磨料进行表面处理，用量为4ml/kg金刚石磨料，按照比例进行称量和量取，然后加入球磨罐中球磨(15r/min)0.5h，即可获得表面处理过的金刚石磨料。

按照上述表中配方计算和称量原料，并进行预混合，然后加入到控温的混料装置中，控温80±5℃进行热混炼，使之形成均匀、可塑性较好的成型料。

将上述成型料放置热注模成型装置中，控制料温为80±5℃、模温为70±5℃，在0.5MPa的压力下将成型料注入模具中，保温保压2min，最后带模进行砂轮的固化，固化工艺曲线如图5所示。固化完成后，自然冷却，脱模，即可获得树脂结合剂金刚石磨具。

实施例3

成型的砂轮特征：6-10×6.5×4-2，2-RVD M5/10B 100

用硅烷偶联剂对金刚石磨料进行表面处理，偶联剂用量为2ml/kg磨料，按照比例进行称量和量取，加入盛有适量甲苯的烧杯中，然后进行超声分散，超声20min后将混合液转移至三口烧瓶中，通冷却水，加热至甲苯回流温度保持3h，然后冷却至室温，过滤，于80℃下干燥10h，即可获得处理过的金刚石磨料。

按照上述表中配方计算和称量原料，并进行预混合，然后加入到控温的混料装置中，控温70±5℃进行热混炼，使之形成均匀、可塑性较好的成型料。

将上述成型料放置热注模成型装置中，控制料温为70±5℃、模温为60±5℃，在0.5MPa的压力下将成型料注入模具中，保温保压2min，最后带模进行砂轮的固化，固化工艺曲线如图6所示。

实施例4

成型的砂轮特征：5305-6×12×3-RVD M1/2B 150

用硅烷偶联剂对金刚石磨料进行表面处理，偶联剂用量为3ml/kg磨料，按照比例进行称量和量取，加入盛有适量甲苯的烧杯中，然后进行超声分散，超声30min后将混合液转移至三口烧瓶中，通冷却水，加热至甲苯回流温度保持3h，然后冷却至室温，过滤，于80℃下干燥10h，即可获得处理过的金刚石磨料。

将上述成型料放置热注模成型装置中，控制料温为70±5℃、模温为60±5℃，在0.3MPa的压力下将成型料注入模具中，保温保压1min，最后带模进行砂轮的固化，固化工艺曲线如图7所示.固化完成后，自然冷却，脱模，即可获得树脂结合剂金刚石磨具。

Claims

1.一种精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

磨料表面处理：用表面活性剂对金刚石磨料进行表面处理；

固化：将热注模成型的砂轮进行带模固化，即可得到精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具；

2.根据权利要求1所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述的表面活性剂为油酸或硅烷偶联剂；用油酸处理磨料时，油酸用量为2～4ml/㎏金刚石磨料；用硅烷偶联剂处理磨料时，硅烷偶联剂用量为2～3ml/㎏金刚石磨料。

3.根据权利要求1所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述的金刚石磨料粒度范围为0.2～20μm。

4.根据权利要求1所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述的液体树脂为液体聚酰亚胺树脂或液体环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述的填料为纳米SiO₂、Cu粉、Cr₂O₃、ZnO、石墨粉、MoS₂和硫铁矿中的至少两种混合物。

6.根据权利要求1所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，在固化过程中，当液体树脂为液体聚酰亚胺树脂时，升温到230±5℃，并保温1.5～3h，完成固化；当液体树脂为液体环氧树脂时，升温到160±5℃，并保温1.5～3h，完成固化。

7.根据权利要求1-6任一项所述的精密磨削用树脂结合剂金刚石磨具的制备方法，其特征在于，所述热混炼步骤中，各成分的质量组分为：金刚石磨料25～45份，液体树脂25～40份，填料30～48份，各成分总计100份。