CN102837266A - 一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、砂轮块和粘结层组成，所述砂轮块的原料组分及质量百分比含量为30~80%CBN磨料，0~35%白刚玉，15~30%陶瓷结合剂，5%粘结湿润剂，0~12%造孔剂；所述陶瓷结合剂的原料组分及质量百分比含量为45~55%SiO₂，9~12%Al₂O₃，15~20%B₂O₃，4~8%Na₂O，4~8%K₂O，4~12%MgO，0~10% Na₃AlF₆，该陶瓷结合剂的烧结温度低于900℃；所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球。本发明提供了一种可以有效加工扁平和片状高速钢、合金钢、铸铁部件的端面磨砂轮，其特点是工件加工精度高，气孔可调性好，磨削效率高，使用寿命长，工件的综合磨削成本低。

Description

一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮

技术领域

本发明是关于磨削加工工具的，尤其涉及一种扁平或片状金属工件端面磨削加工用的陶瓷结合剂立方氮化硼（CBN）端面磨砂轮。

背景技术

随着科学技术和工业的快速发展，现代机械工业产品对配件性能要求越来越高，大批量生产的工件要求有良好的互换性，因而对磨削加工精度和磨削效率要求越来越高。扁平或片状金属工件是机械行业中必不可少的一类精密零件，广泛应用于空调、汽车、液压、轴承、磁性材料等行业，如空调压缩机滚套、缸体、滑片，汽车活塞环、刹车片，叶片泵叶片等工件，其材质一般为高速钢、合金钢、铸铁等难磨材料。采用常规的碳化硅、刚玉端面磨砂轮加工工件，存在着磨削效率低，加工精度差，修整频繁，工件易变形等问题，不能满足现代化工业大批量生产的需求。

目前，CBN超硬磨具的高精度、高效率磨削效果已被广泛认可，CBN的硬度相当于刚玉磨料的2倍，其机械强度相当于碳化硅磨料的2倍多，砂轮的磨削效率是普通磨具的150~200倍，磨削温度低且能在较长时间内保持工件的平直度、平行度和尺寸精度，提高生产效率，降低总的磨削成本，可以实现各种高强度、高硬度的钢材、铸铁等材料的高效率、高精度磨削。

双端面磨削可以在很短的加工时间内获得极高的表面光洁度、高的精度和高的磨除率，是精加工扁平工件端面最有效的方法之一。然而，砂轮的迅速钝化和气孔的堵塞却抑制了双端面磨削的应用。这是由于双端面磨削与常规的磨削方式不同，它是在相对低的切削速度下依靠工件与砂轮的大面积接触来去除工件材料，在磨削过程中发热量大，砂轮磨损较快且容易发生堵塞，同时，工件易产生局部烧伤或发暗，影响工件表面的加工精度及加工质量。陶瓷结合剂CBN磨具切削锋利、生产效率高、易于修整，且磨具中存在较多气孔，有利于冷却和排屑，不易堵塞和烧伤工件，同时形状保持性好、磨削精度高，应用于双端面磨削时，工件加工后可以获得很高的平行度和两平面的平行度。通过添加造孔剂，还可有效调整和控制CBN磨具中气孔的形状、尺寸和数量，以适用于不同工件的磨削要求。国外已有性能较好的同类产品，如法国圣戈班集团和日本三井公司产的端面磨砂轮，但进口砂轮的价格昂贵，经济上难以接受。国内此类端面磨砂轮的制备技术与之相比仍有较大差距，自主研发提高国内陶瓷结合剂CBN端面磨砂轮的制备技术及产品的性能是必然趋势。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种加工精度高，气孔可调性好，磨削效率高，使用寿命长，工件的综合磨削成本低的双端面磨削用陶瓷结合剂CBN砂轮，主要通过设计和调整砂轮块的配方及组织结构控制砂轮的强度、硬度和气孔状态，有效解决扁平或片状高速钢、合金钢、铸铁等不同材料的端面磨削加工问题。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、砂轮块和粘结层组成，其特征在于，所述砂轮块为立方氮化硼砂轮块，其原料组分及其质量百分比含量为30~80%立方氮化硼磨料，0~35%白刚玉，15~30%陶瓷结合剂，5%粘结湿润剂，0～12%造孔剂；

所述陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为45~55%SiO₂，9～12%Al₂O₃，15~20%B₂O₃，4~8%Na₂O，4~8%K₂O，4～12%MgO，0~10%Na₃AlF₆；

所述粘结湿润剂为水玻璃或糊精溶液；

所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球。

所述基体材质为铸铁或钢基体。

所述粘结层为环氧树脂粘结剂。

所述陶瓷结合剂的烧结温度为750~880℃。

所述氮化硼磨料与白刚玉的粒度均为70/80~325/400目。

所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球的分解温度为250~400℃，粒径为7μm，10μm，15μm，20μm或者60μm。

本发明的有益效果是，提供了一种扁平或片状金属工件端面磨削加工用的陶瓷结合剂CBN端面磨砂轮，有效解决扁平或片状高速钢、合金钢、铸铁等不同材料的端面磨削加工问题。该砂轮具有加工精度高，气孔可调性好，磨削效率高，使用寿命长，工件的综合磨削成本低的特点，具有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图。

附图标记说明如下：

1-基体       2-CBN砂轮块

3-粘结层     4-中心孔

5-纵向螺孔   6-横向螺孔

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明采用常规的工业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，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，双端面磨削接触面宽，在磨削过程中发热量大，不但使砂轮容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件表面的加工精度及加工质量。因此，一般采用松组织（大气孔、微气孔结构）的砂轮。并且选择强度较高的结合剂，以保证砂轮的强度与硬度。

本发明的陶瓷结合剂经配料、混合，然后放入高温炉中加热至1300℃，保温2h进行充分熔炼，再水淬，在100℃烘箱中干燥24h之后进行研磨，过200目筛，即制成陶瓷结合剂。陶瓷结合剂的烧结温度低于900℃，陶瓷结合剂的具体实施例详见表1。

表1

CBN砂轮块为弧型，其原料组成为CBN磨料、白刚玉（辅助磨料）、陶瓷结合剂、造孔剂，均为工业原料，采用常规的制备方法。CBN磨料的粒度与白刚玉的粒度一致，为70/80~325/400目，根据被磨削工件表面粗糙度和加工效率要求综合选取。造孔剂的粒径根据磨料粒度、工件材质和加工精度综合选取。砂轮块的密度和重量根据砂轮的硬度要求设计，砂轮层需要的砂轮块的块数根据模具的大小和砂轮的直径进行计算。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模具中压制成型，在750~880℃烧结，制得CBN砂轮块。CBN砂轮块具体实施例详见表2。

表2

具体的陶瓷结合剂CBN砂轮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870℃，其它实施例的烧结温度亦列于表1可供参考。

将基体1和烧结后的CBN砂轮块2表面用酒精或丙酮清洗干净，再用环氧树脂粘结剂将砂轮块2粘接到基体1上，形成的粘结层3要保证相邻CBN砂轮块之间及CBN砂轮块2与基体1之间不存在大的缝隙，然后在60~70℃下加热固化，固化时间为8~10小时。将固化好的组合砂轮卸压，再对砂轮进行表面清理、修形及修锐处理，以满足使用公差条件，最后进行强度、硬度、动平衡等检测，使之满足不同金属工件的具体端面磨削要求。

本发明CBN砂轮特点，在表1中实施例1~6所示的烧结温度下，其磨具制品的抗弯强度、抗拉强度分别在40MPa、12MPa以上，硬度等级为J~N，气孔率可控制在35%~45%，气孔孔径与造孔剂的粒度一致。加工工件的表面粗糙度Ra≤0.05~0.2μm，平面度≤1~2μm，平行度≤1~3μm，每组砂轮加工零件数量500000~800000件。

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 (6)

1.一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由基体、砂轮块和粘结层组成，其特征在于，所述砂轮块为立方氮化硼砂轮块，其原料组分及其质量百分比含量为30~80%立方氮化硼磨料，0~35%白刚玉，15~30%陶瓷结合剂，5%粘结湿润剂，0～12%造孔剂。

所述陶瓷结合剂的原料组分及其质量百分比含量为45~55%SiO₂，9～12%Al₂O₃，15~20%B₂O₃，4~8%Na₂O，4~8%K₂O，4～12%MgO，0~10%Na₃AlF₆；

所述粘结湿润剂为水玻璃或糊精溶液；

所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球。

2.根据权利要求1的一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述基体材质为铸铁或钢基体。

3.根据权利要求1的一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述粘结层为环氧树脂粘结剂。

4.根据权利要求1的一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂的烧结温度为750~880℃。

5.根据权利要求1的一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述氮化硼磨料与白刚玉的粒度均为70/80~325/400目。

6.根据权利要求1的一种双端面磨削用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA微球的分解温度为250~400℃，粒径为7μm，10μm，15μm，20μm或者60μm。

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