CN103042474B - 一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法，该砂轮按重量百分比由35～45%的CBN磨料、3～8%的绿碳化硅磨料、30～40%的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10～15%的白糖、0.3～0.4%的玄武岩纤维和2～5%的石蜡混合组成；制备方法是：将上述各组份充分混合；玄武岩纤维加入混合粉末中；将混合物投入模具中压制，再进行烧结，最后进行机械加工；该玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮能有效的克服常规陶瓷结合剂CBN砂轮的缺点，提高砂轮的强度、不易堵塞且兼顾了砂轮的耐磨性；能提高砂轮的生产加工效率。

Description

一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。
背景技术
陶瓷结合剂CBN砂轮具有良好的化学稳定性、优越的自锐性。而CBN与金刚石磨料相比，具有更好的耐热性能和对铁族元素优异的化学惰性。因此陶瓷结合剂CBN磨料砂轮成为高速钢、不锈钢、轴承钢、镍铬铁合金、铸铁等金属材料加工的常用工具。陶瓷结合剂CBN砂轮的强度主要体现在两个方面：(1)陶瓷结合剂的强度。(2)陶瓷结合剂对磨料的把持强度即硬度。砂轮强度的具体测试指标包括：抗拉强度、抗折强度、抗压强度、抗冲击强度等。在砂轮的制造过程中，由于陶瓷结合剂性脆，强度不是很高。同时CBN磨料的惰性致使结合剂对CBN磨料的湿润性差，很难做到化学键结合，它们之间的结合属于“孕镶”状态，砂轮在磨削过程中CBN磨料容易脱落,损耗大。因此砂轮的强度一直是制约陶瓷结合剂CBN砂轮在高速磨削领域应用的一个关键因素。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的陶瓷结合剂CBN砂轮强度不高的缺陷，提出一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。
本发明是以这样的方式实现的：
本发明提供的一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮，按重量百分比由35～45％的CBN磨料、3～8％的绿碳化硅磨料、30～40％的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10～15％的白糖、0.3～0.4％的玄武岩纤维和2～5％的石蜡混合组成。
上述硼硅酸盐陶瓷结合剂按重量百分比由66.35％的SiO2、13.78％的B2O3、5.92％的Al2O3、5.24％的Na2O、2.55％的K2O、4.7％的P2O5和1.46％的Fe2O3混合组成。
上述玄武岩纤维为单根玄武岩纤维，其直径是23～34μm，长度3～10mm。
上述玄武岩纤维的有序排布为径向排布，层数为2～3层。
上述CBN磨料浓度为100～125％。
本发明还提供一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：
1)将配好的陶瓷结合剂CBN砂轮的各组元放入球磨罐中混合1～2小时，使其充分均匀混合；
2)将上述混合料投入砂轮模具内，玄武岩纤维利用手工或机械的方法有序的置于混合料中，再将模具在压机下压制，成型压力在20～30MPa；
3)将压制成型的砂轮毛坯置于高温炉中烧结，最高烧结温度850℃；
4)烧结完毕，取出砂轮，机械加工。
上述步骤3)中，烧结工艺是：室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min，在250℃时保温30min；250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min，在500℃时保温30min；500～700℃，升温速率为6.5℃/min；700～750℃，升温速率为3.5℃/min，在750℃时保温30min；750～850℃，升温速率为1.5℃/min，在850℃时保温4h；在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min，在650℃保温30min，再随炉冷却。
本发明所述的玄武岩纤维的加入分为有序排布和随机分布。有序排布可以为手工和机械辅助，且不限这两种方式。
本发明的有益效果：
采用本发明制备的玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮能大幅地提高砂轮的转速，提高加工效率，降低加工成本。
具体实施方式
下面通过某些代表性的例子进一步说明本发明，但不限制本发明的范围。
实施例一
各组分按下列重量百分比配制好称料：CBN磨料45％、绿碳化硅磨料5％、硼硅酸盐陶瓷结合剂35％、白糖12.6％、玄武岩纤维0.4％，石蜡2％。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺：先加预压力为5MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保压2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min、在250℃时保温30min、250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min、在500℃时保温30min、500～700℃，升温速率为6.5℃/min、700～750℃，升温速率为3.5℃/min、在750℃时保温30min、750～850℃，升温速率为1.5℃/min、在850℃时保温4h、在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min、在650℃保温30min，再随炉冷却的温度曲线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例二
各组分按下列重量百分比配制好称料：CBN磨料40％、绿碳化硅磨料6％、硼硅酸盐陶瓷结合剂35％、白糖15％、玄武岩纤维0.4％，石蜡3.6％。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺：先加预压力为3MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保压2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min、在250℃时保温30min、250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min、在500℃时保温30min、500～700℃，升温速率为6.5℃/min、700～750℃，升温速率为3.5℃/min、在750℃时保温30min、750～850℃，升温速率为1.5℃/min、在850℃时保温4h、在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min、在650℃保温30min，再随炉冷却的温度曲线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例三
各组分按下列重量百分比配制好称料：CBN磨料35％、绿碳化硅磨料6％、硼硅酸盐陶瓷结合剂40％、白糖15％、玄武岩纤维0.3％，石蜡3.7％。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺：先加预压力为2MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保压2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min、在250℃时保温30min、250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min、在500℃时保温30min、500～700℃，升温速率为6.5℃/min、700～750℃，升温速率为3.5℃/min、在750℃时保温30min、750～850℃，升温速率为1.5℃/min、在850℃时保温4h、在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min、在650℃保温30min，再随炉冷却的温度曲线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例四
各组分按下列重量百分比配制好称料：CBN磨料38％、绿碳化硅磨料5％、硼硅酸盐陶瓷结合剂38％、白糖14％、玄武岩纤维0.3％，石蜡4.7％。
将配制好的粉料装入球磨机中混合2个小时，使其充分均匀。
将混合料投入砂轮模具中，再将模具放入压机中压制。
加压工艺：先加预压力为4MPa，然后再以5MPa/min的加压速率加压到30MPa，再保压2min。
压制完毕后，再把砂轮毛坯置于高温炉内，室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min、在250℃时保温30min、250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min、在500℃时保温30min、500～700℃，升温速率为6.5℃/min、700～750℃，升温速率为3.5℃/min、在750℃时保温30min、750～850℃，升温速率为1.5℃/min、在850℃时保温4h、在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min、在650℃保温30min，再随炉冷却的温度曲线烧结。
烧结完毕后，再按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品。
实施例五
按实施例一、二、三、四的制作方法，按成品尺寸要求机械加工成砂轮成品，砂轮直径16cm，宽度14cm。
磨削条件：
(a)磨削设备：高速加工中心；
(b)磨削方式：湿式切入磨削；
(c)砂轮转速：5000r/min；
(d)工件进给速度：5mm/min；
(e)工件材质：模具钢；
(f)工件尺寸：长20mm×宽10mm×高5mm；
冷却液为RT-22油基陶瓷结合剂CBN砂轮专用磨削液，将玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮与同样规格的未添加玄武岩纤维陶瓷结合剂CBN砂轮做磨削性能测试，比较砂轮在磨削10min后的磨削比和工件的表面粗糙度。添加玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削比较普通陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削比提高了60％以上，工件的表面粗糙度也降低了一半以上。因此，玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮比普通陶瓷结合剂CBN砂轮性能优越。

Claims (1)

1.一种玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述砂轮按重量百分比由35～45%的CBN磨料、3～8%的绿碳化硅磨料、30～40%的硼硅酸盐陶瓷结合剂、10～15%的白糖、0.3～0.4%的玄武岩纤维和2～5%的石蜡混合组成；
上述硼硅酸盐陶瓷结合剂按重量百分比由66.35%的SiO2、13.78%的B2O3、5.92%的Al2O3、5.24%的Na2O、2.55%的K2O、4.7%的P2O5和1.46%的Fe2O3混合组成；
上述玄武岩纤维为单根玄武岩纤维，其直径是23～34μm，长度3～10mm；
上述玄武岩纤维为径向排布，层数为2～3层；
上述CBN磨料浓度为100～125%；
所述玄武岩纤维增强陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量百分比将配好的各组份放入球磨罐中混合1～2小时，使其充分均匀混合；
（2）将上述混合料投入砂轮模具内，玄武岩纤维利用手工或机械的方法有序的置于混合料中，再将模具在压机下压制，成型压力在20～30MPa；
（3）将压制成型的砂轮毛坯置于高温炉中烧结，最高烧结温度850℃；
（4）烧结完毕，取出砂轮，机械加工；
上述步骤（3）中，烧结工艺是：室温～250℃的过程中，升温速率为5.5℃/min，在250℃时保温30min；250～500℃的过程中，升温速率为16.5℃/min，在500℃时保温30min；500～700℃，升温速率为6.5℃/min；700～750℃，升温速率为3.5℃/min，在750℃时保温30min；750～850℃，升温速率为1.5℃/min，在850℃时保温4h；在降温阶段，从850～650℃，降温速率为6.5℃/min，在650℃保温30min，再随炉冷却。
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