CN103481211A - 一种高精密磨削固结柔性砂轮及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高精密磨削固结柔性砂轮，原料按照质量百分比为：碳化硅磨料或白刚玉磨料22～50wt%；酚醛改性环氧树脂6～15wt%；聚乙烯醇PVA水溶液25～65wt%；增柔剂、偶连剂、消泡剂、微孔剂及催化剂5.5～11wt%；水淀粉水糊精粘结剂8～19wt%。其制备步骤：制备酚醛改性环氧树脂和PVA水溶液；将上述制备的物料放入搅拌机，依次加入辅助剂，搅拌成料浆状；将搅拌好的物料，注入不同砂轮规格所需的模具中至相应高度；将注模后的物料烘干成凝固状；将烘干凝固后的坯料移入硬化炉中，加热，保温，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮；本发明的砂轮磨料粒度细、结合剂柔性好，解决现有细粒度砂轮刚性大柔性差无法满足高精度磨削加工要求的难题。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具技术领域，尤其涉及的一种高精密磨削固结柔性砂轮及其制造方法。
背景技术
磨料磨具素有工业牙齿和工业美容师之称，是国民经济尤其是现代制造业不可或缺的一部分。磨削加工是“车、铣、刨、磨”加工方法中精密度最高的一种，尤其是粗糙度Ra0.015um以下的高精度加工是车、刨、铣方法所不能达到的。由于需求的不断提高和增长，也促进高精度砂轮磨具技术研究与开发，产品品种、产量、质量向多量和多样发展。
磨料磨具品种繁多，按产品形态分有：固结磨具(砂轮、磨头、磨石等)、涂附磨具(砂带、砂布等)、游离磨具(研磨砂、研磨膏等) 。砂轮是磨料磨具产品中最主要也是应用最多的一种。高精密磨削加工选用的磨具主要是细粒度固结砂轮，几乎所有的磨床都要用到，如外圆磨、平面磨、无芯磨、内圆磨、工具磨等。而涂附磨具、柔软抛光砂轮、游离研磨以及新兴光整、电解、磁流变等精加工方法，品种多样使用方法五花八门，虽也属于精磨加工范筹，但多在表面处理高亮度抛光方面使用，如汽车表面镀前处理，石材、石雕、家具、木雕、工艺品等表面高亮度抛光。这些加工追求的是高亮度，甚至要求达到镜面效果，这类加工往往对工件精度和材料性能要求不高。真正的高精密磨削加工兼具几何精度、表面粗糙度和材料性能，这需要性能优异的细粒度固结砂轮才能满足磨床磨削加工要求，其技术发展与产品发明创新影响与推动着精密机械、电子、光学等行业技术水平提高。
磨削加工从粗磨到精磨可分为荒磨、粗磨、半精磨、精磨、高精磨，工件表面粗糙度从Ra3.2um～Ra0.001um，而表面粗糙度要求在Ra0.06um以下通常称为高精磨。一般磨料粒度W63以细的砂轮称为细粒度砂轮，从精磨开始需要用到细粒度砂轮。细粒度砂轮按磨料分有普通磨料细粒度砂轮和超硬磨料细粒度砂轮；按结合剂分有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂、电镀结合剂等。这些砂轮总体来说满足了一般精磨高精磨要求，但这些砂轮又由于自身的局限性制约了更高精度要求的实现。如使用比较普遍的普通磨料陶瓷结合剂细粒度砂轮，粒度通常只能做到W20以上，由于生产工艺原因再细就很难做了，粗糙度只能达到Ra0.06um以上；普通磨料树脂结合剂细粒度砂轮粒度可做到比陶瓷结合剂更细，高精磨等级要比陶瓷结合剂更高一级，由于树脂种类很多，设计出许多砂轮配方，是高精磨砂轮的主要品种。其生产工艺是半干料压制成型，组织密度均匀性差，加之结构缺乏柔性，制约了更高精度磨削的实现；超硬材料（人造金刚石和CBN）细粒度精磨高精磨砂轮，是传统普通磨料细粒度砂轮升级产品，以树脂结合剂居多，砂轮在耐用度和磨削非金属方面有较大优点，但价格昂贵是制约使用的一方面，另一方面使用性能受砂轮结构影响同样也是刚性有余柔性不足，同样也制约了更高精度磨削的实现。因此，高精磨（Ra0.015um以下）乃至超高精磨（Ra0.001um以下纳米级）仍然是砂轮生产领域中的一大难题。
发明内容
本发明提供一种高精密磨削固结柔性砂轮及其制造方法，目的在于提供一种磨料粒度细、结合剂柔性好的砂轮，解决现有细粒度砂轮刚性大柔性差无法满足高精度磨削加工要求的难题。
本发明的技术方案在于：一种高精密磨削固结柔性砂轮，所述高精密磨削固结柔性砂轮的主要原料包括碳化硅磨料(SiC)或白刚玉磨料(Al2O3)、酚醛改性环氧树脂、聚乙烯醇（PVA）水溶液和水淀粉水糊精粘结剂。
进一步的，所述的高精密磨削固结柔性砂轮的原料按照质量百分比为：碳化硅磨料（SiC）或白刚玉磨料（Al2O3 ）22～50wt%；酚醛改性环氧树脂6～15wt%；聚乙烯醇（PVA）水溶液25～65wt%；增柔剂、偶连剂、消泡剂、微孔剂及催化剂5.5～11wt%；水淀粉水糊精粘结剂8～19wt%。
进一步的，所述碳化硅磨料（SiC）为绿碳化硅或黑碳化硅，粒度为W63～W1.5；白刚玉（Al2O3）磨料，粒度为W63～W1.5。
进一步的，所述酚醛改性环氧树脂由21～26%苯酚、42～48%甲醛和28～35%环氧树脂经触媒反应而成；聚乙烯醇（PVA）水溶液的质量浓度为16～21%；水淀粉水糊精的质量浓度为6～14%。
一种高精密磨削固结柔性砂轮的制造方法，包括以下步骤：
（1）制备酚醛改性环氧树脂：按所述原料配比先将苯酚和甲醛材料放入反应釜中，按升温曲线加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，自然冷却至45℃再加入环氧树脂搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用。
（2）制备PVA水溶液：按所述原料配比将PVA和水放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出，用36目筛网过滤，置于容器中备用。
（3）拌料：将步骤（1）和（2）制备的物料放入搅拌机，依次加入水淀粉水糊精粘结剂、磨料、上述助剂，搅拌40～55分钟成料浆状。
（4）注模：将步骤（3）搅拌好的物料，注入不同砂轮规格所需的模具中至相应高度。
（5）烘干：将步骤（4）注模后的物料在80℃条件下烘干12小时成凝固状。
（6）硬化：将步骤（5）烘干后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至165～190℃，保温6～10小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
进一步的，所述步骤（6）硬化的高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外表加工，再按技术要求进行检测，包装后即为成品。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）本发明的原料配方和工艺方法科学合理，解决了一般细粒度砂轮刚性大柔性差问题；（2）运用“以柔克刚”的原理， 较好的消除了高精密磨削中工件与砂轮“硬--硬”接触产生共振、发热烧伤、材料变异等磨削不利因素；（3）一般细粒度砂轮要达到高精磨效果需要设备工装精良和工人技术精尖, 二者缺一不可，而选用本发明的砂轮可放宽设备精度和工人技术；（4）生产出的高精密磨削固结柔性砂轮具有磨料粒度细、结合剂柔性好；（5）用其加工工件，工件粗糙度低、不变异，砂轮无需修整；（6）降低磨削成本，适应面广，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明制造砂轮的工艺流程简图。
具体实施方式
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明，但发明并不限于此。
一种高精密磨削固结柔性砂轮，原料按照质量百分比为：碳化硅磨料（SiC）或白刚玉磨料（Al2O3 ）22～50wt%；酚醛改性环氧树脂6～15wt%；聚乙烯醇PVA水溶液25～65wt%；增柔剂、偶连剂、消泡剂、微孔剂及催化剂5.5～11wt%，所述增柔剂、偶连剂、消泡剂、微孔剂及催化剂可为任意配比；水淀粉水糊精粘结剂8～19wt%。
上述述碳化硅磨料（SiC）为绿碳化硅或黑碳化硅，粒度为W63～W1.5；白刚玉（Al2O3）磨料，粒度为W63～W1.5。
上述酚醛改性环氧树脂由21～26%苯酚、42～48%甲醛和28～35%环氧树脂经触媒反应而成；聚乙烯醇（PVA）水溶液的质量浓度为16～21%；水淀粉水糊精的质量浓度为6～14%。
一种高精密磨削固结柔性砂轮的制造方法，包括以下步骤：
（1）制备酚醛改性环氧树脂：按所述原料配比先将苯酚和甲醛材料放入反应釜中，按升温曲线加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，自然冷却至45℃再加入环氧树脂搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用。
（2）制备PVA水溶液：按所述原料配比将PVA和水放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出，用36目筛网过滤，置于容器中备用。
（3）拌料：将步骤（1）和（2）制备的物料放入搅拌机，依次加入水淀粉水糊精粘结剂、磨料、上述助剂，搅拌40～55分钟成料浆状。
（4）注模：将步骤（3）搅拌好的物料，注入不同砂轮规格所需的模具中至相应高度。
（5）烘干：将步骤（4）注模后的物料在80℃条件下烘干12小时成凝固状。
（6）硬化：将步骤（5）烘干后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至165～190℃，保温6～10小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
（7）加工检测：将步骤（6）得到所述高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外形加工，按技术要求进行检测，包装后即为高精密磨削固结柔性砂轮成品。
实施例一
1、制备酚醛改性环氧树脂：如制备100 Kg酚醛改性环氧树脂，按苯酚∶甲醛∶环氧树脂22∶47∶31比例，先称取苯酚22 Kg、甲醛47 Kg放入反应釜中，按升温曲加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，冷却至45℃再加入环氧树脂31 Kg搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用。
2、制备PVA水溶液：如制备100 KgPVA水溶液，按PVA∶水19∶81比例，先称取PVA19 Kg、水81 Kg，放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出用36目筛网过滤置于容器备用。
3、拌料：以拌制100 Kg 磨料GC粒度 W5砂轮料为例，按磨料∶酚醛改性环氧树脂∶PVA水溶液∶增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂∶水淀粉37∶11∶31∶7.6∶13.4，先称取酚醛改性环氧树脂11 Kg、PVA水溶液31 Kg、水淀粉13.4 Kg、磨料GC W5 37Kg放入搅拌机搅拌，拌搅25分钟后依次加入总量7.6 Kg的增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂，继续搅拌30分钟成料浆状。
4、注模：将搅拌好的呈料浆状的砂轮料，注入砂轮规格所需的模具中至相应高度。
5、烘干：将注模后的砂轮料放入烘于炉中，在80℃条件下烘干12小时成凝固状。
6、硬化：将烘干凝固后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至173℃，保温9小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
7、加工检测：将硬化后得到的高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外形加工，按技术要求进行检测，包装后即为成品。
表1 所得到的高精密磨削固结柔性砂轮主要性能指标
实施例二
1、制备酚醛改性环氧树脂：如制备75 Kg酚醛改性环氧树脂，按苯酚∶甲醛∶环氧树脂24∶43∶33比例，先称取苯酚18 Kg、甲醛32.25 Kg放入反应釜中，按升温曲加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，冷却至45℃再加入环氧树脂24.75 Kg搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用。
2、制备PVA水溶液：如制备75 KgPVA水溶液，按PVA∶水17∶83比例，先称取PVA12.75 Kg、水62.25 Kg，放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出用36目筛网过滤置于容器备用。
3、拌料：以拌制125 Kg 磨料WA粒度 W14砂轮料为例，按磨料∶酚醛改性环氧树脂∶PVA水溶液∶增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂∶水淀粉41∶13∶29∶7.2∶9.8，先称取酚醛改性环氧树脂16.25 Kg、PVA水溶液36.25 Kg、水淀粉12.25 Kg、磨料WA W14 51.25Kg放入搅拌机搅拌，拌搅25分钟后依次加入总量9 Kg的增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂，继续搅拌30分钟成料浆状。
4、注模：将搅拌好的呈料浆状的砂轮料，注入砂轮规格所需的模具中至相应高度。
5、烘干：将注模后的砂轮料放入烘于炉中，在80℃条件下烘干12小时成凝固状。
6、硬化：将烘干凝固后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至175℃，保温8小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
7、加工检测：将硬化后得到的高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外形加工，按技术要求进行检测，包装后即为成品。
表2 所得到的高精密磨削固结柔性砂轮主要性能指标
实施例三
1、酚醛改性环氧树脂制备：如制备50 Kg酚醛改性环氧树脂，按苯酚∶甲醛∶环氧树脂21∶47∶32比例，先称取苯酚10.5 Kg、甲醛23.5 Kg放入反应釜中，按升温曲加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，冷却至45℃再加入环氧树脂16 Kg搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用。
2、PVA水溶液制备：如制备50 KgPVA水溶液，按PVA∶水16.5∶83.5比例，先称取PVA8.25 Kg、水41.75 Kg，放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出用36目筛网过滤置于容器备用。
3、拌料：以拌制75 Kg 磨料C粒度 W7砂轮料为例，按磨料∶酚醛改性环氧树脂∶PVA水溶液∶增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂∶水糊精26∶9.5∶47∶10.5∶7，先称取酚醛改性环氧树脂7.125 Kg、PVA水溶液35.25 Kg、水糊精5.25 Kg、磨料C W7 19.5 Kg放入搅拌机搅拌，拌搅25分钟后依次加入总量7.875 Kg的增柔剂偶连剂消泡剂微孔剂催化剂，继续搅拌30分钟成料浆状。
4、注模：将搅拌好的呈料浆状的砂轮料，注入砂轮规格所需的模具中至相应高度。
5、烘干：将注模后的砂轮料放入烘于炉中，在80℃条件下烘干12小时成凝固状。
6、硬化：将烘干凝固后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至168℃，保温7小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
7、加工检测：将硬化后得到的高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外形加工，按技术要求进行检测，包装后即为成品。
表3 所得到的高精密磨削固结柔性砂轮主要性能指标
本发明的核心内容是砂轮结构中结合剂形成网状柔性微气孔体。众所周知，磨料、结合剂和气孔是构成砂轮磨具的三要素，磨料是磨削主体，气孔是起排屑和冷却作用，二者变化相对不大，而最富于变化和创新发明的是结合剂，砂轮性能好坏在磨料不变情况下取决于结合剂性能好坏。一般固结砂轮结合剂是脆硬韧结构，以适应一般磨削和回转强度需要。本发明采用酚醛改性环氧树脂和PVA水溶液为结合剂主料，加入增柔偶连消泡微泡催化等多种化学助剂, 经过混合搅拌加热升温恒温等一系列物理化学反应，形成既有保证固结砂轮特性和回转强度所需的结合剂粘结强度，又有柔性结构所需的PVA柔性网状微气孔物质材料，产品宏观外形上是固结砂轮，微观内部隐含柔性材料。突破了陶瓷、树脂、橡胶等结合剂固结砂轮脆硬韧结构，实现了新型特殊“刚中有柔，柔中带刚” 全新理念的固结柔性砂轮结构。为高精密磨削加工行业提供了性能优异的细粒度固结砂轮。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明提供的技术的启示下，还可以做其他改进，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1. 一种高精密磨削固结柔性砂轮，其特征在于：所述高精密磨削固结柔性砂轮的主要原料包括碳化硅磨料、白刚玉磨料、酚醛改性环氧树脂、聚乙烯醇水溶液和水淀粉水糊精粘结剂。
2. 根据权利要求1所述的一种高精密磨削固结柔性砂轮，其特征在于：所述原料按照质量百分比为：碳化硅磨料或白刚玉磨料22～50wt%；酚醛改性环氧树脂6～15wt%；聚乙烯醇水溶液25～65wt%；增柔剂、偶连剂、消泡剂、微孔剂及催化剂5.5～11wt%；水淀粉水糊精粘结剂8～19wt%。
3. 根据权利要求1所述的一种高精密磨削固结柔性砂轮，其特征在于：所述碳化硅磨料为绿碳化硅或黑碳化硅，粒度为W63～W1.5；白刚玉磨料，粒度为W63～W1.5。
4.根据权利要求1所述的一种高精密磨削固结柔性砂轮，其特征在于：所述酚醛改性环氧树脂由21～26%苯酚、42～48%甲醛和28～35%环氧树脂经触媒反应而成；所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为16～21%；水淀粉水糊精的质量浓度为6～14%。
5. 一种如权利要求1所述的高精密磨削固结柔性砂轮的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
制备酚醛改性环氧树脂：按所述原料配比先将苯酚和甲醛材料放入反应釜中，按升温曲线加热达到98℃后加入触媒剂沸腾反应30分钟，自然冷却至45℃再加入环氧树脂搅拌30分钟后，放出装入容器，置于0～5℃冷箱中备用；
制备PVA水溶液：按所述原料配比将PVA和水放入锅中边加热边搅拌至95℃，保温1.5小时，自然冷却至40℃倒出，用36目筛网过滤，置于容器中备用；
拌料：将步骤（1）和（2）制备的物料放入搅拌机，依次加入水淀粉水糊精粘结剂、磨料、上述助剂，搅拌40～55分钟成料浆状；
注模：将步骤（3）搅拌好的物料，注入不同砂轮规格所需的模具中至相应高度；
烘干：将步骤（4）注模后的物料在80℃条件下烘干12小时成凝固状；
硬化：将步骤（5）烘干后的坯料移入硬化炉中，按升温曲线加热至165～190℃，保温6～10小时，得到所述高精密磨削固结柔性砂轮。
6.根据权利要求5所述的高精密磨削固结柔性砂轮的制造方法，其特征在于：所述步骤（6）硬化的高精密磨削固结柔性砂轮按尺寸精度要求进行外表加工，再按技术要求进行检测，包装后即为成品。
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