CN103692363A

CN103692363A - 一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮

Info

Publication number: CN103692363A
Application number: CN201410006379.7A
Authority: CN
Inventors: 王健; 涂俊群; 叶安定
Original assignee: Suzhou Saili Precision Tools Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Saiyang Precision Tools Technology Co ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2034-01-07
Also published as: CN103692363B

Abstract

本发明公开了一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其由基体与环状磨削层组成，沿基体轴向，所述环状磨削层由第一环状磨削层、第二环状磨削层与石墨纸组成；石墨纸位于第一环状磨削层、第二环状磨削层之间；所述第一环状磨削层、第二环状磨削层都是由磨料与树脂结合剂组成，并且第一环状磨削层所含的磨料与第二环状磨削层所含的磨料材质不同。本发明公开的砂轮相比于常规砂轮提高了生产效率，延长了砂轮修整的时间，提高了砂轮的自锐性，消除了砂轮由于堵塞造成的工件烧伤现象，提高了砂轮的形状保持能力，降低了砂轮在加工工件中修整的次数；并且保证了构件加工的精度；并且其形状可以根据加工对象的形状调整，适用于工业化生产。

Description

一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮

技术领域

本发明属于超硬磨料砂轮领域，具体涉及一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其可以同时加工包含两种金属的焊接棒料。

背景技术

砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体。树脂砂轮即结合剂为树脂的砂轮，具有磨削力小、磨削温度低、自锐性好、磨削效率高等优点，被广泛用于硬质合金、陶瓷、玻璃等硬脆性材料的磨削加工中。随着磨料的不同，砂轮特性差别很大，往往一种磨料砂轮有特定的加工对象。

比如传统的工艺中，金刚石砂轮主要用于加工硬脆非金属材料以及钨钢、铝、铜等非铁族金属材料，而立方氮化硼砂轮则由于热稳定性和化学惰性比金刚石好，被广泛用于加工如不锈钢、合金钢、工具钢等铁族金属材料。金刚石在磨削不锈钢材质时，由于金刚石与铁族元素有一种特殊的亲和作用，能够使金刚石在高温下发生炭化，从而降低了金刚石的强度；而立方氮化硼磨料在加工钨钢时，锋利性及强度都不及金刚石。

然而，随着科学技术的进步、材料部件需求的多样化以及出于节约成本的需要，在越来越多的应用中会把两种不同的金属焊接在一起组成异质金属构件，比如目前高尔夫球杆头的发展趋势倾向由数个异质金属的杆头构件组成高尔夫球杆头。

现有技术中，对异质金属构件的加工为分步法，就先用一种磨料砂轮对一种金属进行加工，再换另一种磨料砂轮对另一种金属进行加工。比如在加工钨钢与不锈钢的焊接棒料时，往往是利用金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮分步骤磨削钨钢和不锈钢。现有加工方式的缺点在于：加工效率低，砂轮修整间隔短，易粘削从而造成砂轮出现堵塞、工件易烧伤等现象；并且由于是分步进行加工，会导致各步骤的加工精度不一致。

所以，需要研发一种新的树脂砂轮以满足异质金属构件的加工需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其能同时加工含有两种不同材质的金属棒料，从而解决了一款砂轮不能同时加工两种金属材质构件的问题，提高了生产效率，延长了砂轮的修整间隙，降低了砂轮在磨削时产生烧伤、堵塞、磨不动的情况。

为达到上述目的，本发明具体的技术方案是：一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其由基体与环状磨削层组成，沿基体轴向，所述环状磨削层由第一环状磨削层、第二环状磨削层与石墨纸组成；石墨纸位于第一环状磨削层、第二环状磨削层之间；所述第一环状磨削层、第二环状磨削层都是由磨料与树脂结合剂组成，并且第一环状磨削层所含的磨料与第二环状磨削层所含的磨料材质不同。

上述技术方案中，所述基体为铝基体；所述第一环状磨削层中磨料为金刚石磨料，优选为表面镀镍的金刚石磨料；所述第二环状磨削层中磨料为立方氮化硼磨料，优选为表面镀镍的立方氮化硼磨料。表面镀镍可以增加磨料与树脂结合剂的把持能力。

上述技术方案中，所述第一环状磨削层中磨料的质量分数为25%～32%；所述第二环状磨削层中磨料的质量分数为25%～32%。

上述技术方案中，所述石墨纸的厚度为0.05mm。

上述技术方案中，所述第一环状磨削层所含的树脂结合剂与第二环状磨削层所含的树脂结合剂组成一致；所述树脂结合剂由以下重量配比的原料混合得到：

砂轮粘结剂 10～50

导热剂 15～70

润滑剂 3～10

补强剂 5～30。

上述技术方案中，所述砂轮粘结剂为聚酰亚胺树脂粉；所述导热剂为电解铜粉；所述润滑剂为石墨粉；所述补强剂为氧化锌；优选的，所述聚酰亚胺树脂粉的平均粒径为45μm；电解铜粉的平均粒径为45μm；氧化锌的平均粒径为45μm；石墨粉的平均粒径为10μm。

本发明还公开了一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）将树脂结合剂过60#筛后置入球磨机中混合1～2小时，再通过200#筛得到混合后的结合剂；

（2）分别将A磨料、B磨料与上述混合后的结合剂混合过筛，分别得到A成型料、B成型料；所述A磨料、B磨料的材质不同；

（3）将步骤（2）所得的A成型料、B成型料中的一种成型料缓慢加入已放置铝基体的模具中，刮平，用液压机在100MPa压力下冷压30秒；然后铺上石墨纸，再加入另一种成型料，刮平，用液压机热压成型，出模得到砂轮胚体；热压的压力为100～120MPa，热压温度230℃～250℃，保温时间40min～90min；

（4）将步骤（3）所得的砂轮胚体置入烘箱中，0.5h升温至170℃±5℃；保温1h；然后0.5h升温至200℃±5℃，保温1h；接着1h升温至220℃±5℃，保温1h；最后10分钟升温至240℃±5℃，保温10～14h；冷却至室温取出，得到砂轮成型体；然后将砂轮成型体加工至图纸要求的形状和尺寸即得到所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮。

上述技术方案中，所述树脂结合剂由以下重量配比的原料混合得到：

聚酰亚胺树脂粉 10～50

电解铜粉 15～70

石墨粉 3～10

氧化锌 5～30。

上述技术方案中，所述A磨料为金刚石磨料，优选为表面镀镍的金刚石磨料；所述B磨料为立方氮化硼磨料，优选为表面镀镍的立方氮化硼磨料。

本发明中，两个环状磨削层所含的树脂结合剂组成一致以保证砂轮在工作时的膨胀系数保持一致；两个环状磨削层所含的磨料的粒度可以根据实际需要进行选择；用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的两个环状磨削层的形状可以根据加工件的形状在车床和磨床上进行加工调整。

在上述砂轮制备过程中，步骤（2）中的筛网号根据磨料的粒度进行选择，本发明优选表1所示的选择方式。

表1 磨料粒度与筛网号之间的关系

磨料粒度/目	60～80	100～150	180～400	>400
					筛网号	40#	80#	120#	150#

由于上述方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明首次公开了一种包含有两种磨料环状磨削层的树脂砂轮，可用于加工异质金属构件，相比于常规砂轮提高了生产效率，延长了砂轮修整的时间，降低工人换砂轮的频率，提高了砂轮的自锐性，消除了砂轮由于堵塞造成的工件烧伤现象，提高了砂轮的形状保持能力，降低了砂轮在加工工件中修整的次数；并且保证了构件加工的精度；

2、本发明在不同磨料环状磨削层之间设置石墨纸，从而避免了在砂轮坯体成型过程中，不同磨料在加热加压时的相互窜料；

3、本发明所公开的树脂砂轮的制备工艺简单，原料无特殊要求，所制得的用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的形状可以根据加工对象的形状调整，适合于工业化生产。

附图说明

图1为实施例中制备用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的流程图示意图；

图2为实施例一中制备得到的用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮与加工件的结构示意图；

其中：1、异质金属构件，11、不锈钢，12、钨钢，13、焊接部位，2、砂轮，21、金刚石磨削层，22、CBN磨削层，23、石墨纸，24、铝基体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1 所示，制备用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的方法包括：混料、装模热压、烧结硬化，再将硬化后的砂轮成型体加工至图纸要求的形状和尺寸，按超硬砂轮国家标准检验合格后入库。

（1）混料：按照重量配比称取聚酰亚胺树脂粉20份，铜粉60份，石墨粉5份，氧化锌15份，先手工预混，过60#筛网，然后放入球磨机中机械混合。选用陶瓷材质的滚筒，球料比2∶1，滚筒转速60转/分，混料时间设定为5小时。混料完成后，过200#筛网，得到结合剂；按照结合剂的密度和砂轮的体积，混合75份结合剂与25份金刚石，混合75份结合剂与25份立方氮化硼（CBN），分别过80#筛网，得到金刚石成型料、CBN成型料。所述金刚石与CBN的表面均镀镍。上述所有的材料为市售商品，质量符合国家标准；

（2）装模热压：将加工好的铝基体放入模具中，然后称取步骤（1）中配好的金刚石成型料，缓慢均匀地加入到模具中，刮平，在100MPa的液压机上冷压30s，铺上石墨纸，然后再加入CBN成型料，刮平放置在液压机中定模热压得到砂轮胚体；热压压力为100MPa，热压温度为230℃，热压时间为60min；

（3）烧结硬化：将压制好的砂轮胚体放在烘箱中，进行烧结硬化。硬化工艺为：0.5h升温至170℃，然后分阶段升温（升温工艺如下：170℃0.5h升温到200℃，然后200℃保温1h，200℃1h升温到220℃，220℃保温1h，220℃升温到240℃）240℃然后保温10h；硬化完成后，自然冷却到室温，取出砂轮成型体；将砂轮成型体按照图纸的要求，在车床和磨床上加工到规定尺寸和形状，按超硬砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后得到用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，包装、入库。所得用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的结构参见附图2，图中异质金属构件1由不锈钢11与钨钢12焊接制得，并且不锈钢接近焊接部位13处有一斜面，本实施例制备的砂轮2由金刚石磨削层21、CBN磨削层22、石墨纸23、铝基体24构成，其中金刚石磨削层用于加工钨钢，CBN磨削层用于加工不锈钢，所以CBN磨削层的形状与构件中不锈钢的形状相配；这样一款砂轮就可以同时加工两种金属材质构件，提高了生产效率，延长了砂轮的修整间隙，降低了砂轮在磨削时产生烧伤、堵塞、磨不动的情况。

实施例二：制备砂轮的工艺与实施例一相同，具体为：

（1）混料：按照重量比称取：聚酰亚胺树脂粉30份，铜粉55份，石墨粉5份，氧化锌10份，先手工预混，过60#筛网，然后放入球磨机中机械混合。选用陶瓷材质的滚筒，球料比2∶1，滚筒转速60转/分，混料时间设定为5小时。混料完成后，过200#筛网，得到结合剂；按照结合剂的密度和砂轮的体积，混合70份结合剂与30份金刚石，混合70份结合剂与30份立方氮化硼（CBN），分别过120#筛网，得到金刚石成型料、CBN成型料；所述金刚石与CBN的表面均镀镍；

（2）装模热压：将加工好的铝基体放入模具中，然后称取步骤（1）中配好的金刚石成型料，缓慢均匀地加入到模具中，刮平，在100MPa的液压机上冷压30s，铺上石墨纸，然后再加入CBN成型料，刮平放置在液压机中定模热压得到砂轮胚体；热压压力为120MPa，热压温度为230℃，热压时间为50min；

（3）烧结硬化：将压制好的砂轮胚体，放在烘箱中，进行烧结硬化。硬化工艺为：0.5h升温至170℃，然后分阶段升温（升温工艺如下：170℃0.5h升温到200℃，然后200℃保温1h。200℃1h升温到220℃，220℃保温1h，220℃升温到240℃）240℃然后保温10h；硬化完成后，自然冷却到室温，取出砂轮成型体；将砂轮成型体按照图纸的要求，在车床和磨床上加工到规定尺寸和形状，按超硬砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后得到用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，包装、入库。

实施例三：制备砂轮的工艺与实施例一相同，具体为：

（1）混料：按照重量比称取：聚酰亚胺树脂粉50份，铜粉40份，石墨粉6份，氧化锌5份，先手工预混，过60#筛网，然后放入球磨机中机械混合。选用陶瓷材质的滚筒，球料比2∶1，滚筒转速60转/分，混料时间设定为5小时。混料完成后，过200#筛网，得到结合剂；按照结合剂的密度和砂轮的体积，混合80份结合剂与20份金刚石，混合80份结合剂与20份立方氮化硼（CBN），分别过200#筛网，得到金刚石成型料、CBN成型料；所述金刚石与CBN的表面均镀镍。

（2）装模热压：将加工好的铝基体放入模具中，然后称取步骤（1）中配好的CBN成型料，缓慢均匀地加入到模具中，刮平，在100MPa的液压机上冷压30s，铺上石墨纸，然后再加入金刚石成型料，刮平放置在液压机中定模热压得到砂轮胚体；热压压力为100MPa，热压温度为230℃，热压时间为70min；

Claims

1.一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其由基体与环状磨削层组成，其特征在于：沿基体轴向，所述环状磨削层由第一环状磨削层、第二环状磨削层与石墨纸组成；石墨纸位于第一环状磨削层、第二环状磨削层之间；所述第一环状磨削层、第二环状磨削层都是由磨料与树脂结合剂组成，并且第一环状磨削层所含的磨料与第二环状磨削层所含的磨料材质不同。

2.根据权利要求1所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述基体为铝基体；所述第一环状磨削层中磨料为表面镀镍的金刚石磨料；所述第二环状磨削层中磨料为表面镀镍的立方氮化硼磨料。

3.根据权利要求1所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述第一环状磨削层中磨料的质量分数为25%～32%；所述第二环状磨削层中磨料的质量分数为25%～32%。

4.根据权利要求1所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述石墨纸的厚度为0.05mm。

5.根据权利要求1所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述第一环状磨削层所含的树脂结合剂与第二环状磨削层所含的树脂结合剂组成一致；所述树脂结合剂由以下重量配比的原料混合得到：

砂轮粘结剂 10～50

导热剂 15～70

润滑剂 3～10

补强剂 5～30。

6.根据权利要求5所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述砂轮粘结剂为聚酰亚胺树脂粉；所述导热剂为电解铜粉；所述润滑剂为石墨粉；所述补强剂为氧化锌。

7.根据权利要求6所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮，其特征在于：所述聚酰亚胺树脂粉的平均粒径为45μm；电解铜粉的平均粒径为45μm；氧化锌的平均粒径为45μm；石墨粉的平均粒径为10μm。

8.一种用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 将树脂结合剂过60#筛后置入球磨机中混合1～2小时，再通过200#筛得到混合后的结合剂；

(2) 分别将A磨料、B磨料与上述混合后的结合剂混合过筛，分别得到A成型料、B成型料；所述A磨料、B磨料的材质不同；

(3) 将步骤（2）所得的A成型料、B成型料中的一种成型料缓慢加入已放置铝基体的模具中，刮平，用液压机在100MPa压力下冷压30秒；然后铺上石墨纸，再加入另一种成型料，刮平，用液压机热压成型，出模得到砂轮胚体；热压的压力为100～120MPa，热压温度230℃～250℃，保温时间40min～90min；

(4) 将步骤（3）所得的砂轮胚体置入烘箱中，0.5h升温至170℃±5℃，保温1h；然后0.5h升温至200℃±5℃，保温1h；接着1h升温至220℃±5℃，保温1h；最后10分钟升温至240℃±5℃，保温10～14h；冷却至室温取出，得到砂轮成型体；然后将砂轮成型体加工至图纸要求的形状和尺寸即得到所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮。

9.根据权利要求8所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的制备方法，其特征在于：所述树脂结合剂由以下重量配比的原料混合得到：

聚酰亚胺树脂粉 10～50

电解铜粉 15～70

石墨粉 3～10

氧化锌 5～30。

10.根据权利要求8所述用于加工异质金属构件的超硬磨料砂轮的制备方法，其特征在于：所述A磨料为表面镀镍的金刚石磨料；所述B磨料为表面镀镍的立方氮化硼磨料。