CN103737499A - 一种端面超精磨专用金属陶瓷cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮及其制备方法，所述砂轮包括基体和磨料层，所述磨料层含有体积百分比为10～30%的空心玻璃微珠。本发明通过添加薄壁的空心玻璃微球的方法造孔，使砂轮内部产生具有材料支撑的孔隙结构，可以准确控制砂轮内部的气孔率，且由于空心微球的球壁非常薄，很容易在磨削的过程中破碎而产生较多的微气孔，这些微气孔可以起到很好的容屑及排屑的作用，从而大大减少了精密磨削的过程中粘屑及工件烧伤问题的发生。

Description

一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮，特别是涉及一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮的制备方法。

背景技术

随着工业发展的需要以及材料科学的不断突破和创新，各种高强度、高硬度、抗腐蚀和耐高温的新型材料应运而生，这些材料比较难加工，特别是精密磨削加工过程中，砂轮容易粘屑，甚至造成工件烧伤，目前使用较多的为固结磨料砂轮和电镀砂轮，传统工艺制造的固结磨料砂轮，特别是精密和超精密磨削用砂轮，工作面极易堵塞，容易导致砂轮过早失效或产生工件烧伤，严重影响了工件加工质量和加工效率；电镀砂轮虽然在现代磨削技术中占据着重要的地位，但也存在电镀层过厚易造成砂轮堵塞、使用寿命短、砂轮回转精度和几何形状精度严重受制于砂轮基体本身的制造精度等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可在磨料层中形成容屑、排屑结构的端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮，以大大减少精密磨削的过程中粘屑及工件烧伤问题的发生。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层含有体积百分比为10～30%的空心玻璃微珠。

优选的，所述空心玻璃微珠的粒径为10～70μm, 密度为0.2～0.6g/cm³。

优选的，所述磨料层的原料还含有如下体积百分比的组分：

金属粉          3～20%；

陶瓷结合剂      20～40%；

CBN磨料         10～30%；

填料            5～20%；

临时粘接剂      2～15%。

优选的，所述基体为钢基体、青铜基体、铝基体以及铝合金基体中的一种。

优选的，所述金属粉为铜粉、铝粉以及铜锡合金粉中的一种。

优选的，所述陶瓷结合剂包括SiC、Al₂O₃、B₂O₃以及添加剂，所述添加剂为Na₂O、K₂O、Li2O、ZnO以及CaO中的一种或数种。

优选的，所述CBN磨料的粒度为w5～w40；所述填料为SiC或Al₂O_3，所述SiC和Al₂O₃的粒度为10～60μm。

优选的，所述临时粘接剂为聚乙烯醇或环氧树脂。

本发明还提供以下的技术方案：一种金属陶瓷CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：

第一步、混料，以体积百分比计，将10～30%的空心玻璃微珠、20～40%的陶瓷结合剂、3～20%的金属粉、10～30%的CBN磨料以及5～20%的填料置于混合机内搅拌混合，混合均匀后缓缓加入2～15%的临时粘结剂，继续混合1～2小时，过120#筛后形成混合料并置入容器内备用；

第二步、定模成型，将所述混合料投入模具内，添置均匀，刮平，置于100吨压机操作台压平形成磨料层坯体；

第三步、烧结，将所述磨料层坯体置入烧结炉内，经2小时从室温到达400℃，保温1小时，再经1小时升温至700℃，保温2小时，自然冷却至室温，即得磨料层；

第四步、粘结，使用环氧树脂将所述磨料层与基体粘接起来，室温固化20小时以上，即得砂轮毛坯；

第五步、加工，将所述砂轮毛坯在数控车床上加工至要求的形状和尺寸，即得金属陶瓷CBN砂轮。

采用以上技术方案的有益效果是：首先、本发明的磨料层中通过添加薄壁的空心玻璃微球的方法造孔，使砂轮内部产生具有材料支撑的孔隙结构，可以准确控制砂轮内部的气孔率，其次，由于空心微球的球壁非常薄，很容易在磨削的过程中破碎而产生较多的微气孔，这些微气孔可以起到很好的容屑及排屑的作用，从而大大减少了精密磨削的过程中粘屑及工件烧伤问题的发生；第三、由于采用空心玻璃微球造孔，气孔率可准确控制。

采用上述磨料层的CBN砂轮在磨削加工过程中也具有了上述的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的金属陶瓷CBN砂轮的结构示意图；

图2为实施例中金属陶瓷CBN砂轮的制备方法流程图。

其中，1基体  2.磨料层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参见图1和图2，如其中的图例所示，一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮，包括一基体1和一磨料层2，该磨料层2包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠       24%；

CuSn₁₅合金粉       12%；

陶瓷结合剂         30%；

CBN磨料            20%；

Al₂O₃磨料           10%；

聚乙烯醇            4%。

基体1为钢基，上述空心玻璃微珠的粒度为40～50μm ，上述CBN磨料的粒度为w20,上述Al₂O₃磨料粒度为W40，上述聚乙烯醇为17-88型，上述陶瓷结合剂包括SiC、Al₂O₃、B₂O₃以及添加剂，上述添加剂为Na₂O、K₂O、Li₂O、ZnO。

上述砂轮的制备步骤如下：

第一步、混料，按上述体积百分比将上述空心玻璃微珠、陶瓷结合剂、金属粉、CBN磨料以及填料置于混合机内搅拌混合，混合均匀后缓缓加入聚乙烯醇，继续混合1～2小时，过120#筛后形成混合料并置入容器内备用；

第二步、定模成型，将所述混合料投入模具内，添置均匀，刮平，置于100吨压机操作台压平形成磨料层坯体；

第三步、烧结，将所述磨料层坯体置入烧结炉内，经2小时从室温到达400℃，保温1小时，再经1小时升温至700℃，保温2小时，自然冷却至室温，即得磨料层；

第四步、粘结，使用环氧树脂将磨料层2与基体1粘接起来，室温固化20小时以上，即得砂轮毛坯；

第五步、加工，将所述砂轮毛坯在车床上加工至要求的形状和尺寸，即得金属陶瓷CBN砂轮；

第六步、检验入库，上述金属陶瓷CBN砂轮经检验合格后，入库备用。

由于本发明的结合剂选用陶瓷金属复合结合剂，可以提高被加工工件的表面光洁度，本实施例中的配方所制备的砂轮加工出的工件表面光洁度为Ra0.07。

实施例二

其余与所述实施例一相同，不同之处在于，上述磨料层包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠        20%；

CuSn₁₅合金粉         11%；

陶瓷结合剂         30%；

CBN磨料            25%；

Al₂O₃磨料           10%；

聚乙烯醇            4%。

上述空心玻璃微珠的粒度为50～60μm。

本实施例中的配方所制备的砂轮加工出的工件表面光洁度为Ra0.09。

实施例三

其余与所述实施例一相同，不同之处在于，上述磨料层包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠        20%；

CuSn₁₅合金粉         15%；

陶瓷结合剂          28%；

CBN磨料             20%；

Al₂O₃磨料            12%；

聚乙烯醇            5%。

上述空心玻璃微珠的粒度为30～40μm。

本实施例中的配方所制备的砂轮加工出的工件表面光洁度为Ra0.06。

实施例四

其余与所述实施例一相同，不同之处在于，上述磨料层包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠        10%；

CuSn₁₅合金粉         5%；

陶瓷结合剂          40%；

CBN磨料             10%；

Al₂O₃磨料            20%；

聚乙烯醇            15%。

上述空心玻璃微珠的粒度为50-60μm，上述CBN磨料的粒度为w30, 上述Al₂O₃磨料的粒度为W50。

本实施例中的配方所制备的砂轮所加工出的工件表面光洁度为Ra0.07。

实施例五

其余与所述实施例一相同，不同之处在于，上述磨料层包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠        30%；

CuSn₁₅合金粉         3%；

陶瓷结合剂          20%；

CBN磨料             30%；

Al₂O₃磨料            5%；

聚乙烯醇            12%。

上述空心玻璃微珠的粒度为10μm，上述CBN磨料的粒度为w5, 上述Al₂O₃磨料的粒度为W10。

本实施例中的配方所制备的砂轮所加工出的工件表面光洁度为Ra0.05。

实施例六

其余与所述实施例一相同，不同之处在于，上述磨料层包括如下体积百分比的组分：

空心玻璃微珠        25%；

CuSn₁₅合金粉         20%；

陶瓷结合剂          30%；

CBN磨料             15%；

Al₂O₃磨料            8%；

聚乙烯醇            2%。

上述空心玻璃微珠的粒度为70μm，上述CBN磨料的粒度为w40, 上述Al₂O₃磨料的粒度为50-60μm。

本实施例中的配方所制备的砂轮所加工出的工件表面光洁度为Ra0.10。

 实施例七

其余与所述实施例一至实施例六任一相同，不同之处在于，上述基体为青铜基体、铝基体以及铝合金基体中的一种。

实施例八

其余与所述实施例一至实施例七相同，不同之处在于，上述CuSn₁₅合金粉为铜粉或铝粉。

实施例九

其余与所述实施例一至实施例八任一相同，不同之处在于，上述Al₂O₃磨料为SiC磨料。

实施例十

其余与所述实施例一至实施例九任一相同，不同之处在于，上述聚乙烯醇为环氧树脂。

Claims (9)

1.一种端面超精磨专用金属陶瓷CBN砂轮，包括基体和磨料层，其特征在于，所述磨料层含有体积百分比为10～30%的空心玻璃微珠。

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为10～70μm, 密度为0.2～0.6g/cm³。

3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述磨料层的原料还含有如下体积百分比的组分：

金属粉          3～20%；

陶瓷结合剂      20～40%；

CBN磨料         10～30%；

填料            5～20%；

临时粘接剂      2～15%。

4.根据权利要求3所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述基体为钢基体、青铜基体、铝基体以及铝合金基体中的一种。

5.根据权利要求3所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述金属粉为铜粉、铝粉以及铜锡合金粉中的一种。

6.根据权利要求3所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂包括SiC、Al₂O₃、B₂O₃以及添加剂，所述添加剂为Na₂O、K₂O、Li₂O、ZnO以及CaO中的一种或数种。

7.根据权利要求3所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述CBN磨料的粒度为w5～w40；所述填料为SiC或Al₂O_3，所述SiC和Al₂O₃的粒度为10～60μm。

8.根据权利要求3所述的金属陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述临时粘接剂为聚乙烯醇或环氧树脂。

9.一种金属陶瓷CBN砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、混料，以体积百分比计，将10～30%的空心玻璃微珠、20～40%的陶瓷结合剂、3～20%的金属粉、10～30%的CBN磨料以及5～20%的填料置于混合机内搅拌混合，混合均匀后缓缓加入2～15%的临时粘结剂，继续混合1～2小时，过120#筛后形成混合料并置入容器内备用；

第二步、定模成型，将所述混合料投入模具内，添置均匀，刮平，置于100吨压机操作台压平形成磨料层坯体；

第三步、烧结，将所述磨料层坯体置入烧结炉内，经2小时从室温到达400℃，保温1小时，再经1小时升温至700℃，保温2小时，自然冷却至室温，即得磨料层；

第四步、粘结，使用环氧树脂将所述磨料层与基体粘接起来，室温固化20小时以上，即得砂轮毛坯；

第五步、加工，将所述砂轮毛坯在数控车床上加工至要求的形状和尺寸，即得金属陶瓷CBN砂轮。

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