CN104149037B - 一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％～70％，树脂结合剂15％～23％，陶瓷结合剂10％～20％；所述的树脂结合剂为聚酰亚胺树脂粉；所述的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：二氧化硅30％～36％，氧化硼18％～23％，二氧化锆16％～20％，氧化铝14％～18％，二氧化锰12％～15％。本发明的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮既保持了陶瓷结合剂、树脂结合剂金刚石砂轮具有较强的磨削能力、较好自锐性、较高的磨削精度、形状稳定等优点，又克服了树脂结合剂热稳定性差，陶瓷结合剂损耗大的缺点。本发明产品的磨削效率高，且磨削锋利。

Description

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮

技术领域

本发明涉及金刚石砂轮的技术领域，特别涉及一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮。

背景技术

目前绝大部分人工合成的金刚石都为粉末状或细小的颗粒状，为了利用金刚石进行高精度、高效率磨削加工，通常采用称之为结合剂的物质将金刚石磨粒粘结起来并制成具有一定强度和形状的磨具，以便于安装在各种磨床上进行磨削加工。与其它磨料如刚玉、碳化硅相比，用金刚石砂轮进行磨削时，具有以下优点：磨削效率高；耐磨性高，磨粒本身消耗很少，具有很高的使用寿命，特别是在磨削硬、脆工件时最为明显；磨粒硬度和耐磨性高，磨粒能长久保持锋利，容易切入工件，实现低应力磨削；磨削的工件精度高、表面质量好。金刚石砂轮应用已渗透到机械加工、汽车制造、航空航天、生物、医疗器具、电子信息、建筑、交通、地质采矿、艺术、新材料等各个领域。

在砂轮中用于固结金刚石磨粒的结合剂有树脂、金属和陶瓷三种材料，其中树脂结合剂自锐性好，砂轮磨削效率高，磨削发热量小，并且可以改善工件表面的粗糙度；金属结合剂金刚石砂轮的强度高，工作面几何形状保持性好，寿命长，耐冲击；陶瓷结合剂金刚石砂轮经高温烧成，陶瓷结合剂材料热稳定性好，在磨削高温下仍能对金刚石磨料保持较高的把持力，砂轮使用寿命长，磨削能力强、磨削温度低、自锐性强，锋利状态持久，磨削效率高。

但是这三种结合剂仍不能完全满足金刚石砂轮的要求：树脂结合剂是有机材料，受树脂本征性能限制，砂轮耐热性、耐水性、耐磨性较差，不能进行精密成型磨削；金属结合剂金刚石砂轮自锐性差、效率低；在金刚石砂轮制造过程中，陶瓷结合剂对金刚石的润湿性差，大大降低了结合剂对金刚石的把持力，磨具在磨削过程中金刚石容易脱落，损耗大。目前，为了提高金刚石砂轮性能，本领域的研究方向主要集中在新型金刚石结合剂的开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，该砂轮兼具树脂和陶瓷结合剂金刚石砂轮自锐性好、磨削锋利、热稳定性好、耐磨、可精密加工等优点，并优化了金刚石砂轮的整体性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：

金刚石粉末60％～70％，树脂结合剂15％～23％，陶瓷结合剂10％～20％。

本发明所述的树脂结合剂为聚酰亚胺树脂粉。

本发明所述的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅30％～36％，氧化硼18％～23％，二氧化锆16％～20％，氧化铝14％～18％，二氧化锰12％～15％。

本发明所述的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，优选地，由以下重量百分比的原料组成：

金刚石粉末65％，树脂结合剂20％，陶瓷结合剂15％。

本发明所述的陶瓷结合剂，优选地，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅33％，氧化硼20％，二氧化锆18％，氧化铝16％，二氧化锰13％。

本发明所述的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，制备步骤如下：

(1)取树脂结合剂和陶瓷结合剂，放入混料机中混合20～24小时，过200～300目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合4～6小时，然后慢慢加入原料总重量的1％～2％的丙烯酸乳液继续混合5～8小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为250～260℃，压力为120～125MPa，保压2～3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，5～7小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度720～730℃，保温1～2小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

本发明的有益效果在于：

1、在磨削性能上，本发明产品既保持了陶瓷结合剂、树脂结合剂金刚石砂轮较强的磨削能力、较好自锐性、较高的磨削精度、形状稳定等优点，又克服了树脂结合剂热稳定性差，陶瓷损耗大的缺点。

2、本发明制成的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削效率有较大提高，耐磨性好，且磨削锋利。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％，聚酰亚胺树脂粉23％，陶瓷结合剂17％。

陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅30％，氧化硼18％，二氧化锆19％，氧化铝18％，二氧化锰15％。

树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备步骤如下：

(1)取聚酰亚胺树脂粉、二氧化硅、氧化硼、二氧化锆、氧化铝、二氧化锰，放入混料机中混合20小时，过200目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合4小时，然后慢慢加入原料总重量的1％的丙烯酸乳液继续混合5小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为250℃，压力为120MPa，保压2小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，5小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度720℃，保温1小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

实施例2

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末63％，聚酰亚胺树脂粉17％，陶瓷结合剂20％。

陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅35％，氧化硼23％，二氧化锆16％，氧化铝14％，二氧化锰12％。

树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备步骤如下：

(1)取聚酰亚胺树脂粉、二氧化硅、氧化硼、二氧化锆、氧化铝、二氧化锰，放入混料机中混合21小时，过230目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合5小时，然后慢慢加入原料总重量的2％的丙烯酸乳液继续混合6小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为252℃，压力为121MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，6小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度725℃，保温1.5小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

实施例3

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末65％，聚酰亚胺树脂粉20％，陶瓷结合剂15％。

陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅33％，氧化硼20％，二氧化锆18％，氧化铝16％，二氧化锰13％。

树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备步骤如下：

(1)取聚酰亚胺树脂粉、二氧化硅、氧化硼、二氧化锆、氧化铝、二氧化锰，放入混料机中混合22小时，过250目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合6小时，然后慢慢加入原料总重量的1％的丙烯酸乳液继续混合7小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为254℃，压力为122MPa，保压2.5小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，6小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度725℃，保温2小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

实施例4

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末68％，聚酰亚胺树脂粉22％，陶瓷结合剂10％。

陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅36％，氧化硼19％，二氧化锆17％，氧化铝14％，二氧化锰14％。

树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备步骤如下：

(1)取聚酰亚胺树脂粉、二氧化硅、氧化硼、二氧化锆、氧化铝、二氧化锰，放入混料机中混合23小时，过280目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合5小时，然后慢慢加入原料总重量的2％的丙烯酸乳液继续混合8小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为256℃，压力为123MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，7小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度730℃，保温1.5小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

实施例5

一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末70％，聚酰亚胺树脂粉15％，陶瓷结合剂15％。

陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅33％，氧化硼20％，二氧化锆18％，氧化铝16％，二氧化锰13％。

树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的制备步骤如下：

(1)取聚酰亚胺树脂粉、二氧化硅、氧化硼、二氧化锆、氧化铝、二氧化锰，放入混料机中混合24小时，过300目筛，得到复合结合剂；

(2)将金刚石粉末与复合结合剂放入混料机内混合6小时，然后慢慢加入原料总重量的2％的丙烯酸乳液继续混合8小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为260℃，压力为125MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，7小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度730℃，保温2小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

对比例

通过实验选择了一种性能比较好的现有金刚石砂轮配方作为对比例。现有砂轮配方，由以下重量百分比的原料制成：金刚石粉末40％，酚醛树脂粉35％，铜粉15％，氧化铬粉末5％，氧化锌粉末5％，制备步骤如下：

(1)取酚醛树脂粉、铜粉、氧化铬粉末、氧化锌粉末，放入混料机中混合21小时，过230目筛，得到结合剂；

(2)将金刚石粉末与结合剂放入混料机内混合5小时，然后慢慢加入原料总重量的2％的丙烯酸乳液继续混合6小时，再过80目标准筛，得砂轮混合料；

(3)将砂轮混合料平缓均匀投入模具内并刮平，置入液压机定模热压，温度为252℃，压力为121MPa，保压3小时，冷却出模后得砂轮坯体；

(4)将砂轮坯体置入烧结炉内烧结，6小时升温至190℃，然后分段升温至最终烧结温度725℃，保温1.5小时，冷却至室温取出；

(5)将烧结后的砂轮坯体在车床和磨床上加工，检验合格后包装、入库，得成品。

试验例

1、采用SCN-802造型材料耐火性能测试仪测定耐火度：将制备的砂轮粉体在15MPa下压制为φ8×10mm圆形柱试样，平放在陶瓷基片上，放入测试仪加热区，升温速度为5℃/min，当温度接近材料耐火度时，每升高10℃保温1小时，以砂轮圆柱体的边角变圆时的温度为材料参考耐火度，测试结果见表1。

表1实施例1～5与对比例金刚石砂轮胎体材料耐火度的实验结果

2、实施例1～5与对比例金刚石砂轮磨削性能比较见表2和表3：

表2实施例1～5与对比例金刚石砂轮磨削试验结果

表3实施例1～5与对比例金刚石砂轮磨削试验结果

注：保型性为砂轮磨削1cm硬质合金损耗量(um)。

从表1可以看出，本发明的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮的实施例1～5的耐火度都比对比例的高，说明本发明产品具有较高热稳定性，耐热性好。

从表2可以看出，本发明的实施例1～5的磨削转矩、磨削功率和磨削电流都低于以铜作填料的现有配方制作的树脂结合剂金刚石砂轮的，表明本发明的砂轮自锐性好、磨削锋利。

表3表明本发明的树脂陶瓷结合剂砂轮较现有砂轮，保型性好，损耗低，耐磨性好，磨削效率高。

Claims (3)

1.一种树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：金刚石粉末60％～70％，树脂结合剂15％～23％，陶瓷结合剂10％～20％；

所述的树脂结合剂为聚酰亚胺树脂粉；

所述的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅30％～36％，氧化硼18％～23％，二氧化锆16％～20％，氧化铝14％～18％，二氧化锰12％～15％。

2.根据权利要求1所述的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：

金刚石粉末65％，树脂结合剂20％，陶瓷结合剂15％。

3.根据权利要求1或2所述的树脂陶瓷结合剂金刚石砂轮，其特征在于，所述的陶瓷结合剂，由以下重量百分比的原料粉末组成：

二氧化硅33％，氧化硼20％，二氧化锆18％，氧化铝16％，二氧化锰13％。