CN104440611A - 一种砂盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种砂盘及其制备方法，属于加工工具技术领域。该砂盘包括砂盘基体，砂盘基体中间开设有安装孔，砂盘还包括磨削层，磨削层设置在砂盘基体一侧，磨削层和砂盘基体还贯通设置有若干通孔，磨削层主要由以下成分(以重量份数计)组成：磨料：100份，填料：15-30份。其制备方法是先称取磨料和填料，充分混合均匀得到砂料，同时称取结合剂配制成胶；然后在砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，经烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再经烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后经硬化后制得砂盘。本发明制得的砂盘散热快、能自动排屑、自锐性好、安全性能高，综合性能优越。

Description

一种砂盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种砂盘及其制备方法，属于加工工具技术领域。
背景技术
砂盘主要用于各种金属(如船厂船体)的除锈、打毛刺等磨削抛光，还可用于水泥地面的打磨抛光。目前砂盘是在基体上涂上一层底胶后植砂，经初步烘干固化并定型后，再涂上一层胶和一层砂，经再烘干定型涂胶固化后制成。这种砂盘生产工序复杂，基体强度低，成本高，安全性能不稳定，防潮或耐水性能差、不适合室外作业和带水作业等缺陷，并常因为强度低而发生打磨时磨片破碎飞出伤人的安全事故。而且，这种砂盘在作业的时候会产生大量碎屑并伴随产生大量摩擦热量，碎屑和热量不能快速排出，砂盘自锐性差，影响磨削效率，并伴随着有烧伤工件的可能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种综合性能好、散热快、能自动排屑、自锐性好、安全性能高的砂盘。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种砂盘，包括砂盘基体，砂盘基体中间开设有安装孔，所述砂盘还包括磨削层，所述磨削层设置在砂盘基体一侧，所述磨削层和砂盘基体还贯通设置有若干通孔，所述磨削层主要由以下成分(以重量份数计)组成：磨料：100份，结合剂：15-20份，填料：15-30份。
本发明砂盘的结构简单，主要由砂盘基体和磨削层组成，而且在磨削层和砂盘基体上贯通设置有若干个通孔，因此，砂盘在工作过程中产生的碎屑能自动从通孔排出，自锐性好，提高了磨削效率，而且碎屑不会四处飞溅而发生安全事故，安全系数高。此外，通孔还可以散热由砂盘与工件摩擦产生的热量，降低砂盘与加工工件间的温度，保证加工工件质量，延长砂盘的使用寿命。
在上述的一种砂盘中，所述磨料主要由刚玉和碳化硅组成，其中，刚玉的重量百分比为60-80％。本发明磨料优选刚玉和碳化硅组成，刚玉不仅硬度、强度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、自锐性、耐用性等性能较为优越，且加工工件表面质量高，不易烧伤工件。本发明进一步优选刚玉由白刚玉、单晶刚玉、锆刚玉中的一种或多种组成，因为白刚玉、单晶刚玉、锆刚玉在磨削时发热量都较小，在磨削过程中不容易烧伤工件，磨削性能更好，砂盘使用寿命更久。但是刚玉的适用性存在不足，它比较适合加工钢材，而不适合加工硅酸盐材料(如玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料等)、铸铁或钛；因为硅和硅酸盐会与刚玉在磨削高温下会发生反应，使刚玉磨耗很快。而碳化硅的磨削适用性恰好与刚玉相反，碳化硅不宜用于磨削钢材，但却能较好的研磨铸铁、非金属材料(如玻璃、陶瓷等)，也适合于磨削某些有色金属，如锌、铜及其合金、硬质合金等。因此，本发明磨料采用刚玉系列和碳化硅系列复配而成，结合两者的优缺点，依据所运用的加工对象可适当调整刚玉与碳化硅的组成比例。
在上述的一种砂盘中，所述磨料的粒度为10#-100#。本发明采用的磨料的粒度较粗，加大了砂轮的气孔率，进一步提高了砂盘在磨削时的散热性能，保证砂盘在磨削过程中摩擦产生的热量能快速散发出去，不烧伤工件，延长砂盘使用寿命更久。
在上述的一种砂盘中，所述填料主要由以下成分组成：冰晶石：2-4份，氮化物：3-6份，沸石粉：2-5份，氧化铁：2-4份，萤石：3-6份，空心氧化铝：3-5份；所述填料的粒径为10-50μm。填料的加入主要为了起到改变砂盘性能的同时降低砂盘的成本。本发明填料中的冰晶石可以降低砂盘磨削热，增强自锐性，防止砂盘堵塞，提高砂盘的强度。氧化铁不仅具有补强作用，还能提高砂盘的耐热性。萤石可以增加砂盘的自锐性，减少烧伤，提高效率。空心氧化铝用于造成砂盘中的气孔，在磨削时起散热排屑作用。
除上述砂盘常用填料外，本发明填料中还加入了适量的氮化物和沸石粉。沸石粉能够与空心氧化铝一样提高砂盘的气孔率，与空心氧化铝起到协同增加砂盘气孔率的作用，改善散热性能，保证砂盘在磨削过程中摩擦产生的热量能快速散发出去，避免磨削过程中高温烧伤工件。而氮化物的导热能力很强，本发明进一步优选AlN、Si3N4、BN中的一种或多种，它们的导热系数在120-150W/(m·K)之间，这些氮化物分散在磨削层中形成了类似网状或链状结构形态的导热网链，砂盘的导热率提高很快。因此，砂盘在工作时就可以快速的把摩擦产生的热量传导到砂盘的各表面，然后通过热量辐射将摩擦产生的热量散发到空气中，降低砂盘与工件的温度，既能保证工件不被烧伤，又能延长砂盘的使用寿命。
而为了使填料能很好的分散到磨削层中起到加强和改善砂盘的性能，填料的粒径不宜过大，尤其是氮化物的粒径，过大会导致氮化物不能很好的分散而形成导热网链，因此，导热效果会大幅下降。
在上述的一种砂盘中，所述通孔的直径≥3mm。本发明砂盘在磨削层和砂盘基体上贯通设置有若干个通孔用以起到散热和自动排屑的作用，提高砂轮的磨削效率和使用寿命。通孔可以任意排布在砂盘上贯通磨削层和砂盘基体，但是通孔的直径也不能太大，太大也会降低砂盘的磨削效率。因此，本发明进一步优选在磨削层和砂盘基体上贯通设置3个及以上通孔，通孔均匀排布，通孔的直径为3-10mm。
在上述的一种砂盘中，所述砂盘基体背离磨削层的一侧还设置有若干加强筋，加强筋任意排布在砂盘基体上，起到提高砂盘的强度的作用。进一步优选设置有3个及以上的加强筋均匀排布在砂盘基体上。
本发明另一个目的在于提供上述砂盘的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：先称取磨料和填料，充分混合均匀得到砂料，同时称取结合剂配制成胶；然后在砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，经烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再经烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后经硬化后制得砂盘。
本发明砂盘的制备方法是先在基体上涂胶或喷胶，然后进行植砂，植砂可以选择重力植砂或者静电植砂的方法，然后进行烘干固化定型后再重新进行涂胶或喷胶、植砂、烘干定型固化。本发明可以依据砂盘的厚度或者需要砂盘的性能，自行调整喷胶、植砂、烘干固化定型的次数，采用多次植砂的方式提高砂盘的强度等综合性能。
在上述的一种砂盘的制备方法中，所述结合剂为树脂结合剂。砂盘的强度、硬度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力等综合性能主要决定于结合剂的性能，因此，本发明优选树脂结合剂。因为树脂结合剂本身具有良好的弹性、强度、粘性等性能，形成砂盘后，具有强度高、硬度适中，自锐性好，不易堵塞，而且磨削效率高，磨削温度低，磨削的表面光洁度高等优点。本发明进一步优选树脂结合剂中的水溶性酚醛树脂结合剂，更优选水溶性酚醛树脂结合剂由5-8份的酚醛树脂液和10-12份的酚醛树脂粉组成。
在上述的一种砂盘的制备方法中，所述结合剂与填充剂、着色剂和稀释剂按重量比为10：(1-8)：(1-5)：(5-10)配制成胶。本发明中，填充剂可以为碳酸钙，着色剂可以为铁红、铁黑或炭黑中的一种或多种，稀释剂可以为水。
在上述的一种砂盘的制备方法中，所述烘干固化定型温度为60-80℃，时间为30-80min；所述硬化为梯度升温，所述梯度升温为先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温20-50min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温60-100min，然后升温至120℃保温150-250min。
砂盘在硬化过程中会发生物理和化学变化，伴随着有水分、氨气等气体蒸出，所以在升温过程中就需要安排保温时间以便排出气体。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1.本发明砂盘在磨削层和砂盘基体上贯通设置有若干个通孔，砂盘在作业过程中产生的碎屑能自动从通孔排出，自锐性好，提高了磨削效率，而且碎屑不会四处飞溅而发生安全事故，安全系数高。
2.本发明砂盘在作业过程中砂盘与工件摩擦产生的热量可以通过通孔散发，降低砂盘与加工工件间摩擦产生的温度，保证加工工件质量，延长砂盘的使用寿命。
3.本发明砂盘磨料的粒度较粗，加大了砂轮的气孔率；且在填料中加入了能提高砂盘的气孔率的沸石粉，导热系数高、能形成导热网链的氮化物，进一步提高了砂盘在磨削时的散热性能，保证砂盘在磨削过程中摩擦产生的热量能快速散发出去，不烧伤工件，延长砂盘使用寿命更久。
4.本发明砂盘加工工艺简单，砂盘的强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、自锐性、耐用性等综合性能优越。
附图说明
图1为本发明砂盘的一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明砂盘的一较佳实施例的俯视图；
图3为本发明砂盘的一较佳实施例的仰视图。
图中：1、磨削层；2、砂盘基体；3、安装孔；4、通孔；5、加强筋。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、图2和图3所示，本发明砂盘包括砂盘基体2，磨削层1，砂盘基体2中间开设有安装孔3，磨削层1设置在砂盘基体2的一侧，磨削层1和砂盘基体2还贯通设置有若干通孔4，在砂盘基体2背离磨削层1的一侧还设置有若干加强筋5。
此外，在砂盘基体2和磨削层1之间还可以设置加强层，用以加强砂盘强度。加强层由一层及以上加强材料层制成，加强材料为玻璃纤维网片、碳纤维网片、竹纤维网片中的一种或多种，浸渍或辊涂改性热固性树脂稀释液后用热压机热压定型成加强层，热压机温度为120-200℃，压力为18-25MPa，热压时间为3-5min。其中，竹纤维网片中的竹纤维经10-25％重量份数的烧碱溶液浸泡48小时后，于阴凉环境下干燥后得到，经上述处理后的竹纤维不仅防腐性能好，而且使纤维基体更致密，强度增加30-50％。
其中，上述磨削层1主要由以下成分(以重量份数计)组成：磨料：100份，结合剂：15-20份，填料：15-30份。
作为一种优选，砂盘基体由工程塑料、金属或陶瓷材料制成。
实施例1：
首先，称取粒度为10#-30#的由60％的白刚玉和40％碳化硅组成的磨料100份；由粒径为10-20μm的冰晶石2份，AlN 3份，沸石粉2份，氧化铁2份，萤石3份，空心氧化铝3份组成的填料15份。然后将磨料和填料充分混合均匀得到砂料。同时称取由5份酚醛树脂液和10份的酚醛树脂粉组成的水溶性酚醛树脂结合剂15份，与填充剂碳酸钙、着色剂铁红和稀释剂水按重量比为10：1：1：5配制成胶。然后在设置有3个加强筋的由工程塑料聚甲醛制成的砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，在60℃保温80min，烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再加热到60℃保温80min，烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温20min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温60min，然后升温至120℃保温250min，硬化制得砂盘。砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置3个均匀排布的直径为3mm的通孔。
实施例2：
首先，称取粒度为30#-50#的由70％的单晶刚玉和30％碳化硅组成的磨料100份；由粒径为20-30μm的冰晶石3份，Si3N4 4份，沸石粉3份，氧化铁3份，萤石4份，空心氧化铝4份组成的填料21份。然后将磨料和填料充分混合均匀得到砂料。同时称取由6份的酚醛树脂液和11份的酚醛树脂粉组成的水溶性酚醛树脂结合剂17份，与填充剂碳酸钙、着色剂铁黑和稀释剂水按重量比为10：3：2：6配制成胶。然后在设置有6个加强筋的由工程塑料聚甲醛制成的砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，在70℃保温60min，烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再加热到70℃保温60min，烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温30min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温80min，然后升温至120℃保温200min，硬化制得砂盘。砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置6个均匀排布的直径为5mm的通孔。
实施例3：
首先，称取粒度为50#-80#的由75％的锆刚玉和25％碳化硅组成的磨料100份；由粒径为30-40μm的冰晶石3份，BN 5份，沸石粉4份，氧化铁3份，萤石5份，空心氧化铝4份组成的填料24份。然后将磨料和填料充分混合均匀得到砂料。同时称取由7份的酚醛树脂液和11份的酚醛树脂粉组成的水溶性酚醛树脂结合剂18份，与填充剂碳酸钙、着色剂铁红和稀释剂水按重量比为10：5：3：8配制成胶。然后在设置有8个加强筋的由工程塑料聚甲醛制成的砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，在75℃保温50min，烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再加热到75℃保温50min，烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温40min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温90min，然后升温至120℃保温180min，硬化制得砂盘。砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置8个均匀排布的直径为5mm的通孔。
实施例4：
首先，称取为80#-100#的磨料，磨料主要由80％的白刚玉和单晶刚玉按任意比组成的刚玉和20％碳化硅组成的磨料100份；由粒径为40-50μm的冰晶石4份，AlN和BN按任意比组成的氮化物6份，沸石粉5份，氧化铁4份，萤石6份，空心氧化铝5份组成的填料30份。然后将磨料和填料充分混合均匀得到砂料。同时称取由8份的酚醛树脂液和12份的酚醛树脂粉组成的水溶性酚醛树脂结合剂20份，与填充剂碳酸钙、着色剂炭黑和稀释剂水按重量比为10：8：5：10配制成胶。然后在设置有10个加强筋的由工程塑料聚甲醛制成的砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，在80℃保温80min，烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再加热到80℃保温80min，烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温50min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温100min，然后升温至120℃保温150min，硬化制得砂盘。砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置10个任意排布的直径为5mm的通孔。
对比例：
市售普通砂盘。
将本发明实施例1-4制得的砂盘进行性能测试，测试结果
表1：本发明实施例1-4和对比例砂盘的性能测试结果
从表1可以得知，本发明制得的砂盘强度、硬度、耐磨性、耐用性等综合性能明显优于现有技术中的砂盘。且本发明砂盘自锐性和散热效果好，磨削效率高，不会烧伤工件表面，且能延长砂盘的使用寿命50％以上。
实施例5-8与实施例1-4的唯一区别仅在于磨料中的刚玉是由白刚玉和锆刚玉按任意比组成。
实施例9-12与实施例1-4的唯一区别仅在于磨料中的刚玉是由单晶刚玉和锆刚玉按任意比组成。
实施例13-16与实施例1-4的唯一区别仅在于磨料中的刚玉是由白刚玉、单晶刚玉和锆刚玉按任意比组成。
实施例17-20与实施例1-4的唯一区别仅在于填料中的氮化物是由AlN、Si3N4、BN按任意比组成。
实施例21-24与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本设置有5个加强筋，砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置8个任意排布的直径为4mm的通孔。
实施例25-28与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本设置有8个加强筋，砂盘磨削层和砂盘基体上贯通设置6个任意排布的直径为6mm的通孔。
实施例29-32与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用玻璃纤维网片作为加强材料，浸渍改性热固性树脂稀释液后放入模具中，在热压机中于温度为120℃，压力为18MPa下保温5min后，定型成加强层。
实施例33-36与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用玻璃纤维网片作为加强材料，辊涂改性热固性树脂稀释液，叠放两层后放入模具中，在热压机中于温度为150℃，压力为20MPa下保温4min后，定型成加强层。
实施例37-40与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用碳纤维网片作为加强材料，浸渍改性热固性树脂稀释液，叠放三层后放入模具中，在热压机中于温度为180℃，压力为22MPa下保温4min后，定型成加强层。
实施例41-44与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用竹纤维网片作为加强材料，辊涂改性热固性树脂稀释液，叠放四层后放入模具中，在热压机中于温度为200℃，压力为25MPa下保温3min后，定型成加强层。其中，竹纤维网片中的竹纤维经10％重量份数的烧碱溶液浸泡48小时后，于阴凉环境下干燥后得到。
实施例45-48与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用竹纤维网片作为加强材料，辊涂改性热固性树脂稀释液，叠放五层后放入模具中，在热压机中于温度为160℃，压力为23MPa下保温4min后，定型成加强层。其中，竹纤维网片中的竹纤维经20％重量份数的烧碱溶液浸泡48小时后，于阴凉环境下干燥后得到。
实施例49-52与实施例1-4的唯一区别仅在于砂盘基本和磨削层之间还设置有加强层，加强层选用竹纤维网片作为加强材料，辊涂改性热固性树脂稀释液，叠放三层后放入模具中，在热压机中于温度为190℃，压力为20MPa下保温4min后，定型成加强层。其中，竹纤维网片中的竹纤维经25％重量份数的烧碱溶液浸泡48小时后，于阴凉环境下干燥后得到。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-4作为代表说明本发明申请优异之处。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处，同样都在本发明要求保护的范围内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种砂盘，包括砂盘基体，砂盘基体中间开设有安装孔，其特征在于，所述砂盘还包括磨削层，所述磨削层设置在砂盘基体一侧，所述磨削层和砂盘基体还贯通设置有若干通孔，所述磨削层主要由以下成分(以重量份数计)组成：磨料：100份，填料：15-30份。
2.根据权利要求1所述的一种砂盘，其特征在于，所述磨料主要由刚玉和碳化硅组成，其中，刚玉的重量百分比为60-80％。
3.根据权利要求1或2所述的一种砂盘，其特征在于，所述磨料的粒度为10#-100#。
4.根据权利要求1所述的一种砂盘，其特征在于，所述填料主要由以下成分组成：冰晶石：2-4份，氮化物：3-6份，沸石粉：2-5份，氧化铁：2-4份，萤石：3-6份，空心氧化铝：3-5份；所述填料的粒径为10-50μm。
5.根据权利要求1所述的一种砂盘，其特征在于，所述通孔的直径≥3mm。
6.根据权利要求1所述的一种砂盘，其特征在于，所述砂盘基体背离磨削层的一侧还设置有若干加强筋。
7.一种砂盘的制备方法，其特征在于，所述制备方法主要包括以下步骤：先称取磨料和填料，充分混合均匀得到砂料，同时称取结合剂配制成胶；然后在砂盘基体上涂覆一层胶后进行植砂，经烘干固化定型后再涂覆一层胶后再进行植砂，再经烘干固化定型成砂盘坯，最后在砂盘坯上涂覆一层胶后经硬化后制得砂盘。
8.根据权利要求7所述的一种砂盘的制备方法，其特征在于，所述结合剂为树脂结合剂。
9.根据权利要求7所述的一种砂盘的制备方法，其特征在于，所述结合剂与填充剂、着色剂和稀释剂按重量比为10：(1-8)：(1-5)：(5-10)配制成胶。
10.根据权利要求7所述的一种砂盘的制备方法，其特征在于，所述烘干固化定型温度为60-80℃，时间为30-80min；所述硬化为梯度升温，所述梯度升温为先从室温升至60℃，然后从60℃升至80℃时每升高10℃保温20-50min，从80℃升至110℃时每升高10℃保温60-100min，然后升温至120℃保温150-250min。
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