CN105058249B - 一种陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮，包括砂轮基体及粘结在基体外侧的磨料层，所述基体为胶木基体；所述磨料层为复合结合剂与磨料混合后成型；复合结合剂由聚乙烯醇缩丁醛树脂、天然橡胶、硫化剂、硫化促进剂与硫化活性剂组成；磨料由金刚石及碳化硅组成；磨料层中各原料的体积份数比为：聚乙烯醇缩丁醛树脂15‑40份、天然橡胶10‑20份、硫化剂2‑6份、硫化促进剂3‑6份、硫化活性剂1‑4份、金刚石微粉18‑40份、碳化硅微粉10‑20份。本发明制得的砂轮能够满足精密陶瓷材料的高精度，高表面质量的加工要求。
Description
技术领域
本发明属于机械加工中的超硬材料及制品领域，具体涉及应用于精密陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂金刚石磨料砂轮及制备方法。
背景技术
随着电子行业发展，特别是电子通讯、LED、平板玻璃、蓝宝石等高精密加工行业的迅速发展，精磨陶瓷材料的抛光加工应用日渐广泛。具体涉及蓝宝石晶圆抛光，蓝玻璃抛光，碳化硅密封件、氧化锆等精密陶瓷材料的抛光加工。此类工件要求极高的加工精度和表面质量，通过相应的高精度、高自动化的磨削设备，与加工材料匹配的先进磨削工艺，配合相应的抛光用砂轮，来达到对于此类陶瓷材料的高效率，高表面质量，高精度抛光。随着各生产厂家对于此类工件抛光越来越高的要求，国内外许多砂轮生产厂家把此类抛光砂轮列入重点研究内容。
精密陶瓷材料抛光加工领域，多采用超细普通碳化硅磨料抛光轮，氧化铈粉配合抛光盘或者游离磨料进行抛光加工。由于上述加工手段存在抛光效率相对较低，抛光轮等使用寿命相对较短，抛光质量逐渐不能够满足精密陶瓷的表面质量等问题，因此研究发明一种新的高效率，高的加工精度的砂轮是本项发明的核心内容。
发明内容
想要达到高精度高表面质量抛光，要求砂轮同时具有高的锋利度和一定的硬度和弹性；高的锋利度能够使砂轮很好的去除精密陶瓷材料表面余量，砂轮具有一定的硬度能够保持砂轮在磨削过程中保持相应的形状，满足工件平面度，圆柱度等高精度要求，砂轮的弹性能够保证砂轮在抛光过程中，与工件接触受压时，磨具表面磨粒可以被压缩进入弹性结合剂中，从而被磨工件表面留下较浅划痕，致使获得高表面质量的精密陶瓷。
因此针对以上分析和存在的问题，本发明提供一种具有弹性的精密陶瓷材料抛光砂轮的配方和成型工艺，制得的砂轮能够满足精密陶瓷材料的高精度，高表面质量的加工要求。
为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：
一种陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮，包括砂轮基体及粘结在基体外侧的磨料层，所述基体为胶木基体；所述磨料层为复合结合剂与磨料混合后成型；复合结合剂由聚乙烯醇缩丁醛树脂、天然橡胶、硫化剂、硫化促进剂与硫化活性剂组成；磨料由金刚石及碳化硅组成；磨料层中各原料的体积份数比为：聚乙烯醇缩丁醛树脂15-40份、天然橡胶10-20份、硫化剂2-6份、硫化促进剂3-6份、硫化活性剂1-4份、金刚石微粉18-40份、碳化硅微粉10-20份。
所述硫化剂为硫磺，粒径为50-120um。
所述硫化促进剂由体积份数2-3份六次甲基四胺及1-3份氧化钙组成。
所述硫化活性剂为硬脂酸锌。
所述聚乙烯醇缩丁醛树脂粒径为60-80um，天然橡胶粒径为50-70um。
所述金刚石微粉型号为PDM，粒径为M1/2或M2/4或M4/6，碳化硅微粉粒径为W1或W1.5或W2.5。
如上所述的陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
1)将金刚石微粉磨料和碳化硅微粉磨料按照配方份额称料后，震荡均匀，得到混合磨料；
2)称取磨料层中的其他各种原料，放入三维混料机中混合30-60min；
3)将步骤1和2所得料混合均匀，过120-200目筛得到所需成型料；
4)将步骤3所得成型料投入模具型腔，在热压机上分四段压制成环或块状砂轮磨料层，具体压制工艺为：一段温度为75-85℃、压力为0.8-1.2MPa，加压时间为0.5-1.5min；二段温度为95-105℃、压力为2.5-3.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；三段温度为115-125℃、压力为4.5-5.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；四段温度为120-130℃、压力为5.5-6.5MPa，加压时间为12-18min；
5)将步骤4得到的砂轮磨料层用环氧树脂胶和金属胶粘接在胶木基体上，即得到砂轮成品。
步骤5）中环氧树脂胶和金属胶的质量比为2:1。
本发明的有益效果：
1、本发明树脂橡胶复合结合剂砂轮，结合剂采用聚乙烯醇缩丁醛树脂和天然橡胶，结合剂较普通树脂结合剂具有弹性，抛光性能好；较橡胶结合剂机械强度高，锋利性好。此复合结合剂砂轮，常温下有明显的柔顺性和弹性，抛光过程中发热，更加柔软，达到较好的抛光效果。
2、所述砂轮在配方上通过树脂结合剂和橡胶结合剂的优化配比选取，并通过运用改进后的树脂结合剂砂轮成型工艺设计，避免了橡胶结合剂砂轮切胶、塑练，后处理等复杂的成型工艺，能够生产稳定的复合结合剂砂轮。
3、所述砂轮采用胶木基体，其较铝基体和钢基体具有一定弹性，与具有一定弹性的砂轮层形成很好的砂轮统一体，在抛光陶瓷工件时柔韧，且可以满足高速抛光，最大安全抛光速度可达80m/s。
附图说明
图1是本发明砂轮的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮，包括砂轮基体1及粘结在基体外侧的磨料层2；所述基体为胶木基体；所述磨料层为复合结合剂与磨料混合后成型；复合结合剂由聚乙烯醇缩丁醛树脂、天然橡胶、硫化剂、硫化促进剂与硫化活性剂组成；磨料由金刚石及碳化硅组成；磨料层中各原料的体积份数比为：聚乙烯醇缩丁醛树脂15-40份、天然橡胶10-20份、硫化剂2-6份、硫化促进剂3-6份、硫化活性剂1-4份、金刚石微粉18-40份、碳化硅微粉10-20份。
胶木基体具有一定的强度和弹性，一方面牢固的承载砂轮层，一方面与机床主轴安装固定，从而能够保证砂轮在15m/s至80m/s的转速下对精密陶瓷进行抛光加工。金刚石微粉型号PDM，粒径为M1/2或M2/4或M4/6，碳化硅微粉粒径为W1或W1.5或W2.5。金刚石微粉和碳化硅微粉作为此抛光砂轮的主要磨料和辅助磨料。金刚石和碳化硅的硬度大于大多数陶瓷材料的硬度，因此此砂轮普遍适用于对于氧化铝陶瓷，氧化锆精密陶瓷，石英玻璃等的抛光。复合结合剂中PVP（聚乙烯醇缩丁醛）树脂粒径为60-80um，天然橡胶粒径为50-70um，其中添加硫磺作为硫化剂，六次甲基四胺作为主硫化促进剂，氧化钙作为副硫化促进剂，在磨料层中六次甲基四胺体积份数2-3份、氧化钙为1-3份，硬脂酸锌作为硫化活性剂，硫磺粒径为50-120um，六次甲基四胺、氧化钙与硬脂酸锌均为分析纯。
本发明陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤；
1)将金刚石微粉磨料和碳化硅微粉磨料按照配方份额称料后，放入玻璃瓶中震荡2分钟，震荡均匀，得到混合磨料；
2)称取磨料层中的其他各种原料，放入三维混料机中混合30-60min；
3)将步骤1和2所得料混合，搅拌均匀，过120-200目筛1-3次得到所需成型料；
4)将步骤3所得成型料投入钢制模具型腔，在热压机上分四段压制得到环状或块状砂轮磨料层，具体压制工艺为：一段温度为75-85℃、压力为0.8-1.2MPa，加压时间为0.5-1.5min；二段温度为95-105℃、压力为2.5-3.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；三段温度为115-125℃、压力为4.5-5.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；四段温度为120-130℃、压力为5.5-6.5MPa，加压时间为12-18min；分段压制可以确保砂轮块内部化学反应充分，密度均匀，砂轮使用一致性好。
5)将步骤4得到的砂轮磨料层用环氧树脂胶和金属胶粘接在胶木基体上，即得到砂轮成品，环氧树脂胶和金属胶的质量比为2：1。
实施例2
本发明陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮，包括砂轮基体1及粘结在基体外侧的磨料层2；所述基体为胶木基体；所述磨料层为复合结合剂与磨料混合后成型；复合结合剂由聚乙烯醇缩丁醛树脂、天然橡胶、硫化剂、硫化促进剂与硫化活性剂组成；磨料由金刚石及碳化硅组成；磨料层中各原料的体积份数比为：聚乙烯醇缩丁醛树脂20份、天然橡胶20份、硫磺3份、硫化促进剂4份、硬脂酸锌3份、金刚石微粉30份、碳化硅微粉15份，硫化促进剂包括2份六次甲基四胺和2份氧化钙。
金刚石微粉型号PDM，粒径为M1/2，碳化硅微粉粒径为W1；复合结合剂中PVP（聚乙烯醇缩丁醛）树脂粉为99.8%过200目筛，天然橡胶粒径为50-70um，硫磺粒径为50-120um，六次甲基四胺、氧化钙与硬脂酸锌均为分析纯。
本发明陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤；
1)将金刚石微粉磨料和碳化硅微粉磨料按照配方份额称料后，放入玻璃瓶中震荡2分钟，震荡均匀，得到混合磨料；
2)称取磨料层中的其他各种原料，放入三维混料机中混合60min；
3)将步骤1和2所得料混合，搅拌均匀，过150目筛2次得到所需成型料；
4)将步骤3所得成型料投入钢制模具型腔，在热压机上分四段压制得到环状或块状砂轮磨料层，具体压制工艺为：一段温度为80℃、压力为1MPa，加压时间为1min；二段温度为100℃、压力为3MPa，加压时间为2min；三段温度为120℃、压力为5MPa，加压时间为2min；最后四段温度为125℃、压力为6MPa，加压时间为15min；
5)将步骤4得到的砂轮磨料层用环氧树脂胶和金属胶粘接在胶木基体上，即得到砂轮成品，环氧树脂胶和金属胶的质量比为2：1。
实施例3-25中磨料层中各原料的配方及砂轮制备工艺各步骤参数见表1-3，其他同实施例1。
表1 实施例3-10中磨料层中各原料的配方及砂轮制备工艺各步骤参数表
表2 实施例11-18中磨料层中各原料的配方及砂轮制备工艺各步骤参数表
表3 实施例19-25中磨料层中各原料的配方及砂轮制备工艺各步骤参数表
Claims (5)
1.一种陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，包括砂轮基体及粘结在基体外侧的磨料层，其特征在于：所述基体为胶木基体；所述磨料层为复合结合剂与磨料混合后成型；复合结合剂由聚乙烯醇缩丁醛树脂、天然橡胶、硫化剂、硫化促进剂与硫化活性剂组成；磨料由金刚石及碳化硅组成；磨料层中各原料的体积份数比为：聚乙烯醇缩丁醛树脂15-40份、天然橡胶10-20份、硫化剂2-6份、硫化促进剂3-6份、硫化活性剂1-4份、金刚石微粉18-40份、碳化硅微粉10-20份；所述硫化剂为硫磺；所述硫化促进剂由体积份数2-3份六次甲基四胺及1-3份氧化钙组成；所述硫化活性剂为硬脂酸锌；
包括以下步骤：
1）将金刚石微粉磨料和碳化硅微粉磨料按照配方份额称料后，震荡均匀，得到混合磨料；
2）称取磨料层中的其他各种原料，放入三维混料机中混合30-60min；
3）将步骤1和2所得料混合均匀，过120-200目筛得到所需成型料；
4）将步骤3所得成型料投入模具型腔，在热压机上分四段压制成环或块状砂轮磨料层，具体压制工艺为：一段温度为75-85℃、压力为0.8-1.2MPa，加压时间为0.5-1.5min；二段温度为95-105℃、压力为2.5-3.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；三段温度为115-125℃、压力为4.5-5.5MPa，加压时间为1.5-2.5min；四段温度为120-130℃、压力为5.5-6.5MPa，加压时间为12-18min；
5）将步骤4）得到的砂轮磨料层用环氧树脂胶和金属胶粘接在胶木基体上，即得到砂轮成品。
2.如权利要求1所述的陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：硫化剂粒径为50-120um。
3.如权利要求1所述的陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇缩丁醛树脂粒径为60-80um，天然橡胶粒径为50-70um。
4.如权利要求1所述的陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：所述金刚石微粉型号为PDM，粒径为M1/2或M2/4或M4/6，碳化硅微粉粒径为W1或W1.5或W2.5。
5.如权利要求1所述的陶瓷材料抛光用树脂橡胶复合结合剂砂轮的制备方法，其特征在于步骤5）中环氧树脂胶和金属胶的质量比为2:1。
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