CN105081990A - 一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮，该砂轮在制备过程中先对超细粒度的CBN磨料、金刚石磨料进行预处理，改善其力学性能和表面相容性，以聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯亚胺、纳米纤维素晶须等配制的溶液处理后的磨料形成均匀网状结构，在溶液中形成不沉淀、絮凝的稳定体系，干燥后的粉体与粘结剂的粘结强度搞，不易溃散开裂，而以氟碳树脂作为粘结剂使得砂轮表面更为光洁，不易粘附废屑，易于清理；本发明制备的超细粒度CBN砂轮硬度极高，兼具良好的韧性，砂轮组织致密光洁，耐磨耐蚀，不易损伤，可应用于高精度的金属零件磨削用。
Description
技术领域
本发明涉及超细粒度CBN砂轮技术领域，尤其涉及一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮及其制备方法。
背景技术
超细粒度CBN砂轮是指以超细粒度（≤5μm）的CBN磨料和结合剂制成的一类砂轮，这类砂轮较之传统的砂轮材料具有更低的表面粗糙度和表面损伤性，抛光、磨削的精度更高，更能提高零部件表面质量，也是砂轮行业发展的一个重要方向。
在生产工艺方面，由于磨料的超细粒度，磨料间容易发生团聚，与结合剂的结合性变差，这样制备得到的砂轮就极易对工件表面产生划痕，影响工件质量，因此，在生产过程中需要对超细磨料进行预处理，提高其与粘结剂的相容性和分散性，同时研制适用于超细粒径磨料的粘结剂，以获得低表面粗糙度的成品。目前制备超细粒度砂轮的技术还存在加工效率低、生产成本偏高等缺点，需要进一步改善和优化原料配方和制备工艺。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮，该砂轮由以下重量份的原料制成：粒度≤5μm的CBN磨料30-40、粒度≤5μm的金刚石磨料14-16、纳米二氧化锆3-5、纳米纤维素晶须1-2、粘结剂2-3、锂基膨润土0.3-0.4、氢氟酸（浓度40%）适量、聚苯乙烯磺酸钠0.5-0.8、聚乙烯亚胺0.4-0.5、壳聚糖1-1.5、去离子水60-65。
所述的一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮，所述的粘结剂由以下重量份的原料制成：固含量为40-45%的水性氟碳乳液12-15、海藻酸钠4-5、纳米二氧化硅2-3、去离子水适量；其制备方法为：将海藻酸钠溶于适量的去离子水中，搅拌至其完全溶解即可，随后加入水性氟碳乳液、纳米二氧化硅，超声搅拌分散至物料完全混合分散均匀即得。
所述的一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮及其制备方法，其特在于，所述的制备方法为：
（1）先将CBN磨料、金刚石磨料投入氢氟酸溶液中浸泡预处理30-40min，随后过滤，水洗至中性，干燥备用；
（2）将聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯亚胺、纳米纤维素晶须投入去离子水中，搅拌至物料完全溶解后，加入步骤（1）得到的混合磨料，搅拌混合均匀，随后再投入除粘结剂外的其它剩余成分，搅拌混合30-40min后静置1-2h后备用；
（3）将步骤（2）所得物料在80-100℃条件下干燥处理，干燥后的物料破碎，过200-300目筛，将过筛的物料与粘结剂混合，搅拌混合均匀后将混合物料球磨分散20-30min，随后将物料装模、成型、脱模，得胚体砂轮，其中成型压力为40-50MPa，随后将胚体砂轮送入70-80℃的烘箱中干燥5-6h后以4-5℃/min的速率升温至230-250℃，保温4-5h后自然冷却至室温即得该超细粒度CBN砂轮。
本发明先利用氢氟酸对超细粒度的CBN磨料、金刚石磨料进行预处理，处理后的磨料表面规整、光滑，杂质含量减少，而且力学性能得到改善，其与粘结剂的粘接、浸润效果更佳，以聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯亚胺、纳米纤维素晶须等配制的溶液处理后的磨料形成均匀网状结构，提高粘结剂固化后的致密度，加入壳聚糖、锂基膨润土等原料后，磨料在溶液中形成不沉淀、絮凝的稳定体系，干燥后的粉体与粘结剂的粘结强度搞，不易溃散开裂，而以氟碳树脂作为粘结剂使得砂轮表面更为光洁，不易粘附废屑，易于清理；本发明制备的超细粒度CBN砂轮硬度极高，兼具良好的韧性，砂轮组织致密光洁，耐磨耐蚀，不易损伤，可应用于高精度的金属零件磨削用。
具体实施方式
该实施例的砂轮由以下重量份的原料制成：粒度≤5μm的CBN磨料30、粒度≤5μm的金刚石磨料14、纳米二氧化锆3、纳米纤维素晶须1、粘结剂2、锂基膨润土0.3、氢氟酸（浓度40%）适量、聚苯乙烯磺酸钠0.5、聚乙烯亚胺0.4、壳聚糖1、去离子水60。
其中的粘结剂由以下重量份的原料制成：固含量为40%的水性氟碳乳液12、海藻酸钠4、纳米二氧化硅2、去离子水适量；其制备方法为：将海藻酸钠溶于适量的去离子水中，搅拌至其完全溶解即可，随后加入水性氟碳乳液、纳米二氧化硅，超声搅拌分散至物料完全混合分散均匀即得。
该砂轮的制备方法为：
（1）先将CBN磨料、金刚石磨料投入氢氟酸溶液中浸泡预处理30min，随后过滤，水洗至中性，干燥备用；
（2）将聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯亚胺、纳米纤维素晶须投入去离子水中，搅拌至物料完全溶解后，加入步骤（1）得到的混合磨料，搅拌混合均匀，随后再投入除粘结剂外的其它剩余成分，搅拌混合30min后静置1h后备用；
（3）将步骤（2）所得物料在80℃条件下干燥处理，干燥后的物料破碎，过200目筛，将过筛的物料与粘结剂混合，搅拌混合均匀后将混合物料球磨分散20min，随后将物料装模、成型、脱模，得胚体砂轮，其中成型压力为40MPa，随后将胚体砂轮送入70℃的烘箱中干燥5h后以4℃/min的速率升温至230℃，保温4h后自然冷却至室温即得该超细粒度CBN砂轮。
实施例制备得到的砂轮性能指标如下：
测试中被磨削材料为工具钢，磨削方式为横向磨削，砂轮圆周速度：100m/s，工作台速度：0.05m/s，磨削深度：0.025mm。
本实施例制备的砂轮较传统的树脂CBN砂轮磨削比平均提高405%，平均修整间隔时间延长8倍，使用寿命延长10倍以上。经过60min的磨削，工件表面的粗糙度仅为0.04μm，工件表面无烧伤，最大磨削速度可达170m/s。
Claims (3)
1.一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮，其特征在于，该砂轮由以下重量份的原料制成：粒度≤5μm的CBN磨料30-40、粒度≤5μm的金刚石磨料14-16、纳米二氧化锆3-5、纳米纤维素晶须1-2、粘结剂2-3、锂基膨润土0.3-0.4、氢氟酸（浓度40%）适量、聚苯乙烯磺酸钠0.5-0.8、聚乙烯亚胺0.4-0.5、壳聚糖1-1.5、去离子水60-65。
2.如权利要求1所述的一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮，其特征在于，所述的粘结剂由以下重量份的原料制成：固含量为40-45%的水性氟碳乳液12-15、海藻酸钠4-5、纳米二氧化硅2-3、去离子水适量；其制备方法为：将海藻酸钠溶于适量的去离子水中，搅拌至其完全溶解即可，随后加入水性氟碳乳液、纳米二氧化硅，超声搅拌分散至物料完全混合分散均匀即得。
3.如权利要求1所述的一种含纳米纤维素晶须的高分散性超硬超细粒度CBN砂轮及其制备方法，其特在于，所述的制备方法为：
（1）先将CBN磨料、金刚石磨料投入氢氟酸溶液中浸泡预处理30-40min，随后过滤，水洗至中性，干燥备用；
（2）将聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯亚胺、纳米纤维素晶须投入去离子水中，搅拌至物料完全溶解后，加入步骤（1）得到的混合磨料，搅拌混合均匀，随后再投入除粘结剂外的其它剩余成分，搅拌混合30-40min后静置1-2h后备用；
（3）将步骤（2）所得物料在80-100℃条件下干燥处理，干燥后的物料破碎，过200-300目筛，将过筛的物料与粘结剂混合，搅拌混合均匀后将混合物料球磨分散20-30min，随后将物料装模、成型、脱模，得胚体砂轮，其中成型压力为40-50MPa，随后将胚体砂轮送入70-80℃的烘箱中干燥5-6h后以4-5℃/min的速率升温至230-250℃，保温4-5h后自然冷却至室温即得该超细粒度CBN砂轮。
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