CN105081992A - 一种陶瓷树脂复合结合剂和金刚石砂轮及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷树脂复合结合剂和金刚石砂轮及其制备工艺，陶瓷树脂复合结合剂由以下重量百分比的原料组成：陶瓷结合剂30~70%、树脂结合剂30~70%；陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅SiO₂35~45%、三氧化二铝Al₂O₃20~35%、氧化钙CaO15~25%、硫酸钡BaSO₄10~20%；树脂结合剂为酚醛树脂。复合结合剂金刚石砂轮由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层由金刚石磨料和上述陶瓷树脂复合结合剂制成，通过设定磨料层制备过程中的冷压成型、烧结工艺参数，得到的金刚石砂轮具有较高的强度和良好的自锐性，在对金刚石复合片的磨削过程中不需要修整，使加工出的金刚石复合片尺寸精度高，表面质量优良。

Description

一种陶瓷树脂复合结合剂和金刚石砂轮及其制备工艺

技术领域

本发明涉及金刚石复合片磨削用砂轮技术领域，尤其涉及一种陶瓷树脂复合结合剂和金刚石砂轮及其制备工艺。

背景技术

金刚石复合片是采用金刚石微粉与硬质合金基片在超高压高温条件下烧结而成的，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度和抗冲击韧性，广泛应用于切削刀具、钻井钻头和其他耐磨工具的制造。金刚石复合片在使用前需进行外圆加工、平面加工、倒角加工等工艺，目前外圆加工多采用无心磨削方式，平面加工和倒角加工则采用树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂金刚石砂轮进行。

陶瓷结合剂金刚石砂轮强度高，耐磨削热，使用寿命长，但由于金刚石复合片也具有较高硬度，因此在磨削时相对自锐性不好；树脂结合剂金刚石砂轮在对金刚石复合片的磨削过程中会产生较多热量，而选用的大部分树脂使用温度仅为200~800℃，因此树脂结合剂金刚石砂轮的耐高温性能差，但其自锐性好，磨削锋利，且散热效果好，不易烧刀。

陶瓷结合剂和树脂结合剂金刚石砂轮对金刚石复合片进行无心磨削、平面磨削和倒角磨削前均需进行修整，陶瓷结合剂金刚石砂轮一般采用树脂结合剂砂轮修整，树脂结合剂金刚石砂轮一般采用绿碳化硅砂轮或者软铁进行修整，该修整过程繁琐，在一定程度上降低了生产效率，且不佳的修整效果在使用时会对金刚石复合片的尺寸精度、表面质量造成不良影响，甚至导致金刚石复合片的废品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种寿命长、自锐性好、磨削锋利的陶瓷树脂复合结合剂金刚石砂轮及其制备工艺，所述复合结合剂金刚石砂轮能够对金刚石复合片进行耐高温磨削，且磨削前无需修整，使加工出的金刚石复合片尺寸精度高，表面质量优良。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于制备金刚石砂轮的陶瓷树脂复合结合剂，所述陶瓷树脂复合结合剂由以下重量百分比的原料组成：

陶瓷结合剂30~70%；

树脂结合剂30~70%；

所述陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅SiO₂35~45%；

三氧化二铝Al₂O₃20~35%；

氧化钙CaO15~25%；

硫酸钡BaSO₄10~20%；

所述树脂结合剂为酚醛树脂。

一种复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层由金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂制成，所述的陶瓷树脂复合结合剂由以下重量百分比的原料组成：

陶瓷结合剂30~70%；

树脂结合剂30~70%；

所述陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅SiO₂35~45%；

三氧化二铝Al₂O₃20~35%；

氧化钙CaO15~25%；

硫酸钡BaSO₄10~20%；

所述树脂结合剂为酚醛树脂。

一种复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在球磨机内混合1~2小时，混合均匀后通过100目筛网，得到磨料层混合料；

步骤二、将步骤一所得的磨料层混合料送入模具压制成型，在2~10Mpa的压力下冷压10~20min，取出得到砂轮块胚体；

步骤三、将步骤二得到的砂轮块胚体放入硬化烘箱内烧结处理，从常温开始，先以5~8℃/min的速率升温至600~700℃，保温100~120min，然后以1~3℃/min的速率升温至800~820℃，保温40~60min，冷却后得到砂轮块成品；

步骤四、将砂轮块成品通过胶黏剂粘接在砂轮基体上，进行修形修锐后得到复合结合剂金刚石砂轮。

所述金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为20~30%、70~80%。

所述砂轮基体为铝基体或钢基体。

所述酚醛树脂的粒径为5~15μm。

所述金刚石磨料的粒度为80/100~230/270。

所述的胶黏剂采用环氧树脂胶和金属胶的混合液。

本发明所述的陶瓷树脂复合结合剂，采用树脂结合剂作为填充剂，同陶瓷结合剂一起混合烧结，可在砂轮结构中起到站位作用，树脂在烧结后被碳化，在结构中形成空位和气孔，增加了陶瓷结合剂的气孔率，使砂轮容屑和排屑能力增强，锋利度增加。

本发明所述的复合结合剂金刚石砂轮，通过树脂结合剂和陶瓷结合剂的优化配比选取，以及冷压成型、烧结工艺参数的设定，制造成的金刚石砂轮具有较高的强度和良好的自锐性，在对金刚石复合片的磨削过程中不需要修整，且单次进刀0.05~0.3mm，最高磨削速度可达80~100m/s，实现高效加工。

附图说明

图1为本发明制备复合结合剂金刚石砂轮的工艺流程图。

具体实施方式

实施例一

一种陶瓷树脂复合结合剂，由重量百分比分别为30%的陶瓷结合剂和70%的树脂结合剂组成，其中陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅SiO₂35%、三氧化二铝Al₂O₃20%、氧化钙CaO25%、硫酸钡BaSO₄20%，树脂结合剂为粒径15μm的酚醛树脂。

本实施例提供的复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层原料为金刚石磨料和上述陶瓷树脂复合结合剂，金刚石磨料采用粒度为80/100的单晶金刚石，金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为20%和80%。

如图1所示，上述复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺包括以下步骤：

（1）混料：将上述重量百分比分别为20%和80%的金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在滚筒式球磨机内混合2小时，之后通过100目筛网三次，制成磨料层混合料；

（2）成型：选取上述制好的磨料层混合料均匀投入模具内，放入压机冷压，压制温度为常温，压力为2Mpa，保压20min后得到所需厚度的砂轮胚体；

（3）烧结：将上述砂轮胚体放入硬化烘箱内烧结，从常温开始，先以5℃/min的速率升温至600℃，保温120min，再以1℃/min的速率升温至800℃，保温40min，冷却后得到砂轮块成品；

（4）粘接：采用环氧树脂胶和金属胶的混合液将所得砂轮块成品粘接到砂轮基体上，进行修形修锐后即得复合结合剂金刚石砂轮，上述砂轮基体采用铝基体。

本实施例所得复合结合剂金刚石砂轮质地相对较软，磨削效率高，单次进刀0.3mm，平均使用寿命为20天。

实施例二

一种陶瓷树脂复合结合剂，由重量百分比分别为50%的陶瓷结合剂和50%的树脂结合剂组成，其中陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅SiO₂40%、三氧化二铝Al₂O₃25%、氧化钙CaO20%、硫酸钡BaSO₄15%，树脂结合剂为粒径10μm的酚醛树脂。

本实施例提供的复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层原料为金刚石磨料和上述陶瓷树脂复合结合剂，金刚石磨料采用粒度为140/170的单晶金刚石，金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为25%和75%。

如图1所示，上述复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺包括以下步骤：

（1）混料：将上述重量百分比分别为25%和75%的金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在滚筒式球磨机内混合2小时，之后通过100目筛网三次，制成磨料层混合料；

（2）成型：选取上述制好的磨料层混合料均匀投入模具内，放入压机冷压，压制温度为常温，压力为5Mpa，保压15min后得到所需厚度的砂轮胚体；

（3）烧结：将上述砂轮胚体放入硬化烘箱内烧结，从常温开始，先以6℃/min的速率升温至650℃，保温110min，再以2℃/min的速率升温至810℃，保温50min，冷却后得到砂轮块成品；

（4）粘接：采用环氧树脂胶和金属胶的混合液将所得砂轮块成品粘接到砂轮基体上，进行修形修锐后即得复合结合剂金刚石砂轮，上述砂轮基体采用铝基体。

本实施例所得复合结合剂金刚石砂轮为中硬质地，磨削效率中等，单次进刀0.2mm，平均使用寿命为30天。

实施例三

一种陶瓷树脂复合结合剂，由重量百分比分别为70%的陶瓷结合剂和30%的树脂结合剂组成，其中陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅SiO₂45%、三氧化二铝Al₂O₃30%、氧化钙CaO15%、硫酸钡BaSO₄10%，树脂结合剂为粒径5μm的酚醛树脂。

本实施例提供的复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层原料为金刚石磨料和上述陶瓷树脂复合结合剂，金刚石磨料采用粒度为230/270的单晶金刚石，金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为30%和70%。

如图1所示，上述复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺包括以下步骤：

（1）混料：将上述重量百分比分别为30%和70%的金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在滚筒式球磨机内混合2小时，之后通过100目筛网三次，制成磨料层混合料；

（2）成型：选取上述制好的磨料层混合料均匀投入模具内，放入压机冷压，压制温度为常温，压力为10Mpa，保压10min后得到所需厚度的砂轮胚体；

（3）烧结：将上述砂轮胚体放入硬化烘箱内烧结，从常温开始，先以8℃/min的速率升温至700℃，保温100min，再以3℃/min的速率升温至820℃，保温60min，冷却后得到砂轮块成品；

（4）粘接：采用环氧树脂胶和金属胶的混合液将所得砂轮块成品粘接到砂轮基体上，进行修形修锐后即得复合结合剂金刚石砂轮，上述砂轮基体采用铝基体。

本实施例所得复合结合剂金刚石砂轮质地相对较硬，磨削效率低，单次进刀0.05mm，平均使用寿命为45天。

实施例四

一种陶瓷树脂复合结合剂，由重量百分比分别为60%的陶瓷结合剂和40%的树脂结合剂组成，其中陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：二氧化硅SiO₂35%、三氧化二铝Al₂O₃35%、氧化钙CaO15%、硫酸钡BaSO₄15%，树脂结合剂为粒径15μm的酚醛树脂。

本实施例提供的复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，磨料层原料为金刚石磨料和上述陶瓷树脂复合结合剂，金刚石磨料采用粒度为170/200的单晶金刚石，金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为30%和70%。

如图1所示，上述复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺包括以下步骤：

（1）混料：将上述重量百分比分别为30%和70%的金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在滚筒式球磨机内混合2小时，之后通过100目筛网三次，制成磨料层混合料；

（2）成型：选取上述制好的磨料层混合料均匀投入模具内，放入压机冷压，压制温度为常温，压力为8Mpa，保压15min后得到所需厚度的砂轮胚体；

（3）烧结：将上述砂轮胚体放入硬化烘箱内烧结，从常温开始，先以7℃/min的速率升温至650℃，保温120min，再以2℃/min的速率升温至820℃，保温45min，冷却后得到砂轮块成品；

（4）粘接：采用环氧树脂胶和金属胶的混合液将所得砂轮块成品粘接到砂轮基体上，进行修形修锐后即得复合结合剂金刚石砂轮，上述砂轮基体采用铝基体。

本实施例所得复合结合剂金刚石砂轮质地相对较硬，磨削效率低，单次进刀0.1mm，平均使用寿命为40天。

Claims (8)

1.一种用于制备金刚石砂轮的陶瓷树脂复合结合剂，其特征在于，所述陶瓷树脂复合结合剂由以下重量百分比的原料组成：

陶瓷结合剂30~70%；

树脂结合剂30~70%；

所述陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅SiO₂35~45%；

三氧化二铝Al₂O₃20~35%；

氧化钙CaO15~25%；

硫酸钡BaSO₄10~20%；

所述树脂结合剂为酚醛树脂。

2.一种复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，其特征在于：磨料层由金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂制成，所述的陶瓷树脂复合结合剂由以下重量百分比的原料组成：

陶瓷结合剂30~70%；

树脂结合剂30~70%；

所述陶瓷结合剂由以下重量百分比的原料组成：

二氧化硅SiO₂35~45%；

三氧化二铝Al₂O₃20~35%；

氧化钙CaO15~25%；

硫酸钡BaSO₄10~20%；

所述树脂结合剂为酚醛树脂。

3.一种如权利要求2所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将金刚石磨料与陶瓷树脂复合结合剂在球磨机内混合1~2小时，混合均匀后通过100目筛网，得到磨料层混合料；

步骤二、将步骤一所得的磨料层混合料送入模具压制成型，在2~10Mpa的压力下冷压10~20min，取出得到砂轮块胚体；

步骤三、将步骤二得到的砂轮块胚体放入硬化烘箱内烧结处理，从常温开始，先以5~8℃/min的速率升温至600~700℃，保温100~120min，然后以1~3℃/min的速率升温至800~820℃，保温40~60min，冷却后得到砂轮块成品；

步骤四、将砂轮块成品通过胶黏剂粘接在砂轮基体上，进行修形修锐后得到复合结合剂金刚石砂轮。

4.如权利要求3所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于：所述金刚石磨料和陶瓷树脂复合结合剂的重量百分比分别为20~30%、70~80%。

5.如权利要求4所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于：所述砂轮基体为铝基体或钢基体。

6.如权利要求5所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于：所述酚醛树脂的粒径为5~15μm。

7.如权利要求6所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于：所述金刚石磨料的粒度为80/100~230/270。

8.如权利要求7所述的复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺，其特征在于：所述的胶黏剂采用环氧树脂胶和金属胶的混合液。