CN105108665B

CN105108665B - 一种陶瓷结合剂磨盘及其制备方法

Info

Publication number: CN105108665B
Application number: CN201510592772.3A
Authority: CN
Inventors: 时丹; 涂俊群; 叶安定
Original assignee: Suzhou Saili Precision Tools Co Ltd
Current assignee: Suzhou Saili Precision Tools Co Ltd
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: CN105108665A

Abstract

本发明公开了一种陶瓷结合剂磨盘及其制备方法。具体而言，本发明中陶瓷结合剂磨盘的制备方法包括下列步骤：1）成型料的制备；2）低温热压成型；和3）后处理及粘结。采用热压成型方法，将陶瓷结合剂、填料与磨料混合均匀后的成型料直接热压成扇环形结块，无需干燥、高温烧结即可直接粘结到基体上，制备工艺简单，生产周期短，能耗低，成品率高，所拼装的结块间没有缝隙，对加工工件尺寸也没有限制。另外，拼装时采用扇环形结块，比采用传统的小规格圆形或六边形结块更加快捷，节省了劳动力。

Description

一种陶瓷结合剂磨盘及其制备方法

技术领域

本发明属于磨具加工技术领域，涉及一种陶瓷结合剂磨盘及其制备方法。

背景技术

陶瓷结合剂磨盘由于磨削能力强、形状保持性好、磨盘自锐性好，在加工高速钢、不锈钢、耐热钢、高温合金等难加工材料方面具有一系列显著的优越性。目前，陶瓷结合剂磨盘的制备工艺是将陶瓷结合剂、磨料、临时粘结剂等材料混合均匀后，冷压成小规格的圆形或六边形生坯，生坯干燥后在高温下（通常为700~900℃）烧结，烧结后利用粘结剂粘结到基体上而制得。

然而，此种制备方法存在以下弊端：1）成型工艺繁琐，生产周期长；2）生坯烧结过程中易变形、开裂，成品率低；3）由于高温烧结过程中的热胀冷缩问题，使得结块的尺寸受限；4）由于结块间缝隙的缘故，使得加工工件的适用范围受限，难以实现大小工件通用。因此，亟需开发一种新颖的陶瓷结合剂磨盘的制备方法来克服上述技术问题。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种陶瓷结合剂磨盘的制备方法，该方法包括下列步骤：

1）成型料的制备：按照磨料:陶瓷结合剂:填料=1~3:3~6:0.5~2的重量比，将磨料、陶瓷结合剂和填料混合1~2小时，混合完毕后于80~120℃干燥2~4小时，冷却至室温后过筛，得到成型料；

2）热压成型：根据所需的形状（规则扇环形或不规则扇环形）和尺寸（外弧和内弧的长度以及弧间距）选择扇环形模具，将步骤1）中获得的成型料装入扇环形模具后进行热压成型，得到扇环形结块，其中所述热压成型的温度为210~250℃，压强为130~160 MPa，时间为30~60分钟；和

3）后处理及粘结：将步骤2）中获得的扇环形结块的表面进行粗糙化处理并加以清洗，于60℃干燥后通过粘结剂将扇环形结块粘结在基体上，室温下固化18~24小时，即得陶瓷结合剂磨盘。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述磨料、陶瓷结合剂、填料之间的重量比为1.5:3.15:1.15。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述磨料为立方氮化硼（cBN），粒度为40~230目，优选80~170目。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述陶瓷结合剂为在200~280℃成型温度下使用的热固型陶瓷结合剂。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述填料选自铜粉、镍粉、铁粉、锡粉、钴粉、银粉、铜锡合金、氧化锌、氧化镁、氧化铁中的任意一种或其任意比例的混合物，优选铜粉或其与氧化镁的混合物。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述混合在三维混料机中进行。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述干燥在真空干燥箱中进行。

优选的，在上述制备方法中，步骤1）中所述筛的目数为60~80目。

优选的，在上述制备方法中，步骤2）中所述热压成型在热压机中进行。

优选的，在上述制备方法中，步骤2）中所述热压成型的温度为220~230℃，压强为140~150 MPa，时间为40~50分钟。

优选的，在上述制备方法中，步骤3）中所述粗糙化处理通过喷砂工艺来完成。

优选的，在上述制备方法中，步骤3）中所述清洗采用超声波清洗的方式来完成，清洗时间为20分钟。

优选的，在上述制备方法中，步骤3）中所述干燥在烘箱中进行。

优选的，在上述制备方法中，步骤3）中所述粘结剂选自环氧AB胶、504胶、托马斯胶中的任意一种或其任意比例的混合物，优选504胶。

优选的，在上述制备方法中，步骤3）中所述基体选自钢基体、铝合金基体、铸铁基体中的任意一种，优选钢基体。

在一项优选的实施方案中，步骤1）中所述磨料预先经过表面处理，所述表面处理包括下列步骤：

A）将磨料加入到0.3~0.7 g/ml的碱溶液中，于60~80℃搅拌15~30分钟，弃去液体后将磨料洗至中性，于100~120℃干燥1~2小时，过筛，备用；

B）将陶瓷结合剂溶解在0.05~0.1 g/ml的碱溶液中，得到陶瓷结合剂的碱性水溶液；

C）将步骤A）中得到的过筛后的磨料置于包衣机中并使翻滚，同时一边向磨料中喷洒步骤B）中得到的陶瓷结合剂的碱性水溶液，一边采用红外灯进行干燥，以便使磨料的表面均匀地包裹一层陶瓷结合剂，得到包裹陶瓷结合剂的磨料，其中磨料与陶瓷结合剂的重量比为50~100:1；和

D）将步骤C）中得到的包裹陶瓷结合剂的磨料于90~100℃干燥1~2小时，过筛，即得。

优选的，步骤A）和B）中所述碱溶液为氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液，优选氢氧化钾水溶液。

优选的，步骤C）中所述磨料与陶瓷结合剂的重量比为50:1。

优选的，步骤A）和D）中所述干燥在烘箱中进行。

优选的，步骤A）和D）中所述筛的目数相同，均为60~80目。

此外，本发明还提供了根据上述制备方法制备的陶瓷结合剂磨盘。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）采用热压成型方法，将陶瓷结合剂、填料与磨料混合均匀后的成型料直接热压成较大的扇环形结块，热压后的结块无需干燥、高温烧结，即可直接粘结到基体上；

（2）本发明的制备方法工艺简单，生产周期短，热压成型工艺所需的温度低，成品率高，所拼装的结块间没有缝隙，对加工工件尺寸也没有限制；

（3）本发明采用扇环形结块，拼装时比采用传统成型方法制得的小规格圆形或六边形结块更加快捷，节省了劳动力。

附图说明

图1显示了通过本发明的制备方法制备的扇环形结块的示意图。

图2显示了通过本发明的制备方法制备的陶瓷结合剂磨盘的示意图，其中1代表扇环形结块，2代表磨盘基体。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明做出进一步的说明。

材料：cBN（工业级，富耐克超硬材料股份有限公司）；氢氧化钾（分析纯，天津市致远化学试剂有限公司）；超低温陶瓷结合剂（西安宇朗陶瓷新材料有限公司）；铜粉（纯度≥99.5%，长沙金瑞新材料股份有限公司）；氧化镁（化学纯，广州化学试剂厂）；KD-504A（浙江慈溪天东胶黏剂厂有限公司）。

仪器：烘箱（上海精宏实验设备有限公司）；不锈钢包衣机（BY-300A，上海黄海药检）；红外干燥灯（OSRAM 375W）；三维混料机（苏州腾龙机械有限公司）；真空干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；扇环形模具（自制）；热压机（海门金马橡塑机械科技有限公司）；超声波清洗仪（昆山市超声仪器有限公司）。

实施例一：低温热压成型的陶瓷结合剂cBN磨盘的制备。

（1）磨料的表面处理：将作为磨料的cBN（1.5 kg，粒度为140~170目）加入到0.3 g/ml的氢氧化钾水溶液（1500 ml）中，于80℃搅拌30 min，弃去液体后将磨料洗至中性，在烘箱中于120℃干燥2 h，干燥后的磨料过80目筛，备用；

将超低温陶瓷结合剂（30 g）溶解在0.05 g/ml的氢氧化钾水溶液（200 ml）中，得到结合剂的碱性水溶液；

将过筛后的磨料置于不锈钢包衣机中，使其匀速翻滚，同时一边向磨料中喷洒上述陶瓷结合剂的碱性水溶液，一边采用红外灯进行干燥，以便使磨料的表面均匀地包裹一层陶瓷结合剂，得到包裹陶瓷结合剂的磨料，其中磨料与陶瓷结合剂的重量比为50:1；

将包裹陶瓷结合剂的磨料置于烘箱中，于100℃干燥2 h，干燥后的磨料过80目筛，得到表面处理磨料。

（2）成型料的制备：称取超低温陶瓷结合剂（3.15 kg），并向其中加入作为填料的铜粉（1.15 kg，粒径为8~10 μm），将混合物在三维混料机中混合2 h，过100目筛，得到混合均匀的结合剂料；将步骤（1）中获得的表面处理磨料（1.5 kg）加入到上述结合剂料中，初步混合后加入到三维混料机中再混合1.5 h，然后在真空干燥箱中于120℃干燥3 h，自然冷却至室温后过80目筛，得到成型料。

（3）热压成型：将步骤（2）中获得的成型料装入自制的规则扇环形模具中，然后将扇环形模具放在热压机上进行低温热压成型，得到如图1所示的扇环形结块，其中热压成型的温度为220℃，压强为140 MPa，时间为50 min。

（4）后处理及粘结：通过喷砂工艺使步骤（3）中获得的扇环形结块的表面粗糙化，并放在超声波清洗器中清洗20 min，然后将扇环形结块置于烘箱中，于60℃干燥，最后采用胶粘剂KD-504A将干燥后的扇环形结块粘结到钢基体上，室温下固化24 h，即得陶瓷结合剂cBN磨盘。

实施例二：低温热压成型的陶瓷结合剂cBN磨盘的制备。

（1）磨料的表面处理：将作为磨料的cBN（1.5 kg，粒度为140~170目）加入到0.3 g/ml的氢氧化钾水溶液（200 ml）中，于80℃搅拌30 min，弃去液体后将磨料洗至中性，在烘箱中于120℃干燥2 h，干燥后的磨料过80目筛，备用；

（3）热压成型：将步骤（2）中获得的成型料装入自制的不规则扇环形模具中，然后将扇环形模具放在热压机上进行低温热压成型，得到扇环形结块，其中热压成型的温度为230℃，压强为150 MPa，时间为40 min。

（4）后处理及粘结：通过喷砂工艺使步骤（3）中获得的扇环形结块的表面粗糙化，并放在超声波清洗器中清洗20 min，然后将扇环形结块置于烘箱中，于60℃干燥，最后采用胶粘剂KD-504A将干燥后的扇环形结块粘结到钢基体上，室温下固化24 h，得到如图2所示的陶瓷结合剂cBN磨盘。

实施例三：低温热压成型的陶瓷结合剂cBN磨盘的制备。

（1）磨料的表面处理：将作为磨料的cBN（1.5 kg，粒度为80~100目）加入到0.4 g/ml的氢氧化钾水溶液（200 ml）中，于80℃搅拌30 min，弃去液体后将磨料洗至中性，在烘箱中于120℃干燥2 h，干燥后的磨料过60目筛，备用；

将超低温陶瓷结合剂（20 g）溶解在0.05 g/ml的氢氧化钾水溶液（200 ml）中，得到结合剂的碱性水溶液；

将过筛后的磨料置于不锈钢包衣机中，使其匀速翻滚，同时一边向磨料中喷洒陶瓷结合剂的碱性水溶液，一边采用红外灯进行干燥，以便使磨料的表面均匀地包裹一层陶瓷结合剂，得到包裹陶瓷结合剂的磨料，其中磨料与陶瓷结合剂的重量比为75:1；

将包裹陶瓷结合剂的磨料置于烘箱中，于100℃干燥2 h，干燥后的磨料过60目筛，得到表面处理磨料。

（2）成型料的制备：称取超低温陶瓷结合剂（3.15 kg），并向其中加入作为填料的铜粉（0.69 kg，粒径为8~10 μm）和氧化镁（0.19 kg）的混合粉末，将混合物在三维混料机中混合2 h，过100目筛，得到混合均匀的结合剂料；将步骤（1）中获得的表面处理磨料（1.5kg）加入到上述结合剂料中，初步混合后加入到三维混料机中再混合1.5 h，然后在真空干燥箱中于120℃干燥3 h，自然冷却至室温后过60目筛，得到成型料。

（3）热压成型：将步骤（2）中获得的成型料装入自制的扇环形模具中，然后将扇环形模具放在热压机上进行低温热压成型，得到扇环形结块，其中热压成型的温度为230℃，压强为150 MPa，时间为40 min。

（4）后处理及粘结：通过喷砂工艺使步骤（3）中获得的扇环形结块的表面粗糙化，并放在超声波清洗器中清洗20 min，然后将扇环形结块置于烘箱中，于60℃干燥，最后采用胶粘剂KD-504A将干燥后的扇环形结块粘结到钢基体上，室温下固化20 h，得到陶瓷结合剂cBN磨盘。

Claims

1.一种陶瓷结合剂磨盘的制备方法，其包括下列步骤：

1）对磨料进行表面处理，所述表面处理包括下列步骤：

D）将步骤C）中得到的包裹陶瓷结合剂的磨料于90~100℃干燥1~2小时，过筛；

2）成型料的制备：按照磨料:陶瓷结合剂:填料=1~3:3~6:0.5~2的重量比，将磨料、陶瓷结合剂和填料混合1~2小时，混合完毕后于80~120℃干燥2~4小时，冷却至室温后过筛，得到成型料；

3）热压成型：根据所需的形状和尺寸选择扇环形模具，将步骤2）中获得的成型料装入扇环形模具后进行热压成型，得到扇环形结块，其中所述热压成型的温度为210~250℃，压强为130~160 MPa，时间为30~60分钟；和

4）后处理及粘结：将步骤3）中获得的扇环形结块的表面进行粗糙化处理并加以清洗，于60℃干燥后通过粘结剂将扇环形结块粘结在基体上，室温下固化18~24小时，即得陶瓷结合剂磨盘。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤2）中所述磨料、陶瓷结合剂、填料之间的重量比为1.5:3.15:1.15。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤2）中所述磨料为立方氮化硼，粒度为40~230目；

步骤2）中所述陶瓷结合剂为在200~280℃成型温度下使用的热固型陶瓷结合剂；

步骤2）中所述填料选自铜粉、镍粉、铁粉、锡粉、钴粉、银粉、铜锡合金、氧化锌、氧化镁、氧化铁中的任意一种或其任意比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤2）中所述混合在三维混料机中进行；

步骤2）中所述干燥在真空干燥箱中进行；

步骤2）中所述筛的目数为60~80目。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤3）中所述热压成型在热压机中进行；

步骤3）中所述热压成型的温度为220~230℃，压强为140~150 MPa，时间为40~50分钟。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤4）中所述粗糙化处理通过喷砂工艺来完成；

步骤4）中所述清洗采用超声波清洗的方式来完成，清洗时间为20分钟；

步骤4）中所述干燥在烘箱中进行。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤4）中所述粘结剂选自环氧AB胶、504胶、托马斯胶中的任意一种或其任意比例的混合物；

步骤4）中所述基体选自钢基体、铝合金基体、铸铁基体中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤A）和B）中所述碱溶液为氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液；

步骤C）中所述磨料与陶瓷结合剂的重量比为50:1；

步骤A）和D）中所述干燥在烘箱中进行；

步骤A）和D）中所述筛的目数相同，均为60~80目。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备的陶瓷结合剂磨盘。