CN105538174B

CN105538174B - 一种砂轮块及其制备方法，抛光砂轮

Info

Publication number: CN105538174B
Application number: CN201510886023.1A
Authority: CN
Inventors: 叶腾飞; 惠珍
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: CN105538174A

Abstract

本发明公开了一种砂轮块及其制备方法，抛光砂轮。该砂轮块由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料16～22％，酚醛树脂15～22％，聚乙烯醇缩丁醛树脂15～22％，氧化铈31～49％，铜粉3～7％。本发明提供的砂轮块，以酚醛树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂组成的混合物为结合剂，氧化铈为抛光优化组分，与金刚石磨料共同作用可提高抛光效率和表面光洁度；铜粉组分起到增韧作用，改善磨削性能；酚醛树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂的复配，使砂轮结合剂兼顾强度和韧性，在对氧化锆陶瓷进行磨削时候，能够缓冲由于阻塞和表面接触产生的力，达到很好的抛光作用，适用于高表面光洁度材料的加工。

Description

一种砂轮块及其制备方法，抛光砂轮

技术领域

本发明属于机械加工中的超硬材料及制品领域，具体涉及一种砂轮块及其制备方法，抛光砂轮。

背景技术

氧化锆(ZrO₂)是一种具有优良机械性能、热学性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、离子传导性能、光学性能等的新型陶瓷材料。ZrO₂的相对密度为5.65g/cm³，熔点为2715℃；ZrO₂陶瓷材料的强度可达650Mpa，弹性模量可达283Gpa，显微硬度可达13.2Gpa，具有硬度、韧性和抗弯强度高，光学性能、耐磨性和隔热性能好的特点。由于热膨胀系数接近于金属材料，氧化锆陶瓷被广泛应用于结构陶瓷。除作为饰品外，氧化锆陶瓷还是重要的光学材料、轴承材料，目前广泛应用于拉丝和挤压模具、切削工具、球磨机等设备的耐磨损零件、高尔夫球的轻击型球棒、活塞发动机零部件，甚至日常用的切菜刀具等。从日常生活到高精密机械零部件，氧化锆陶瓷的应用前景极其广阔。

在高精密机械零件的喷嘴、阀门等的应用上，对氧化锆陶瓷的表面光洁度要求很高。一般要求其光洁度达到Ra0.1，一些光学零部件要求达到光洁度Ra0.1以下的镜面效果；机械轴承、多晶氧化锆宝石经过精密磨削抛光，其光洁度可以达到Ra0.05以下的效果。因此氧化锆陶瓷经过成型后的磨削抛光达到一定的光洁度，是氧化锆陶瓷应用的一个必要条件。

目前氧化锆陶瓷材料要达到Ra0.1以下的光洁度，一般的加工方式为用砂轮进行第一道粗磨削，达到Ra0.2的光洁度后，再用柔性抛光布、抛光带或者研磨液进行研磨抛光，从而达到Ra0.1以下的光洁度。现有技术对氧化锆类结构陶瓷的抛光往往需要两道甚至三道工序，每道工序的设备和加工环境不同，导致加工效率低，且表面光洁度一致性不好。开发一种应用于氧化锆类结构陶瓷，实现一道工序磨削达到高表面光洁度要求的抛光砂轮具有重要意义。

CN103009273A公开了一种金字塔研磨盘，其包括重量比60～80％的金刚石微粉，余量为非金刚石纳米级抛光材料，其中非金刚石纳米级抛光材料为氧化铝、氧化铈、碳化硅中的一种或几种与树脂的混合物，金刚石微粉和非金刚石纳米级抛光材料的目数为600～5000目；该研磨盘具有高的切削效率和优良的耐磨性，可以对宝石、硅片、晶片等材料进行精磨，但对磨削结果的表面光洁度没有研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种砂轮块，从而可以直接对氧化锆类陶瓷进行磨削，实现一道工序达到表面光洁度Ra0.1～Ra0.02的镜面以下效果，且抛光表面一致性效果优于现有柔性抛光工艺。

本发明的第二个目的是提供上述砂轮块的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种抛光砂轮。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料16～22％，酚醛树脂15～22％，聚乙烯醇缩丁醛树脂15～22％，氧化铈31～49％，铜粉3～7％。

本发明提供砂轮块，以酚醛树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂组成的混合物为结合剂，酚醛树脂具有较高的强度，抗拉强度达到90～110MPa，能够很好的把持磨料，对氧化锆陶瓷材料进行很好的切削；聚乙烯醇缩丁醛树脂具有一定的强度，与酚醛树脂复配可以改善酚醛树脂的脆性，增强其挠曲性和韧性，在砂轮对氧化锆陶瓷进行磨削时候，能够缓冲由于阻塞和表面接触产生的力，达到很好的抛光作用，使砂轮适用于高表面光洁度材料的加工。金刚石磨料，具有较高的磨削效率；氧化铈为抛光优化组分，与金刚石磨料共同作用可提高抛光效率和表面光洁度；铜组分起到增韧作用，改善磨削性能；上述组分的协同作用，可实现对氧化锆类陶瓷材料进行高效率的抛光，且抛光一致性好。

优选的酚醛树脂与聚乙烯醇缩丁醛树脂的体积比为1:1。

本发明提供的上述砂轮块的制备方法，包括以下步骤：

1)将金刚石磨料、酚醛树脂粉、聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、氧化铈粉和铜粉混合均匀，压制成型，得到成型品；

2)将步骤1)所得成型品烧结固化，即得。

步骤1)中，所述金刚石磨料为单晶金刚石磨料。金刚石磨料的粒度为600#～2000#。优选的，金刚石磨料的粒度为1500#～2000#。

步骤1)中，氧化铈粉的微观结构为无规则结构、四边形结构或发散线团结构。优选的，氧化铈粉的微观结构为四边形结构或发散线团结构。进一步优选的，氧化铈粉的微观结构为发散线团结构。上述不同微观结构的氧化铈粉为现有技术，无规则结构氧化铈可购自赣州市广利高新技术材料有限公司，四边形结构氧化铈可购自乐山沃耐稀电子材料有限公司，发散线团结构氧化铈可购自子美国际贸易上海有限公司。

步骤1)中，所述酚醛树脂粉的粒径为30～60μm，聚乙烯醇缩丁醛树脂粉的粒径为30～60μm，氧化铈粉的粒径为5～10μm，铜粉的粒径为5～10μm。

步骤1)中，所述压制成型的温度为150～160℃，压力为1～5Mpa。

步骤2)中，所述烧结固化的温度为150～160℃下，保温时间为110～130min。将成型的砂轮块在烘箱中进行烧结硬化，在150～160℃下，保温110～130min，固化过程即可完成。

本发明提供的砂轮块的制备方法，各组分通过混匀、压制成型和固化过程制成，可制作成能够匹配与氧化锆陶瓷材料不同光洁度要求的砂轮块，能够高效的对氧化锆陶瓷材料进行抛光，且抛光一致性好；该制备方法各原料易得，制备工艺简单，适合大规模推广应用。

一种抛光砂轮，包括磨料层和砂轮基体，所述磨料层为上述砂轮块。

优选的，所述砂轮基体为橡胶基体。橡胶基体的直径、厚度、孔径可根据所用的机床和现象磨削需求进行选择。优选的，橡胶基体的直径为50～350mm，厚度为5～40mm，孔径为8～203mm。

所述砂轮块通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上。

本发明提供的抛光砂轮，橡胶基体具有弹性，相对于氧化锆陶瓷材料磨削时具有一定的延展性；同时橡胶基体弹性模量低，在磨削时有一定的弹性变形，可以缓冲磨削力，能够在砂轮磨削过程中，支撑砂轮进行磨削抛光，提高加工表面光洁度。橡胶基体与上述磨料层的合理搭配，对于氧化锆陶瓷的镜面抛光具有很好的促进作用，可以避免使用高硬度高强度的钢基体或者铝基体在表面光洁度要求高的加工过程中出现的不匹配现象。

该抛光砂轮可应用于氧化锆陶瓷的外圆磨或者平面磨抛光，砂轮可制作成1A1型，6A1型、9A1型，3A1型，14A1型等平型结构砂轮，可以直接对氧化锆类陶瓷进行磨削，实现一道工序达到表面光洁度Ra0.1～Ra0.02的镜面以下效果，且抛光表面一致性效果优于现有柔性抛光工艺。

附图说明

图1为微观结构是无规则结构的氧化铈粉的扫描电镜图；

图2为微观结构是四边形结构的氧化铈粉的扫描电镜图；

图3为微观结构是发散线团结构的氧化铈粉的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。各实施例中，无规则结构氧化铈购自赣州市广利高新技术材料有限公司，四边形结构氧化铈购自乐山沃耐稀电子材料有限公司，发散线团结构氧化铈购自子美国际贸易上海有限公司。

实施例1

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料20％，酚醛树脂20％，聚乙烯醇缩丁醛树脂20％，氧化铈37％，铜粉3％。

本实施例砂轮块的制备方法，包括以下步骤：

1)将600#金刚石磨料、30-60μm酚醛树脂粉、30-60μm聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、5-10μm氧化铈粉和6-10μm铜粉在三维滚筒式混料机中混合均匀，过筛，在热压机上以160℃、2MPa压制30分钟，得到成型品；所述氧化铈粉的微观结构为无规则结构，其结构如图1所示；

2)将步骤1)所得成型品放入硬化烘箱中进行固化，在150℃下，保温130min，即得。

本实施例的抛光砂轮，包括砂轮基体和磨料层，所述磨料层为上述砂轮块，所述砂轮基体为橡胶基体。将砂轮块用环氧树脂胶粘接到相应尺寸的橡胶基体上，经外圆磨床修型、修锐，即得。

本实施例的抛光砂轮可用于加工光洁度要求为Ra0.2的氧化锆陶瓷材料。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.19-0.22。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例2

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料22％，酚醛树脂22％，聚乙烯醇缩丁醛树脂22％，氧化铈31％，铜粉3％。

本实施例砂轮块的制备方法，与实施例1相同。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.15-0.24。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例3

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料18％，酚醛树脂18％，聚乙烯醇缩丁醛树脂18％，氧化铈42％，铜粉4％。

本实施例的砂轮块的制备方法，包括以下步骤：

1)将1000#金刚石磨料、30-40μm酚醛树脂粉、30-60μm聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、6-10μm氧化铈粉和6-10μm铜粉在三维滚筒式混料机中混合均匀，过筛，在热压机上以150℃、3MPa压制30分钟，得到成型品；所述氧化铈粉的微观结构为四边形结构，其结构如图2所示；

2)将步骤1)所得成型品放入硬化烘箱中进行固化，在160℃下，保温110min，即得。

本实施例的抛光砂轮可用于加工光洁度要求为Ra0.1的氧化锆陶瓷材料。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.11-0.15。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例4

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料17％，酚醛树脂15％，聚乙烯醇缩丁醛树脂15％，氧化铈49％，铜粉4％。

本实施例的砂轮块的制备方法，与实施例3相同。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.10-0.14。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例5

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料18％，酚醛树脂21％，聚乙烯醇缩丁醛树脂21％，氧化铈35％，铜粉5％。

本实施例的砂轮块的制备方法，包括以下步骤：

1)将1500#金刚石磨料、30-60μm酚醛树脂粉、30-60μm聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、4-7μm氧化铈粉和4-8μm铜粉在三维滚筒式混料机中混合均匀，过筛，在热压机上以150℃、4MPa压制30分钟，得到成型品；所述氧化铈粉的微观结构为发散线团结构，其结构如图3所示；

2)将步骤1)所得成型品放入硬化烘箱中进行固化，在150℃下，保温120min，即得。

本实施例的抛光砂轮可用于加工光洁度要求为Ra0.05的氧化锆陶瓷材料。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.04-0.05。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例6

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料19％，酚醛树脂19％，聚乙烯醇缩丁醛树脂19％，氧化铈38％，铜粉5％。

本实施例砂轮块的制备方法，与实施例5相同。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.03-0.05。对于氧化锆陶瓷的表面磨削一致性的检测，在XTL-3400显微镜下检测表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例7

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料20％，酚醛树脂17％，聚乙烯醇缩丁醛树脂17％，氧化铈40％，铜粉6％。

本实施例砂轮块的制备方法，包括以下步骤：

1)将2000#金刚石磨料、30μm酚醛树脂粉、30μm聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、5μm氧化铈粉和5μm铜粉在三维滚筒式混料机中混合均匀，过筛，在热压机上以150℃、5MPa压制30分钟，得到成型品；所述氧化铈粉的微观结构为发散线团结构，其结构如图3所示；

本实施例的抛光砂轮可用于加工光洁度要求为Ra0.02的氧化锆陶瓷材料。

经过在M7120平面磨床上对氧化锆陶瓷板进行磨削加工，按照每次进刀0.02mm/s的进刀速度，以TR240便携式粗糙度仪进行测量，粗糙度平均数值为Ra0.01-0.02。在XTL-3400显微镜下检测氧化锆陶瓷的表面磨削一致性，结果表明其表面纹路方向一致，顺刀纹间隔距离均匀。

实施例8

本实施例的砂轮块，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料16％，酚醛树脂16％，聚乙烯醇缩丁醛树脂16％，氧化铈45％，铜粉7％。

本实施例砂轮块的制备方法，与实施例7相同。

试验例

本试验例对实施例1～8的抛光表面一致性进行检测，结果如表1所示。

表1 各实施例抛光砂轮对氧化锆陶瓷材料抛光表面一致性的检测结果

由表1的试验结果可知，对同一个氧化锆陶瓷材料进行磨削，之后对磨削面各点测量其光洁度，可以看出，数据一致性好，表面磨削效果一致。

图1～图3为不同微观结构的氧化铈粉扫描电镜图。图1中，氧化铈粉的微观结构为无规则结构；图2中，氧化铈粉的微观结构为四边形结构；图3中，氧化铈粉的微观结构为发散线团结构。图1的氧化铈粉优选用于制造氧化锆陶瓷加工光洁度要求为Ra0.2的抛光砂轮。图2的氧化铈粉优选用于制造氧化锆陶瓷加工光洁度要求为Ra0.1的抛光砂轮。图3的氧化铈粉优选用于制造氧化锆陶瓷加工光洁度要求为Ra0.02～Ra0.05的抛光砂轮。

Claims

1.一种砂轮块，其特征在于，由以下体积百分比的组分组成：金刚石磨料16～22%，酚醛树脂15～22%，聚乙烯醇缩丁醛树脂15～22%，氧化铈31～49%，铜粉3～7%；所述金刚石磨料的粒度为1500#～2000#；氧化铈粉的粒径为5～10μm，铜粉的粒径为5～10μm；

所述砂轮块由包括以下步骤的方法制得：

1）将金刚石磨料、酚醛树脂粉、聚乙烯醇缩丁醛树脂粉、氧化铈粉和铜粉混合均匀，压制成型，得到成型品；

2）将步骤1）所得成型品烧结固化，即得。

2.如权利要求1所述的砂轮块，其特征在于，酚醛树脂与聚乙烯醇缩丁醛树脂的体积比为1:1。

3.一种如权利要求1所述砂轮块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2）将步骤1）所得成型品烧结固化，即得。

4.如权利要求3所述的砂轮块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述金刚石磨料为单晶金刚石磨料。

5.如权利要求3所述的砂轮块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，氧化铈粉的微观结构为无规则结构、四边形结构或发散线团结构。

6.如权利要求3～5任一项所述的砂轮块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述金刚石磨料的粒度为1500#～2000#，酚醛树脂粉的粒径为30～60μm，聚乙烯醇缩丁醛树脂粉的粒径为30～60μm，氧化铈粉的粒径为5～10μm，铜粉的粒径为5～10μm。

7.如权利要求3所述的砂轮块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述压制成型的温度为150～160℃，压力为1～5MPa。

8.如权利要求3所述的砂轮块的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述烧结固化的温度为150～160℃下，保温时间为110～130min。

9.一种抛光砂轮，其特征在于，包括磨料层和砂轮基体，所述磨料层为权利要求1所述的砂轮块。

10.如权利要求9所述的抛光砂轮，其特征在于，所述砂轮基体为橡胶基体。