CN105563356B - 一种大口径无缝钢管专用砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大口径无缝钢管专用砂轮及其制备方法；本发明砂轮包括下述重量份原料：8目一级棕刚玉20～30，12目一级棕刚玉30～40，16目一级棕刚玉30～40，24目黑碳化硅10～20，酚醛树脂液5～6，酚醛树脂粉11.5～12.5，纤维绒1～2，钠冰晶石3～4，立德粉1～2，炭黑0.1～0.3，硫酸钙晶须4～5，硫化铁2～4；本发明所用的原料都是市售工业原料，便于采购和组织生产，无国家限制或禁用的材料，不会造成环境污染；本发明制备工艺简单，所采用的设备都是标准设备，可以节省投资，节约能源；本发明产品成本与同类产品相比基本持平，具有极大的社会效益和经济效益。

Description

一种大口径无缝钢管专用砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于固结砂轮磨具技术领域，具体是一种大口径无缝钢管专用砂轮及其制备方法。
背景技术
目前城市地下排污管一般采用大口径防腐无缝钢管，此种无缝钢管除了铸造难度大外，内壁打磨难度也很大，它要求砂轮除了锋利外，还要耐磨耐用，自锐性好，有一定韧性，不烧伤工件。针对这种大口径无缝钢管，生产厂家曾经试过陶瓷砂轮，陶瓷砂轮太硬，振动力大，韧性差；也试过菱苦土砂轮，但菱苦土砂轮易锈蚀工件，不耐磨。而一般的树脂砂轮锋利度达不到要求，容易烧伤工件，流水线机床、通用磨具也无法压制成特定形状，此外，还有一点，大口径无缝钢管需要非标砂轮，要根据企业机床的磨轴及空间尺寸来确定砂轮的外形。
随着现代工业的发展，对工件表面的粗糙度、平整度要求越来越高，市场竞争越来越激烈，企业越来越注重生产效率、生产成本，迫切要求有一种既能快速打磨工件，又能保证工件光洁度、平整度，且成本较低的新型砂轮。怎样既能提高锋利度，又耐磨耐用，不烧伤工件，又能压制成特定的形状，这就要在磨料、配方、机床磨具、生产工艺上下功夫。
发明内容
本发明的目的就是针对目前大口径无缝钢管无法采用常规砂轮进行打磨的问题，提供一种大口径无缝钢管专用砂轮及其制备方法，本发明砂轮打磨效率高，生产成本低，使用方便，打磨后工件表面具有良好的光洁度和平整度。
本发明的一种大口径无缝钢管专用砂轮，包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 20～30 12目一级棕刚玉 30～40
16目一级棕刚玉 30～40 24目黑碳化硅 10～20
酚醛树脂液 5～6 酚醛树脂粉 11.5～12.5
纤维绒 1～2 钠冰晶石 3～4
立德粉 1～2 炭黑 0.1～0.3
硫酸钙晶须 4～5 硫化铁 2～4。
本发明的一种大口径无缝钢管专用砂轮，包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 15 12目一级棕刚玉 35
16目一级棕刚玉 35 24目黑碳化硅 15
酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 12
纤维绒 1.5 钠冰晶石 3.5
立德粉 1.5 炭黑 0.2
硫酸钙晶须 4.5 硫化铁 3。
所述酚醛树脂液和酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2893B的树脂粉；所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2893B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：95-115℃，聚速：60-75s/150℃，流动度：25-35mm外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。
本发明的一种大口径无缝钢管专用砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料 首先依次将粒径为8目、12目、16目的一级棕刚玉、和粒径为24目的黑碳化硅按重量份配比加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钠冰晶石、炭黑、硫化铁、纤维绒搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过6目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度＜25℃，空气湿度＜50%，备用；
（2）成型 采用半自动成型机热压成型，首先将机床加热至80℃，设置机床压力为19MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到65℃后，将称好的料倒入模具内，启动机床括板摊刮料，摊刮均匀后装压板正面压制，机压3-4S，退出模具翻面，底面垫3mm厚钢板再压制，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格后晾至室温装入砂轮烘烤工装；
（3）砂轮硬化 将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器风循环，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：
软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至90℃，保温2h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；
缩聚阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；
硬化阶段：控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，然后控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；再控制炉温1h匀速升温至170℃，再控制炉温1h匀速升温至185℃，保温4h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温自然降温至100℃，随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得。
本发明中所采用的磨料，是8目、12目、16目的一级棕刚玉和24目的黑碳化硅，其中棕刚玉磨料的特性：颗粒形状呈不规则菱柱体，显微硬度为1800-2200kg/mm2，韧性好，能承受较大的压力，抗破碎能力强；黑碳化硅磨料的特性：颗粒呈片状、针状，硬度较棕刚玉高，显微硬度为3100-3300kg/mm2，性脆而锋利。因此，本发明在棕刚玉磨料中加入适量的黑碳化硅会增加砂轮锋利度，提高研磨能力，同时由于黑碳化硅性脆，在磨削中当工作压力增大到一定程度时，就可以破裂或脱落，保证砂轮良好的自锐性，从而获得较高的切削性能；另外采用三种不同粒径的棕刚玉和黑碳化硅相配，由于磨料的颗粒形状、粒径不同，磨料的比表面积相对增大，颗粒与结合剂的接触面也增大，并且由于棕刚玉磨粒较粗，磨粒的间隙大，结合剂桥长，而黑碳化硅磨料薄而细，可以部分的填充在棕刚玉磨料之间，扩大结合剂结合磨料的粘结面积，使结合剂桥相对多而短，这样砂轮强度就得到提高。
一般树脂砂轮采用棕刚玉磨料，陶瓷砂轮采用碳化硅和白刚玉磨料。本发明根据待磨工件的特性，采用混合磨料的方式，在棕刚玉中加入黑碳化硅磨料，来提高砂轮的切削率和耐磨度、自锐性，达到不烧伤工件的目的。
本发明中所使用的结合剂，是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的酚醛树脂液和型号为2893B的酚醛树脂粉，加入树脂的目的是因为树脂经过一定的温度变化后能磨料紧紧粘贴在一起，而山东圣泉新材料股份有限公司生产的2508树脂液流动性非常好，容易将磨料搅拌均匀，不空易吸收空气中的潮气，不容易退化，存放时间较长；2893B树脂粉熔点要高些，稳定性强，聚速低些，吸附力要强些，容易与磨料均匀结合，不空易吸收空气中的潮气，不容易退化，存放时间较长。
本发明中所使用的填料，是采用钠冰晶石、立德粉、炭黑、硫化铁、硫酸钙晶须和纤维绒。用立德粉取代半水石膏，它能有效防止砂轮氧化、退化；钠冰晶石在砂轮中主要起到增加切削力和延长砂轮存放时间的作用；硫化铁在砂轮中主要起软化工件、降低工件温度及起填充料作用；硫酸钙晶须能提高砂轮的耐磨性、耐热性，有效防止工件被烧伤；纤维绒在砂轮中主要起加强填充作用；炭黑主要起染色作用。
本发明砂轮在制备时，根据本发明中所采用的原料特性，设计了专门的固化升温程序，当砂轮坯体进入硬化炉，开始加热时，在80-100℃时处于软化阶段，此时坯体的强度最低，易发生变形，需要一定的保温时间来彻底软化，达到树脂与磨料完全融合的目的；随着温度的升高，至100-130℃时，坯体逐渐变硬，此时树脂的缩聚反映加快，挥发物大量排出，磨具最易起泡和裂纹，同时在此期间大量水份随空气挥发出来，此时需开启硬化炉顶盖，让水蒸汽完全排出；当温度升至185℃高温时，经一定时间保温后，坯体即可完全硬化，成为坚硬的固体，在此期间应关闭侧门和顶盖，防此热空气散出。保温时间完后烘箱即自动停止加热，风扇还需继续扇动，让硬化炉内热空气到处流动，待硬化炉温度降至100℃以下后再停烘箱开箱门，在空气中自动冷却到常温后出箱，即得到成品砂轮。在上述硬化过程中，结合剂内树脂分子进一步缩聚和交联，由小分子的低聚物等线型聚合缩合交联成大分子量的网状体型高聚物，同时有一部分挥发物（如氨、游离酚、水等）从砂轮坯体里挥发出来，得到合格的砂轮产品。
本发明所用的原料都是市售工业原料，便于采购和组织生产，并且无国家限制或禁用的材料，不会造成环境污染；本发明制备工艺简单，所采用的设备都是标准设备，可以节省投资，节约能源；本发明产品成本与同类产品相比基本持平，具有极大的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例1中砂轮硬化工序的升温曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种大口径无缝钢管专用砂轮，包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 15 12目一级棕刚玉 35
16目一级棕刚玉 35 24目黑碳化硅 15
酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 12
纤维绒 1.5 钠冰晶石 3.5
立德粉 1.5 炭黑 0.2
硫酸钙晶须 4.5 硫化铁 3。
所述酚醛树脂液和酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2893B的树脂粉；所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2893B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：95-115℃，聚速：60-75s/150℃，流动度：25-35mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。
本实施例的一种大口径无缝钢管专用砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）混料 首先依次将粒径为8目、12目、16目的一级棕刚玉、和粒径为24目的黑碳化硅按重量份配比加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钠冰晶石、炭黑、硫化铁、纤维绒搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过6目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度＜25℃，空气湿度＜50%，备用；
（2）成型 采用半自动成型机热压成型，首先将机床加热至80℃，设置机床压力为19MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到65℃后，将称好的料倒入模具内，启动机床括板摊刮料，摊刮均匀后装压板正面压制，机压3-4S，退出模具翻面，底面垫3mm厚钢板再压制，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格后晾至室温装入砂轮烘烤工装；
（3）砂轮硬化 参见图1，将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器风循环，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：
软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至90℃，保温2h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；
缩聚阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；
硬化阶段：控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，然后控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；再控制炉温1h匀速升温至170℃，再控制炉温1h匀速升温至185℃，保温4h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温自然降温至100℃，随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得。
本发明实施例1制得的砂轮与现有陶瓷砂轮、菱苦土砂轮及其他厂家生产的同类型砂轮的性能比较见下表1。
表1本实施例砂轮与现有陶瓷砂轮、菱苦土砂轮及其他厂家同类型砂轮性能比较
由上表1可以看出本实施例制得的砂轮与陶瓷砂轮、菱苦土砂轮及同行业其他树脂砂轮相比，材料去除率比较高，跳动度最低，磨削比最高，并且加工完之后不烧伤工件，同心度均比较理想，并且经上述几种砂轮打磨后的工件进行试用，本实施例砂轮加工的工件寿命最长。
实施例2
一种大口径无缝钢管专用砂轮，包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 20 12目一级棕刚玉 40
16目一级棕刚玉 30 24目黑碳化硅 20
酚醛树脂液 5 酚醛树脂粉 12.5
纤维绒 1 钠冰晶石 3
立德粉 1 炭黑 0.3
硫酸钙晶须 4 硫化铁 4。
所述的酚醛树脂液和酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2893B的树脂粉；所述制备方法同实施例1。
实施例3
一种大口径无缝钢管专用砂轮，包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 30 12目一级棕刚玉 30
16目一级棕刚玉 40 24目黑碳化硅 10
酚醛树脂液 6 酚醛树脂粉 11.5
纤维绒 2 钠冰晶石 3
立德粉 2 炭黑 0.1
硫酸钙晶须 5 硫化铁 2。
所述酚醛树脂液和酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2893B的树脂粉；所述制备方法同实施例1。

Claims (1)

1.一种大口径无缝钢管专用砂轮，其特征在于包括下述重量份的原料：
8目一级棕刚玉 15 12目一级棕刚玉 35
16目一级棕刚玉 35 24目黑碳化硅 15
酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 12
纤维绒 1.5 钠冰晶石 3.5
立德粉 1.5 炭黑 0.2
硫酸钙晶须 4.5 硫化铁 3；
其制备方法包括以下步骤：
（1）混料 首先依次将粒径为8目、12目、16目的一级棕刚玉和粒径为24目的黑碳化硅按重量份配比加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钠冰晶石、炭黑、硫化铁、纤维绒搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过6目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度＜25℃，空气湿度＜50%；
（2）成型 采用半自动成型机热压成型，首先将机床加热至80℃，设置机床压力为19MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到65℃后，将称好的料倒入模具内，启动机床括板摊刮料，摊刮均匀后装压板正面压制，机压3-4S，退出模具翻面，底面垫3mm厚钢板再压制，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格后晾至室温装入砂轮烘烤工装；
（3）砂轮硬化 将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器风循环，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：
软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至90℃，保温2h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；
缩聚阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；
硬化阶段：控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，然后控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；再控制炉温1h匀速升温至170℃，再控制炉温1h匀速升温至185℃，保温4h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温自然降温至100℃，随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得；
所述树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：95-115℃，聚速：60-75s/150℃，流动度：25-35mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。
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