CN106625296A - 金刚石砂轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超硬材料领域，具体地说，涉及一种金刚石砂轮，本发明提出一种具有良好的抗冲击性和形状保持性，能承受高速磨削过程中的较大载荷的金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂粘合剂粘合在一起，其特征在于：磨料圈由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料25~50%，金属结合剂44~72%，辅助粘结剂3~6%，本发明的金刚石砂轮具有良好的热导率有利于降低磨削温度，从而降低功率损耗，提高磨削速度；配方中的辅助粘结剂有利于孔隙的形成，结合金属结合剂把持力强的特点，可以有效增大容屑空间，磨料的利用更加充分；砂轮具有磨削效率高、磨削温度低、功率损耗低、加工精度好、使用寿命长等特点。

Description

金刚石砂轮
技术领域
本发明涉及超硬材料领域，具体地说，涉及一种金刚石砂轮。
背景技术
现代机械加工朝着高精度、高速度、硬加工、干加工(无冷却液)及降低成本等方向发展，对超硬磨具的性能提出了相当高的要求。目前常用的超硬磨削材料包括立方氮化硼（CBN）和金刚石磨料两种。CBN磨料虽然硬度次于金刚石，但其热稳定性和化学稳定性强，尤其是不会与铁及铁合金发生反应，因而在铁基合金材料如淬硬钢、高速工具钢、轴承钢、不锈钢、模具钢、耐热钢、先进高强钢和高铬铸铁，以及钛合金与镍基高温合金等诸多高强韧性难加工材料的磨削中得到了广泛应用。CBN超硬磨具（砂轮）的磨削效率、加工精度和耐磨性等性能是高速精密磨削加工中的关键问题。
在超硬磨具中用于固结磨粒的结合剂是影响超硬磨具性能的关键因素。传统的超硬磨具(砂轮)的结合剂多采用树脂、陶瓷、金属等三种材料。树脂结合剂易加工修整，然而其使用温度低，结合强度和对磨料的把持力较低，磨料易脱落，磨削精度差；陶瓷结合剂具有较好的结合强度，把持力高，使用温度高，然而其脆性大，导热性差，抗冲击和疲劳性能较差，难适用于高速加工。而现有的金属结合剂虽然具有良好的强韧性配合和耐热性，但是通常存在结合剂与磨粒之间不能产生化学冶金结合的问题，因而磨粒仅仅被机械包埋镶嵌在结合剂中，把持力有限；容易因磨料呈颗粒脱落而导致砂轮的失效，在难加工材料的高效磨削时尤其明显；另外，磨料出露高度低，容屑空间小，磨削时很容易因切屑的粘附堵塞而失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种具有良好的抗冲击性和形状保持性，能承受高速磨削过程中的较大载荷的金刚石砂轮，其具体的技术方案如下：
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂粘合剂粘合在一起，其特征在于：磨料圈由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料25~50%，金属结合剂44~72%，辅助粘结剂3~6%。
优化地，金属结合剂由以下材料组成：Cu粉 50～60%，Sn 粉30-45%，TiH2 粉5-15%；各组分质量分数之和为100%。
优化地，Cu粉、Sn粉和TiH2粉的粒径范围均为10-150μm。
优化地，具有以下组成与体积百分比：金刚石磨料12.5~50%，金属结合剂5~45%，孔隙15~45%。
优化地，辅助粘结剂设置为丙烯酸乳液。
一种金刚石砂轮的生产方法，其特征在于：其包括下列步骤：
A、混料：按权利要求1、2的配方取金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉混合，加入辅助粘结剂混合2~8h，得到混合料；
B、烘干：将步骤A混合均匀的原料加热至100~150ºC，保温3~4小时；
C、成型：将步骤B烘干后的原料过筛，均匀投入模具内，于液压机冷压成型，压力为70~110 MPa， 保压30~60分钟；
D、烧结：将步骤C砂轮磨料圈生坯在氩气保护气氛下烧结，其烧结温度为850~950 ºC，升温速率3~10 ºC/分钟，保温时间30~120 分钟，之后冷却，低于50 ºC出炉；
E、粘结：使用树脂胶粘剂将烧结后的砂轮磨料圈坯体与钢芯粘合，在砂轮修整磨床上去除毛边，修整成型。
优化地，Cu粉、Sn粉和TiH2粉的粒径范围设置为10-150μm。
优化地，步骤A用混合机混料，步骤B中用烘干机烘干，步骤D中用烧结炉烧结。
本发明的金刚石砂轮具有良好的热导率有利于降低磨削温度，从而降低功率损耗，提高磨削速度；配方中的辅助粘结剂有利于孔隙的形成，结合金属结合剂把持力强的特点，可以有效增大容屑空间，磨料的利用更加充分；砂轮具有磨削效率高、磨削温度低、功率损耗低、加工精度好、使用寿命长等特点。
本发明提供的制备方法，烧结时间短，有利于保持磨料特性，金属结合剂、孔隙率和烧结温度、时间的控制，使砂轮在工作过程中具有良好的热导率和较大的容屑空间，在高速磨削过程中也不易堵塞，磨削锋利，磨削精度高，且具有自锐性。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1：
本实施例的金属结合剂，由以下质量百分比的原料组分组成：Cu 55%，Sn 37%，TiH28%；各组分质量分数之和为100%；上述原料为Cu粉、Sn粉和TiH2粉；上述原料粉粒径均为20μm。
本实施例的金刚石砂轮，由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料50%，金属结合剂粉44%，辅助粘结剂6%。上述金刚石磨料的粒径为10μm。
上述金刚石砂轮的制备方法如下：
（1）混料：按配方取金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合机中，加入辅助粘结剂混合4h，得到混合料；
（2）烘干：将步骤1混合均匀的原料放入烘干机中加热至100ºC，保温6h；
（3）成型：将步骤2烘干后的原料过筛，均匀投入模具内，于液压机冷压成型，压力为70MPa，保压30min；
（4）烧结：将砂轮磨料圈生坯置入烧结炉内，在氩气保护气氛下烧结，其烧结温度为850ºC，升温速率10ºC/min，保温时间30min，之后随炉冷却，低于50ºC出炉；
（5）粘结：使用树脂胶粘剂将烧结后的砂轮磨料圈坯体与钢芯粘合，在砂轮修整磨床上去除毛边，修整成型。
实施例2：
本实施例的金属结合剂，由以下质量百分比的原料组分组成：Cu 50%，Sn 44%，TiH26%；各组分质量分数之和为100%；上述原料为Cu粉、Sn粉和TiH2粉；上述原料粉粒径均为80μm。
本实施例的金刚石砂轮，由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料33%，金属结合剂粉62%，辅助粘结剂5%。上述金刚石磨料的粒径为60μm。
金刚石砂轮的制备过程如下：
（1）混料：按配方取金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合机中，加入辅助粘结剂混合4h，得到混合料；
（2）烘干：将步骤1混合均匀的原料放入烘干机中加热至150ºC，保温5h；
（3）成型：将步骤2烘干后的原料过筛，均匀投入模具内，于液压机冷压成型，压力为90MPa，保压45min；
（4）烧结：将砂轮磨料圈生坯置入烧结炉内，在氩气保护气氛下烧结，其烧结温度为900ºC，升温速率5 ºC /min，保温时间40min，之后随炉冷却，低于50ºC出炉；
（5）粘结：使用树脂胶粘剂将烧结后的砂轮磨料圈坯体与钢芯粘合，在砂轮修整磨床上去除毛边，修整成型。
实施例3：
本实施例的金属结合剂，由以下质量百分比的原料组分组成：Cu 54%，Sn 31%，TiH215%；各组分质量分数之和为100%；上述原料为Cu粉、Sn粉和TiH2粉；上述原料粉粒径均为150μm。
本实施例的金刚石砂轮，由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料25%，金属结合剂粉72%，辅助粘结剂3%。上述金刚石磨料的粒径为150μm。
金刚石砂轮的制备过程如下：
（1）混料：按配方取金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合机中，加入辅助粘结剂混合4h，得到混合料；
（2）烘干：将步骤1混合均匀的原料放入烘干机中加热至120ºC，保温5h；
（3）成型：将步骤2烘干后的原料过筛，均匀投入模具内，于液压机冷压成型，压力为110MPa，保压60min；
（4）烧结：将砂轮磨料圈生坯置入烧结炉内，在氩气保护气氛下烧结，其烧结温度为950ºC，升温速率10 ºC /min，保温时间50min，之后随炉冷却，低于50ºC出炉；
（5）粘结：使用树脂胶粘剂将烧结后的砂轮磨料圈坯体与钢芯粘合，在砂轮修整磨床上去除毛边，修整成型。
实施例4：
本实施例和实施例1的区别在于，本实施例的金属结合剂：Cu 粉60%，Sn 粉20%，TiH2粉20%；各组分质量分数之和为100%；上述原料粉粒径均为100μm。
实施例5：
本实施例和实施例1的区别在于，本实施例的金属结合剂：Cu 粉40%，Sn粉40%，TiH2粉20%；各组分质量分数之和为100%；上述原料粉粒径均为30μm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂粘合剂粘合在一起，其特征在于：磨料圈由以下质量百分比的原料制成：金刚石磨料25~50%，金属结合剂44~72%，辅助粘结剂3~6%。
2.根据权利要求1所述的金刚石砂轮，其特征在于：金属结合剂由以下材料组成：Cu粉50～60%，Sn 粉30-45%，TiH2 粉2-20%；各组分质量分数之和为100%。
3.根据权利要求1所述的金刚石砂轮，其特征在于：Cu粉、Sn粉和TiH2粉的粒径范围均为10-150μm。
4.根据权利要求1所述的金刚石砂轮，其特征在于：磨料圈具有以下组成与体积百分比：金刚石磨料12.5~50%，金属结合剂5~45%，孔隙15~45%。
5.根据权利要求1所述的金刚石砂轮，其特征在于：辅助粘结剂设置为丙烯酸乳液。
6.一种金刚石砂轮的生产方法，其特征在于：其包括下列步骤：
A、混料：按权利要求1、2的配方取金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉混合，加入辅助粘结剂混合2~8h，得到混合料；
B、烘干：将步骤A混合均匀的原料加热至100~150 ºC，保温3~4小时；
C、成型：将步骤B烘干后的原料过筛，均匀投入模具内，于液压机冷压成型，压力为70~110 MPa， 保压30~60分钟；
D、烧结：将步骤C砂轮磨料圈生坯在氩气保护气氛下烧结，其烧结温度为850~950 ºC，升温速率3~10 ºC/分钟，保温时间30~120 分钟，之后冷却，低于50 ºC出炉；
E、粘结：使用树脂胶粘剂将烧结后的砂轮磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型。
7.根据权利要求书6所述的CBN砂轮，其特征在于：步骤A用混合机混料，步骤B中用烘干机烘干，步骤D中用烧结炉烧结。
8.根据权利要求书6所述的CBN砂轮，其特征在于：Cu粉、Sn粉和TiH2粉的粒径范围均为10-150μm。
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