CN106737255B - 一种陶瓷结合剂、陶瓷结合剂磨盘及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷结合剂陶、瓷结合剂磨盘及其制备方法，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO220‑60，B2O310‑30，Al2O35‑20，Li2O 3‑6，Bi2O36‑15，P2O55‑20，TiO20.2‑1.5，Sb2O50.5‑2。陶瓷结合剂磨盘磨削层由以下体积百分比的各原料组成：立方氮化硼或金刚石5‑50%，白刚玉5‑40%，陶瓷结合剂5‑30%，晶须3‑5%；本发明公开的硼铝磷硅酸盐陶瓷结合剂具有较好的流动性和抗拉强度，能够很好的浸润和把持磨料，具有较强的切削能力；在陶瓷结合剂中加入晶须，增强陶瓷结合剂强度，提高磨削耐用度，降低结合剂的硬度，提高磨具自锐性，进而提高砂轮耐用度及寿命。CBN、白刚玉、碳化硅、硅灰石及石墨协同作用，实现对多种钢材的高效磨削，且具有较高的耐用度。
Description
技术领域
本发明属于磨具制造领域，具体涉及一种陶瓷结合剂、陶瓷结合剂磨盘及其制备方法。
背景技术
双端面磨削是用两个相对安置的砂轮同时磨削工件的两个端面，主要用于盘、套类零件或片状零件的两个端面磨削，是精加工扁平工件端面最有效的方法之一。双端面磨削用陶瓷结合剂砂轮市场较大，应用前景广阔。在实际生产应用中，由于双端面磨削时砂轮与工件之间为面接触，接触面积较大，产生的磨削热和切屑较多，容易出现划伤工件、砂轮钝化快、寿命低等问题。随着国内机械制造企业对于控制零件成本的要求越来越高，客户对砂轮的耐用度和寿命提出了越来越高的要求。
磨盘耐用度低、寿命短与结合剂性能有直接关系。目前很多文献提出加入各种增强材料至陶瓷结合剂中进行增强，但具体加入何种增强材料、何种结合剂，众说纷纭，主要是因为具体的磨削效果很少研究。另外，大直径磨盘的单/双端面低速磨削方式不同于传统的平面、外圆磨削及窄环宽端面磨削，砂轮磨削过程中参与的磨粒数目多，磨粒轨迹间存在大量的重叠和交叉，砂轮的设计制造比较复杂。目前，陶瓷磨盘已授权专利研究内容主要集中于普通磨料磨盘结构设计及制备工艺，如申请号为201020287185.6的中国专利提及一种盘面排布及组成，陶瓷磨盘配方及工艺涉及较少。因此，面对目前的高精度、高效率、低成本的市场需要，设计一种高耐用度、高寿命的陶瓷结合剂磨盘显得颇为急切。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能保证磨盘具有较高的耐用度和使用寿命，又能保证磨削时具有良好的表面质量和较高的加工效率的陶瓷结合剂、陶瓷结合剂磨盘及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种陶瓷结合剂，由以下重量份的各原料组成：SiO2 20-60，B2O3 10-30，Al2O3 5-20，Li2O 3-6，Bi2O3 6-15，P2O5 5-20，TiO2 0.2-1.5，Sb2O5 0.5-2。
一种包含所述陶瓷结合剂的磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：立方氮化硼或金刚石 5-50%，白刚玉 5-40%，陶瓷结合剂 5-30%，晶须 3-5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：碳化硅 20-60%，石墨 10-30%，硅灰石 0-20%，热固性树脂 5-30%。
陶瓷结合剂的粒度为5-50μm。
陶瓷结合剂与晶须的体积比为4:1-6:1。
晶须的长径比为4:1-6:1。
金刚石的粒度为150-800#，白刚玉的粒度为300-1000#。
碳化硅粒度为10-30μm，石墨为5-10μm，硅灰石为30-50μm。
陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN或金刚石、白刚玉混合均匀，以树脂液或糊精液做润湿剂，压制成型，压制压力为10-20MPa，压制时间为10s；
（2）将步骤（1）所得成型品600-700℃烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
本发明公开的硼铝磷硅酸盐陶瓷结合剂具有较好的流动性和抗拉强度，分别为145%、80-90MPa，能够很好的浸润和把持磨料，具有较强的切削能力；结合剂的特征一是膨胀系数小，与磨料膨胀系数差异小；二是与磨料反应，增强结合剂对磨料的浸润程度。在陶瓷结合剂中加入一定含量的晶须，一方面增强陶瓷结合剂强度，提高磨削耐用度，另一方面降低结合剂的硬度，便于磨削，提高磨具自锐性，进而提高砂轮耐用度及寿命。CBN磨料，具有较高的磨削效率；白刚玉磨料为提高砂轮砂结比，降低材料成本；其中碳化硅、硅灰石以及石墨的作用主要是为了降低树脂胶的耐磨性和韧性，便于磨削；上述组分的协同作用，可实现对多种钢类材料进行高效率的磨削，且具有较高的耐用度。填充层主要起支撑作用，一是避免砂轮出现掉块现象，二是尺寸较小工件磨削时出现卡盘现象。本发明中各原料易得，制备工艺简单，适合大规模推广应用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 20-60份，B2O3 10-30份，Al2O3 5-20份，Li2O 3-6份，Bi2O3 6-15份，P2O5 5-20份，TiO2 0.2-1.5份，Sb2O5 0.5-2份。
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：立方氮化硼或金刚石 5-50%，白刚玉 5-40%，陶瓷结合剂 5-30%，晶须 3-5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：碳化硅 20-60%，石墨 10-30%，硅灰石 0-20%，热固性树脂 5-30%。
其中陶瓷结合剂的粒度为5-50μm，晶须的长径比为4:1-6:1，金刚石的粒度为150-800#，白刚玉的粒度为300-1000#，碳化硅粒度为10-30μm，石墨为5-10μm，硅灰石为30-50μm。
陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN或金刚石、白刚玉混合均匀，以树脂液或糊精液做润湿剂，压制成型，压制压力为10-20MPa，压制时间为10s；
（2）将步骤（1）所得成型品600-700℃烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例1
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：800#立方氮化硼30%，300#的白刚玉 20%，5-10μm的陶瓷结合剂 15%，长径比4:1的硼酸铝晶须 3.5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：10-12μm的碳化硅 40%，5-6μm的石墨 20%，30-32μm的硅灰石 10%，热固性树脂 30%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 60份，B2O3 20份，Al2O3 15份，Li2O 4份，Bi2O3 7份，P2O5 10份，TiO21.0份，Sb2O5 0.5份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与硼酸铝晶须混合后，再加入CBN、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以10MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中650℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
经过在GMM700双端面磨床上对其磨削加工，磨削余量0.03mm，磨削效率20-40s，耐用度60盘，工件表面无划伤，平面精度0.002μm，Ra 0.2。本实施例的陶瓷磨盘可用于加工不锈钢材料。
实施例2
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：180#金刚石45%，400#的白刚玉 22%，10-30μm的陶瓷结合剂 13%，长径比5:1的钛酸钾晶须4%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：25-30μm的碳化硅 60%，8-10μm的石墨 15%，热固性树脂 25%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 36份，B2O3 22份，Al2O3 20份，Li2O 3份，Bi2O3 6份，P2O5 12份，TiO2 0.7份，Sb2O5 2份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与钛酸钾晶须混合后，再加入金刚石、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以10MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中680℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
经过在GMM700双端面磨床上对其磨削加工，磨削余量0.08mm，磨削效率30-60s，耐用度40盘，工件表面无划伤，平面精度0.005μm，Ra 0.6。本实施例制备的陶瓷磨盘可用于加工轴承钢材料，也可用于加工45钢、陶瓷、硬质合金等。经过在MM7120A平面磨床上加工，磨削比达到500以上，且磨削功率无变化，工件表面质量好。
实施例3
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：150#立方氮化硼（或金刚石）5%，500#的白刚玉 40%，45-50μm的陶瓷结合剂 10%，长径比4:1的氮化钛晶须 3.3%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：12-14μm的碳化硅 20%，6-8μm的石墨 30%，32-35μm的硅灰石 20%，环氧树脂 30%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 20份，B2O3 12份，Al2O3 10份，Li2O 5份，Bi2O3 9份，P2O5 20份，TiO2 0.3份，Sb2O5 1.8份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与氮化钛晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以20MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中600℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例4
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：700#立方氮化硼（或金刚石）50%，1000#的白刚玉 10%，30-40μm的陶瓷结合剂 25%，长径比5:1的氧化铝晶须 3%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：14-16μm的碳化硅 36%，5-6μm的石墨 28%，35-38μm的硅灰石 17%，环氧树脂 19%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 32份，B2O3 30份，Al2O3 56份，Li2O 4.5份，Bi2O3 10份，P2O5 7份，TiO2 0.56份，Sb2O5 0.7份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与氧化铝晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以20MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中700℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例5
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：250#立方氮化硼（或金刚石）40%，800#的白刚玉 30%，40-45μm的陶瓷结合剂 5%，长径比4:1的碳化硅晶须 5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：20-24μm的碳化硅 50%，5-6μm的石墨 18%，38-40μm的硅灰石 10%，环氧树脂 22%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 40份，B2O3 10份，Al2O3 12份，Li2O 6份，Bi2O3 8份，P2O5 5份，TiO2 0.9份，Sb2O5 1.1份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以20MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中620℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例6
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：600#CBN（或金刚石）10%，600#的白刚玉 35%，10-20μm的陶瓷结合剂 30%，长径比5:1的晶须4.5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：18-20μm的碳化硅 25%，6-8μm的石墨 25%，48-50μm的硅灰石 20%，环氧树脂 30%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 44份，B2O3 14份，Al2O3 18份，Li2O 3.5份，Bi2O3 11份，P2O5 18份，TiO2 0.2份，Sb2O5 0.5份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与碳化硅晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以10MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中670℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例7
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：500#CBN（或金刚石）15%，700#的白刚玉 22%，20-30μm的陶瓷结合剂 22%，长径比6:1的晶须3.8%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：16-18μm的碳化硅 45%，6-8μm的石墨 23%，44-46μm的硅灰石 5%，环氧树脂 27%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 24份，B2O3 18份，Al2O3 7份，Li2O 5.5份，Bi2O3 15份，P2O5 15份，TiO2 1.2份，Sb2O5 0.8份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以18MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中630℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例8
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：300#CBN（或金刚石）20%，450#的白刚玉 25%，15-25μm的陶瓷结合剂 28%，长径比6:1的晶须4.7%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：24-26μm的碳化硅 50%，8-10μm的石墨 21%，40-42μm的硅灰石 19%，环氧树脂 10%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 48份，B2O3 24份，Al2O3 9份，Li2O 4份，Bi2O3 14份，P2O5 9份，TiO2 0.7份，Sb2O5 1.0份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以20MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中640℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例9
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：400#CBN（或金刚石）25%，660#的白刚玉 15%，25-35μm的陶瓷结合剂 27%，长径比4:1的晶须4.2%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：28-30μm的碳化硅 55%，6-8μm的石墨 25%，42-44μm的硅灰石 15%，环氧树脂 5%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 55份，B2O3 16份，Al2O3 14份，Li2O 6份，Bi2O3 12份，P2O5 13份，TiO2 1.5份，Sb2O5 1.8份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以10MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中690℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
实施例10
陶瓷结合剂磨盘，包括磨削层和填充层，磨削层由以下体积百分比的各原料组成：350#CBN（或金刚石）35%，900#的白刚玉 5%，10-20μm的陶瓷结合剂 18%，长径比6:1的晶须4.9%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：26-28μm的碳化硅 59%，8-10μm的石墨 10%，46-48μm的硅灰石 16%，环氧树脂 15%；其中，陶瓷结合剂由以下重量份的各原料组成：SiO2 28份，B2O3 27份，Al2O3 16份，Li2O 5份，Bi2O3 13份，P2O5 17份，TiO2 1.3份，Sb2O5 1.3份。
本实施例陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN（或金刚石）、白刚玉，在三维混料机中混合均匀，过筛，以树脂液或糊精液做润湿剂，在冷压机上以15MPa压力压制10s，得到成型品；
（2）将步骤（1）所得成型品在箱式烧结炉中660℃下烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种陶瓷结合剂，用于制备低速研磨用超硬磨盘，其特征在于，由以下重量份的各原料组成：SiO2 20-60，B2O3 10-30，Al2O3 5-20，Li2O 3-6，Bi2O3 6-15，P2O5 5-20，TiO2 0.2-1.5，Sb2O5 0.5-2。
2.一种包含权利要求1所述陶瓷结合剂的磨盘，包括磨削层和填充层，其特征在于：磨削层由以下体积百分比的各原料组成：立方氮化硼或金刚石 5-50%，白刚玉 5-40%，陶瓷结合剂 5-30%，晶须 3-5%，余量为润湿剂；填充层由以下体积百分比的各原料组成：碳化硅20-60%，石墨 10-30%，硅灰石 0-20%，热固性树脂 5-30%；
所述的陶瓷结合剂磨盘的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷结合剂与晶须混合后，再加入CBN或金刚石、白刚玉混合均匀，以树脂液或糊精液做润湿剂，压制成型，压制压力为10-20MPa，压制时间为10s；
（2）将步骤（1）所得成型品600-700℃烧结固化，烧结时间为2h，将所得磨削层通过环氧树脂胶粘接到砂轮基体上；
（3）将碳化硅、硅灰石、石墨与热固性树脂混合均匀后，在50℃下浇铸在步骤（2）所得粘接有磨削层的砂轮基体上，然后磨削后加工。
3.根据权利要求2所述陶瓷结合剂磨盘，其特征在于：陶瓷结合剂的粒度为5-50μm。
4.根据权利要求2所述陶瓷结合剂磨盘，其特征在于：陶瓷结合剂与晶须的体积比为4:1-6:1。
5.根据权利要求2所述陶瓷结合剂磨盘，其特征在于：晶须的长径比为4:1-6:1。
6.根据权利要求2所述陶瓷结合剂磨盘，其特征在于：金刚石的粒度为150-800#，白刚玉的粒度为300-1000#。
7.根据权利要求2所述陶瓷结合剂磨盘，其特征在于：碳化硅粒度为10-30μm，石墨为5-10μm，硅灰石为30-50μm。
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