CN106994652A - 碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂cbn砂轮制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法,步骤为:将CBN磨料、硼玻璃粉、GG17玻璃粉、T400短切碳纤维和石英粉按重量比称量,球磨混合均匀后,再将混合粉料按比例与熔化的石蜡搅拌混合,制备出CBN砂轮成型料浆。将料浆在80℃下注入成型模具中,冷却后脱模获得CBN砂轮坯体。砂轮坯体采用白刚玉埋砂后在氮气气氛下以一定的热处理制度排蜡、烧结,再将将烧结后的砂轮坯体进行外圆、内圆和平面加工,制备出气孔率高于40%,碳纤维均匀分布于砂轮基体中的碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷结合剂砂轮制备方法,进一步是指用于碳纤维增强的高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮的制备技术,用该方法制备出的高孔隙率CBN砂轮强度更高,采用该砂轮在普通磨床上对黑色金属工件进行精磨抛光,可以获得高光洁度的加工面。
背景技术
陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮具有磨削效率高,磨削力小,尺寸保持性好,磨削精度高,易于修整等优点,广泛应用于黑色金属的成型磨削和精密磨削。随着我国精密机械制造业的高速发展,对金属零部件表面质量和磨削效率的要求越来越高,通过高孔隙率来提高砂轮的锋利度和自锐性、减少磨削发热,实现高效低应力磨削。这就需要陶瓷结合剂CBN砂轮具有40%以上的气孔率,和优良的抗烧伤性能,目前,高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法都是将陶瓷结合剂、CBN磨料、造孔剂干法混合均匀后,无压烧结。由于该类精密磨砂轮磨料粒度较小,表面积大,烧结后的砂轮高气孔率,烧结前砂轮素坯强度很低,烧结过程中,砂轮坯体中的成型剂、造孔剂有机物随着烧成温度逐渐升高会碳化,产生大量的气体,集聚一定的应力,造成砂轮开裂,成品率很低。另一方面,显微结构疏松,抗冲击强度低,在使用过程中易于开裂,影响了CBN砂轮的使用性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的不足,提出一种碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法,所制得的CBN砂轮孔隙率可高达40%以上,减少砂轮烧结中的开裂,烧结后砂轮的强度可提高20%以上,同时,在砂轮磨削过程中碳纤维可以起到自润滑、抗烧伤工件的效果,磨削出的工件表面粗糙度值更低。
本发明的技术方案是,所述碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法包括:
(1)制备陶瓷浆料:
a.干粉料的重量百分比组成:
将上述各组分在球磨条件下混合均匀,球石为塑料,球磨坛直径500mm,转速为50-80转/分,球磨时间1-2小时,获得干粉料;
b.制备陶瓷CBN砂轮成型料浆:按重量百分比取68%-72%的干粉料与28%32%的工业级石蜡。将石蜡在水浴锅中加热到80℃,再倒入称好的干粉料,采用立式搅拌机,在80℃下,2000-3000转/分速度搅拌0.5-1小时均匀混合,即得;
(2)制备碳纤维增强CBN砂轮:将根据砂轮规格制备好的铁质浇注模具,表面清洁干净,在真空电烘箱中,在空气气氛下加热至80℃,然后将步骤1制备的80℃下混合均匀的成型料浆倒入铁质注模,关上真空电烘箱门,在80℃恒温下抽真空至10Pa,保压10-15分钟,关闭真空泵,将铁质注模从烘箱中取出冷却到室温,再从模具中取出CBN砂轮成型坯体。
将CBN砂轮成型坯体放入井式炉中,用粒度为240#的白刚玉完全掩埋,在N2保护下烧结,室温~200℃的升温速率为1℃/分钟,在200℃保温4-6小时;再以1℃/分钟升温速率升温至400℃,保温4-6小时;再以5℃/分钟升温速率升温至700℃,在700℃保温1-2小时;然后随炉冷却,得烧结后的砂轮坯体;将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工,获得碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮。
本发明采用短切碳纤维作为增强材料增强陶瓷结合剂与CBN磨料获得干粉料,再与石蜡混合,浇铸法成型,采用保护气氛烧结制备碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮,先将碳纤维、陶瓷结合剂、CBN磨料在加热的条件下在液态石蜡中均匀混合获得成型浆料,再将成型浆料浇注于钢模中,在真空排除浆料中气泡后,冷却模具使液态石蜡固化,获得CBN砂轮坯体。将砂轮坯体采用埋砂的方式进行烧结,在400℃以下烧结温度区间时,石蜡变为液体,在毛细管力的作用下被埋砂(240#白刚玉)中的孔隙吸收,在400℃以上烧结温度区间时石蜡逐渐裂解碳化,完全从CBN砂轮中排出。砂轮在700℃烧结后,陶瓷结合剂软化,包裹CBN磨料和碳纤维,碳纤维以短切纤维状均匀分布于砂轮组织中,增强结构陶瓷,制备碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮(参见图1)。相对于传统砂轮强度提高20%以上,安全性更好,气孔率高于40%,浇铸法成型,组织密度均匀一致。砂轮在进行磨削时,增强材料碳纤维为石墨质材料,具有自润滑效果,能降低砂轮的磨削力,抗烧伤,大幅度提高了被加工工件的表面光洁度,降低表面粗糙度(参见图2)。
附图说明
图1是本发明方法制得的砂轮显微照片;
图2是用本发明制得的CBN砂轮加工工件的表面形貌。
具体实施方式:
碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法的具体步骤为:
(1)将CBN磨料、硼玻璃粉、GG17玻璃粉、T400短切碳纤维和石英粉按重量比40∶30∶10∶15∶5称量,然后将各原料在球磨条件下混合均匀,球石为塑料球,球磨坛直径500mm,转速为50转/分,球磨时间1小时;
(2)按重量百分比取70%的步骤(1)获得的干粉料与30%的工业级石蜡。将石蜡在水浴锅中加热到80℃,再倒入称好的干粉料,采用立式搅拌机,在80℃下,3000转/分速度搅拌1小时均匀混合,获得CBN砂轮成型浆料。
(3)将根据砂轮规格制备好的铁质注模,表面清洁干净,在真空电烘箱中,在空气气氛下加热至80℃,然后将步骤2制备的80℃下混合均匀的成型料浆倒入铁质注模,关上真空电烘箱门,在80℃恒温下抽真空至10Pa,保压15分钟,关闭真空泵,将铁质注模从烘箱中取出冷却到室温,脱模,制得CBN砂轮成型坯体。
(4)将CBN砂轮成型坯体放入井式炉中,用粒度为240#的白刚玉完全掩埋,在N2保护下烧结,室温~200℃的升温速率为1℃/分钟,在200℃保温6小时;再以1℃/分钟升温速率升温至400℃,保温4小时;再以5℃/分钟升温速率升温至700℃,在700℃保温2小时;然后随炉冷却,得烧结后的砂轮坯体;将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工,获得碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮。
Claims (1)
1.碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮制备方法,其特征是,该方法为:
(1)制备陶瓷浆料:
a.干粉料的重量百分比组成:
将上述各组分在球磨条件下混合均匀,球石为塑料,球磨坛直径500mm,转速为50-80转/分,球磨时间1-2小时,获得干粉料;
b.制备陶瓷CBN砂轮成型料浆:按重量百分比取68%-72%的干粉料与28%-32%的工业级石蜡。将石蜡在水浴锅中加热到80℃,再倒入称好的干粉料,采用立式搅拌机,在80℃下,2000-3000转/分速度搅拌0.5-1小时均匀混合,即得;
(2)制备碳纤维增强CBN砂轮:将根据砂轮规格制备好的铁质注模,表面清洁干净,在真空电烘箱中,在空气气氛下加热至80℃,然后将步骤1制备的80℃下混合均匀的成型料浆倒入铁质注模,关上真空电烘箱门,在80℃恒温下抽真空至10Pa,保压10-15分钟,关闭真空泵,将铁质注模从烘箱中取出冷却到室温,再从模具中取出CBN砂轮成型坯体。将CBN砂轮成型坯体放入井式炉中,用粒度为240#的白刚玉完全掩埋,在N2保护下烧结,室温~200℃的升温速率为1℃/分钟,在200℃保温4-6小时;再以1℃/分钟升温速率升温至400℃,保温4-6小时;再以5℃/分钟升温速率升温至700℃,在700℃保温1-2小时;然后随炉冷却,得烧结后的砂轮坯体;将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工,获得碳纤维增强高孔隙率陶瓷结合剂CBN砂轮。
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