CN107214634A - 一种金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金刚石砂轮及其制备方法,属于五金工具领域。本发明金刚石砂轮包括金刚石基料、树脂粘合剂、陶瓷粘合剂、炭黑、增韧剂和无水乙醇;本发明先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合得混合粘合剂,加入金刚石基料搅拌后,再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇搅拌混合得砂轮料,于砂轮模具中压制成型得砂轮坯体,再于烧结炉中进行烧结成型后自然冷却,即得金刚石砂轮。本发明的有益效果是:本发明金刚石砂轮磨削效果好,强度高,同时具有较佳的耐冲击性能。

Description

一种金刚石砂轮及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种金刚石砂轮及其制备方法,属于五金工具领域。
背景技术
[0002] 金刚石砂轮以金刚石磨料为原料,分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合 剂,制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮(合金砂轮)。
[0003] 金刚石砂轮分为金属结合剂金刚石砂轮、树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂金 刚石砂轮。其中,树脂结合剂金刚石砂轮是以粉末状人造金刚石为磨料,以树脂粉或树脂液 为粘合剂,加入适当的填充材料,通过配制、混合、成型、固化、机械加工等工艺过程制成的 具有一定几何形状、能适用不同磨削要求的一种金刚石磨具。但是树脂结合剂为有机材料, 受其材料本征性能限制,砂轮耐水性、耐磨性较差,不能采用碱性冷却液;另外树脂与金刚 石磨粒的结合强度低,磨削加工时砂轮磨耗大,磨具的形状保持性差,不适合精密成型磨 削。
[0004] 陶瓷结合剂金刚石砂轮是以陶瓷、玻璃或微晶玻璃等无机材料作结合剂与人造金 刚石磨料混合后,采用粉料压制成型方法成型后经高温烧结而成。在烧结温度下,结合剂材 料软化而出现部分液相,结合剂将金刚石磨料润湿、包裹,在结合剂与金刚石磨料界面处发 生一系列的物理化学变化,结合剂将金刚石磨料牢固粘接,形成具有一定形状的磨具。但由 于陶瓷结合剂为脆性材料易断裂而引起金刚石磨料脱落,导致砂轮磨削效果差,强度低、耐 冲击性能差。
[0005] 因此,如何实现一种磨削效果好、强度高、耐冲击性能佳的金刚石砂轮是业内亟待 解决的技术问题。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题:针对传统陶瓷结合剂金刚石砂轮由于陶瓷结合剂为 脆性材料易断裂而引起金刚石磨料脱落,导致砂轮磨削效果差,强度低、耐冲击性能差的弊 端,提供了一种金刚石砂轮及其制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是: 一种金刚石砂轮,按重量份数计,包括100〜120份金刚石基料、10〜20份树脂粘合剂、3 〜5份陶瓷粘合剂、2〜4份炭黑、1〜3份增韧剂和4〜5份无水乙醇; 所述的金刚石基料按重量份数计,包括80〜100份金刚石微粉、5〜10份柠檬酸钠、1〜3 份钙铁辉石、1〜3份铝粉、2〜4份钠长石、0.3〜0.5份铜粉、0.1〜0.3份锌粉; 所述的金刚石基料的制备方法为: (1) 将柠檬酸钠加入10倍质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠檬酸钠溶液中依次加入钙 铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉,加入球磨罐中研磨3〜5h后,得研磨料; (2) 将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉,加热至200〜220°C,搅拌后出料,得混 合料后放入烘箱中干燥,得干燥物后加入真空炉中,加热至1100〜1200°C,保温10〜15min 后冷却至室温,并出炉,即可得到金刚石基料。
[0008] 所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。
[0009] 所述的陶瓷粘合剂按重量份数计,包括15〜20份纳米二氧化娃溶胶、10〜20份纳 米二氧化钛、1〜3份淀粉、5〜10份氧化硼和3〜5份二氧化猛。
[0010] 所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中的一种或多种。
[0011] 所述的纳米二氧化硅溶胶的质量分数为20%。
[0012] 所述的增韧剂为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维中的一种。
[0013] 所述的一种金刚石砂轮的制备方法,具体制备步骤为: (1) 将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合,得混合粘合剂,并置于搅拌机中,向搅拌机中加入 金刚石基料,搅拌1〜2h后,再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇,以600〜800r/min转速搅拌混 合2〜4h,得砂轮料; (2) 将砂轮料倒入砂轮模具中,刮平后在温度为220〜300°C,压力为100〜150MPa压力 下,保压压制80〜IOOmin,压制过程中,每8〜IOmin放气一次; (3) 压制成型后得砂轮坯体,放入烧结炉中进行烧结成型,烧结体系为:150〜170°C、5 〜6h,200〜250°C、2〜4h,500〜550°C、50〜60min,烧结后自然冷却,即得金刚石砂轮。
[0014] 本发明与其他方法相比,有益技术效果是: (1) 本发明将金刚石微粉和钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉、锌粉复合后,经过高温处理 后,物质之间会发生化学反应,在金刚石微粉表面形成化合物,从而得到金刚石基料,有利 于降低金刚石的热损伤,而且可使金刚石基料与结合剂之间的结合力增大,使结合剂不易 断裂、脱落,使制得的砂轮磨削能力好,强度高; (2) 本发明将陶瓷结合剂和树脂粘合剂进行复合使用,使用后可以使砂轮的修整修锐 能力、磨削效果得到明显改善,同时,复合结合剂对金刚石基料的把持力好,在磨削时可承 受较重载荷,且磨料不易过早脱落,砂轮耐用度好,加工效率高,耐冲击性佳。
具体实施方式
[0015] 按重量份数计,分别选取80〜100份金刚石微粉、5〜10份柠檬酸钠、1〜3份钙铁辉 石、1〜3份铝粉、2〜4份钠长石、0.3〜0.5份铜粉、0.1〜0.3份锌粉;先将柠檬酸钠加入10倍 质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和 锌粉,加入球磨罐中研磨3〜5h后,得研磨料;将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉, 加热至200〜220°C,搅拌10〜15min后出料,得混合料后放入烘箱中,在100〜120°C温度下 干燥8〜IOh,得干燥物后加入真空炉中,加热至1100〜1200°C,保温10〜15min后冷却至室 温,并出炉,即可得到金刚石基料;按重量份数计,分别选取15〜20份质量分数20%纳米二氧 化硅溶胶、10〜20份纳米二氧化钛、1〜3份淀粉、5〜10份氧化硼和3〜5份二氧化锰,搅拌混 合后得陶瓷粘合剂,按重量份数剂,选取100〜120份金刚石基料、10〜20份树脂粘合剂、3〜 5份陶瓷粘合剂、2〜4份炭黑、1〜3份增韧剂和4〜5份无水乙醇;先将树脂粘合剂、陶瓷粘合 剂混合,得混合粘合剂,并置于搅拌机中,向搅拌机中加入金刚石基料,搅拌1〜2h后,再加 入炭黑、增韧剂和无水乙醇,以600〜800r/min转速搅拌混合2〜4h,得砂轮料;将砂轮料倒 入砂轮模具中,刮平后在温度为220〜300°C,压力为100〜150MPa压力下,保压压制80〜 IOOmin,压制过程中,每8〜IOmin放气一次;压制成型后得砂轮坯体,放入烧结炉中进行烧 结成型,烧结体系为:150〜170 °C、5〜6h,200〜250 °C、2〜4h,500〜550 °C、50〜60min,烧结 后自然冷却,即得金刚石砂轮。所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中 的一种或多种。所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。所述的 增韧剂为芳纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维中的一种。
[0016] 实例 1 按重量份数计,分别选取80份金刚石微粉、5份柠檬酸钠、1份钙铁辉石、1份铝粉、2份钠 长石、0.3份铜粉、0.1份锌粉;先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠檬 酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉,加入球磨罐中研磨3h后,得研磨 料;将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉,加热至200°C,搅拌IOmin后出料,得混合料 后放入烘箱中,在100°C温度下干燥8h,得干燥物后加入真空炉中,加热至IlOOcC,保温 IOmin后冷却至室温,并出炉,即可得到金刚石基料;按重量份数计,分别选取15份质量分数 20%纳米二氧化硅溶胶、10份纳米二氧化钛、1份淀粉、5份氧化硼和3份二氧化锰,搅拌混合 后得陶瓷粘合剂,按重量份数剂,选取100份金刚石基料、10份树脂粘合剂、3份陶瓷粘合剂、 2份炭黑、1份增韧剂和4份无水乙醇;先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合,得混合粘合剂,并 置于搅拌机中,向搅拌机中加入金刚石基料,搅拌Ih后,再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇,以 600r/min转速搅拌混合2h,得砂轮料;将砂轮料倒入砂轮模具中,刮平后在温度为220°C,压 力为IOOMPa压力下,保压压制80min,压制过程中,每8min放气一次;压制成型后得砂轮还 体,放入烧结炉中进行烧结成型,烧结体系为:150 °C、5h,200 °C、2h,500 °C、50min,烧结后自 然冷却,即得金刚石砂轮。所述的淀粉为马铃薯淀粉。所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺树脂。 所述的增韧剂为芳纶纤维。
[0017] 实例2 按重量份数计,分别选取90份金刚石微粉、8份柠檬酸钠、2份钙铁辉石、2份铝粉、3份钠 长石、0.4份铜粉、0.2份锌粉;先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠檬 酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉,加入球磨罐中研磨4h后,得研磨 料;将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉,加热至210°C,搅拌13min后出料,得混合料 后放入烘箱中,在110 °C温度下干燥9h,得干燥物后加入真空炉中,加热至1150°C,保温 13min后冷却至室温,并出炉,即可得到金刚石基料;按重量份数计,分别选取18份质量分数 20%纳米二氧化硅溶胶、15份纳米二氧化钛、2份淀粉、8份氧化硼和4份二氧化锰,搅拌混合 后得陶瓷粘合剂,按重量份数剂,选取110份金刚石基料、15份树脂粘合剂、4份陶瓷粘合剂、 3份炭黑、2份增韧剂和5份无水乙醇;先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合,得混合粘合剂,并 置于搅拌机中,向搅拌机中加入金刚石基料,搅拌2h后,再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇,以 700r/min转速搅拌混合3h,得砂轮料;将砂轮料倒入砂轮模具中,刮平后在温度为260°C,压 力为130MPa压力下,保压压制90min,压制过程中,每9min放气一次;压制成型后得砂轮还 体,放入烧结炉中进行烧结成型,烧结体系为:160 °C、6h,230 °C、3h,530 °C、55min,烧结后自 然冷却,即得金刚石砂轮。所述的淀粉为玉米淀粉。所述的树脂粘合剂为酚醛树脂。所述的 增韧剂为聚酯纤维。
[0018] 实例3 按重量份数计,分别选取100份金刚石微粉、10份柠檬酸钠、3份钙铁辉石、3份铝粉、4份 钠长石、〇. 5份铜粉、0.3份锌粉;先将柠檬酸钠加入10倍质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠 檬酸钠溶液中依次加入钙铁辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉,加入球磨罐中研磨5h后,得研 磨料;将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉,加热至220°C,搅拌15min后出料,得混合 料后放入烘箱中,在120°C温度下干燥10h,得干燥物后加入真空炉中,加热至1200°C,保温 15min后冷却至室温,并出炉,即可得到金刚石基料;按重量份数计,分别选取20份质量分数 20%纳米二氧化硅溶胶、20份纳米二氧化钛、3份淀粉、10份氧化硼和5份二氧化锰,搅拌混合 后得陶瓷粘合剂,按重量份数剂,选取120份金刚石基料、20份树脂粘合剂、5份陶瓷粘合剂、 4份炭黑、3份增韧剂和5份无水乙醇;先将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合,得混合粘合剂,并 置于搅拌机中,向搅拌机中加入金刚石基料,搅拌2h后,再加入炭黑、增韧剂和无水乙醇,以 800r/min转速搅拌混合4h,得砂轮料;将砂轮料倒入砂轮模具中,刮平后在温度为300°C,压 力为150MPa压力下,保压压制IOOmin,压制过程中,每IOmin放气一次;压制成型后得砂轮还 体,放入烧结炉中进行烧结成型,烧结体系为:170 °C、6h,250 °C、4h,550 °C、60min,烧结后自 然冷却,即得金刚石砂轮。所述的淀粉为魔芋淀粉。所述的树脂粘合剂为环氧树脂。所述的 增韧剂为玻璃纤维。
[0019] 对照例:苏州某公司生产的1A1350D-36T-127H-7X金刚石砂轮。
[0020] 将上述实施例所得金刚石砂轮与对照例的金刚石砂轮进行检测,具体检测如下: 1、 抗弯强度:采用三点抗弯强度法在SKZ-500型数显抗折试验机测试抗弯强度; 2、 硬度:采用HR-150DT洛氏硬度仪测量砂轮的洛氏硬度,压头为淬火钢球,直径为 1.59mm,载荷为980N; 3、 抗折强度:采用三点弯曲法,利用万能材料试验机测定金刚石砂轮折断时的载荷,并 对其抗折强度进行计算; 4、 冲击强度:采用XJ-300A型冲击试验机进行测定; 5、 表面粗糙度:利用TR200手持式粗糙度仪,采取随机取点并求其算术平方根的方法得 出磨削后金刚石砂轮的表面粗糙度值。
[0021] 结果如表一所不。
[0022]表一:
Figure CN107214634AD00061
由上表可知,本发明金刚石砂轮磨削效果好,强度高,同时具有较佳的耐冲击性能。

Claims (7)

1. 一种金刚石砂轮,按重量份数计,包括100〜120份金刚石基料、10〜20份树脂粘合 剂、3〜5份陶瓷粘合剂、2〜4份炭黑、1〜3份增韧剂和4〜5份无水乙醇; 其特征在于:所述的金刚石基料按重量份数计,包括80〜100份金刚石微粉、5〜10份柠 檬酸钠、1〜3份钙铁辉石、1〜3份铝粉、2〜4份钠长石、0.3〜0.5份铜粉、0.1〜0.3份锌粉; 所述的金刚石基料的制备方法为: 将柠檬酸钠加入10倍质量的水中,得柠檬酸钠溶液,向柠檬酸钠溶液中依次加入钙铁 辉石、铝粉、钠长石、铜粉和锌粉,加入球磨罐中研磨3〜5h后,得研磨料; 将研磨料加入反应釜中,并加入金刚石微粉,加热至200〜220°C,搅拌后出料,得混合 料后放入烘箱中干燥,得干燥物后加入真空炉中,加热至1100〜1200 °C,保温10〜15min后 冷却至室温,并出炉,即可得到金刚石基料。
2. 根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮,其特征在于:所述的树脂粘合剂为聚酰亚胺 树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种。
3. 根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮,其特征在于:所述的陶瓷粘合剂按重量份数 计,包括15〜20份纳米二氧化娃溶胶、10〜20份纳米二氧化钛、1〜3份淀粉、5〜10份氧化硼 和3〜5份二氧化猛。
4. 根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮,其特征在于:所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉 米淀粉、高粱淀粉、魔芋淀粉中的一种或多种。
5. 根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮,其特征在于:所述的纳米二氧化硅溶胶的质 量分数为20%。
6. 根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮,其特征在于:所述的增韧剂为芳纶纤维、聚 酯纤维、玻璃纤维中的一种。
7. 如权利要求1所述的一种金刚石砂轮的制备方法,其特征在于:具体制备步骤为: (1) 将树脂粘合剂、陶瓷粘合剂混合,得混合粘合剂,并置于搅拌机中,向搅拌机中加入 金刚石基料,搅拌1〜2h后,再加入炭黑、增朝剂和无水乙醇,以600〜800r/min转速搅拌混 合2〜4h,得砂轮料; (2) 将砂轮料倒入砂轮模具中,刮平后在温度为220〜300°C,压力为100〜150MPa压力 下,保压压制80〜IOOmin,压制过程中,每8〜IOmin放气一次; (3) 压制成型后得砂轮坯体,放入烧结炉中进行烧结成型,烧结体系为:150〜170°C、5 〜6h,200〜250°C、2〜4h,500〜550°C、50〜60min,烧结后自然冷却,即得金刚石砂轮。
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