CN108098602A

CN108098602A - 一种用于磨削钛合金的陶瓷微晶金刚石砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN108098602A
Application number: CN201711325170.7A
Authority: CN
Inventors: 孙怀真
Original assignee: Zhengzhou Macro Precision Tools Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Macro Precision Tools Co Ltd
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-06-01

Abstract

本发明公开了一种用于磨削钛合金的砂轮及其制备方法，它由以下重量份数的原材料制备而成：蜂窝状金刚石磨料65‑75份、陶瓷微晶结合剂20‑30份、临时黏贴剂3‑6份、致孔剂5‑10份。本发明采用了陶瓷微晶结合剂，这为增加磨具的结合强度、耐磨性、自锐性、刃口、磨削效率、散热性提供了有利条件；本发明的填充剂精萘高温挥发后产生均匀一致的气孔，使其散热性进一步加强；另外本发明的采用了等静压压机，压力为液态传递，增强磨具组织均匀性和产品稳定性。

Description

一种用于磨削钛合金的陶瓷微晶金刚石砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及高速磨削加工领域，具体说是涉及一种用于钛合金材料高速磨削的砂轮及其制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、良好的耐腐蚀性、良好的机械、力学性能，被誉为“未来的金属”，在航空航天领域成为不可缺少的材料。进入21世纪，随着科技发展和产品性能的提高，对钛合金零件的尺寸精度和表面粗糙度要求越来越高，由于钛合金材料本身物理机械性能，磨削加工时易出现表面烧伤、表面完整性降低，目前急需解决对钛合金材料磨削的问题，这已成为其未能广泛推广应用的主要原因，所以选择合适的砂轮是非常必要的。

目前，磨削钛合金使用的磨料主要由“普通磨料绿色碳化硅”，由于普通磨料绿色碳化硅制成的砂轮使用线速度较低(15-20m/s)，吃刀深度较小(不大于0.02mm)，存在寿命低，效率低的问题，对于加工要求粗糙度Ra 0.2，余量0.3mm，磨削效率25秒，甚至工件表面出现烧伤、裂纹等质量问题，同时，磨屑易粘附在磨削刃上，造成砂轮耐用度极低。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术用于磨削钛合金的砂轮存在的缺点和不足，提供一种具有热导率高、自锐性好、磨削效率高、磨削精度高、使用寿命长、化学稳定性好、磨削成本低的磨削钛合金用的砂轮，使其更好地适用于钛合金磨削加工的需要，有效地解决钛合金磨削过程中出现的问题。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于磨削钛合金的砂轮，它由以下重量份数的原材料制备而成：蜂窝状金刚石磨料65-75份、陶瓷微晶结合剂20-30份、临时黏贴剂3-6份、致孔剂5-10份。

所述临时黏贴剂为糊精粉或者酚醛树脂粉，所述致孔剂为精奈或者核桃壳。

进一步，所述糊精粉为环糊精粉。

一种制备上述砂轮的方法，所述方法包括以下步骤：：

1)、蜂窝状金刚石磨料的准备

选取粒度为170/200#的蜂窝状金刚石磨料按国标要求尺寸分布，用粒度分析仪检测，合格后备用。

2)、陶瓷微晶结合剂的制备

将化学试剂在1500℃条件下保温3小时，然后倒入水中水淬，在70℃下烘干10小时，装入行星式球磨机刚玉罐中，同时加入氧化锆球混料，研磨20小时，并过500目筛网备用：

3)糊精液的制备

向烧沸的蒸馏水中加入糊精粉或酚醛树脂粉，搅拌均匀，自然冷却备用，所述糊精粉或酚醛树脂粉与蒸馏水的质量比为3∶10；

4)精萘的准备

将精奈过筛网取80目以下100目以上的备用。

5)、将步骤1)、2)、3)、4)所得原料按重量份数要求称取后放入研钵内，搅拌均匀后备用。

6)、将步骤5)中的混合物按重量要求称取，装入模具中用等静压压机压制成型，目的增加压制时的均匀性，做好备用。

7)、将步骤6)放入烘箱中，在80度下烘干2小时，蒸发水分，防止烧结时砂轮片裂纹。做好备用。

8)、将步骤7)放入烧结炉内进行烧制，烧结温度700-780度、核化温度520-580度、晶化温度600-680度，做好备用。

9)、将8)在磨床上按图纸要求修整符合图纸，制成成品。

进一步，所述蜂窝状金刚石磨料的粒度为170/200#，并按GB/T6406规定分布。

进一步，所述化学试剂包括以下重量份数的原料：Li₂O 5-8份，Na₂O 5-20份，K₂O5-8份，B₂O₃5-20份，Al₂O₃5-20份，CaO 5-8份，MgO 5-8份，SiO₂20-40份，Bi₂O₃5-8份，ZrO₂5-8份，TiO₂5-8份。

进一步，所述氧化锆球中直径为φ15毫米的球与直径为φ10毫米球的重量比为1∶1。

进一步，所述装入行星式球磨机刚玉罐中的化学试剂与氧化锆球的重量比为1∶3。

本发明的原理及有益效果是：1、由于本发明采用了陶瓷微晶结合剂，这为增加磨具的结合强度、耐磨性、提供了有利条件；原理：结合剂在冶炼时添加有成晶核剂，通过烧结曲线，保证结合剂的成晶核数量和晶核成长的尺寸，提高结合剂的强度、增加对磨料的把持力，降低磨料在使用中的脱落数量，保证磨料的使用率。

2、由于发明的填充剂精萘高温挥发后产生均匀一致的气孔，原理：在配料时将精萘加入混合均匀，成型后精萘会在制品中形成均匀占位，精萘在80度开始挥发，250度基本全部挥发完，这样会在制品中形成原占位的空隙，保证制品的气孔率，使其散热性进一步加强；

3、由于发明的采用了等静压压机，压力为液态传递，增强磨具组织均匀性和产品稳定性；普通砂轮的模具为淬火钢模具，压制时为面传递压力，制作砂轮有密度不均匀现象，此制作工艺为橡胶模具，放入等精压机的液压缸，压力为液态传递，橡胶模具在传递压力时会有一定的变形，保证密度的均匀性。

与“普通绿色碳化硅砂轮”相比具有散热率高、结合强度高、多刃口、自锐性好、磨削效率高、磨削精度高、耐磨性好、稳定性好、磨削成本低的特点并且使用成本低、达到普通绿色碳化硅砂轮的寿命100倍以上、更加环保等优点；与国外同类型砂轮相比具有更高的性价比，在一定使用领域可完全替代进口砂轮，解决了目前市场上此类砂轮的空白。将为国家航空航天及军工产业的进步产生巨大的作用。

附图说明：

图1：实施例1中的烧结曲线；

图2：实施例2中的烧制曲线；

图3：实施例3中的烧制曲线。

具体实施方式

实施例1：

本实施例采用以下配比及工艺步骤来实现：

1)、蜂窝状金刚石磨料，其粒度为170/200#，采用粒度分析仪检测其尺寸分布符合GB/T6406分布。

2)、制备陶瓷微晶结合剂：将下述重量份数的化学试剂在1500℃条件下保温3小时，然后倒入水中水淬，在70℃下烘干10小时，装入行星式球磨机刚玉罐中，同时加入氧化锆球混料，所述氧化锆球混料是由φ15mm与φ10mm的氧化锆球以重量比为1∶1的比例混合而成，其中，氧化锆球混料为23.3份，研磨20小时后，过500目筛网过滤备用。

3)、糊精液：向烧沸的蒸馏水中加入环糊精粉，搅拌均匀，自然冷却备用，所述环糊精粉与蒸馏水的质量比为3∶10；将蒸馏水500ml放入容器中烧沸，加入150克环糊精粉，搅拌均匀烧沸，自然冷却备用。

4)、精萘：将精奈过筛网，取80目已下100目以上的备用。

5)、将步骤1)中65份的蜂窝状金刚石磨料、步骤2)中20份的陶瓷微晶结合剂、步骤3)中3份的环糊精液、步骤4)中5份的精奈称取放入研钵，搅拌均匀备用。

6)、按照砂轮2.4g/cm³的成型密度要求，称取5)中备用料，装入模具中用等静压压机压制成型，目的增加压制时的均匀性，做好备用。

7)、将6)中压制成胚胎的砂轮放入80度烘箱中烘干2小时，做好备用。

8)、将7)中烘干好的胚胎砂轮放入烧结炉内，按照图1中的烧制曲线进行烧制，其中烧结温度700度、核化温度520度、晶化温度600度，做好备用。

9)、将G在磨床上按1A8(国标形状代号：GB/T 6409.1--94)外圆20mm、厚度20mm、内孔10mm修整，符合图纸，即为成品。

实施例2：

本实施例采用以下配比及工艺步骤来实现：

2)、制备陶瓷微晶结合剂：将下述重量份数的化学试剂在1500℃条件下保温3小时，然后倒入水中水淬，在70℃下烘干10小时，装入行星式球磨机刚玉罐中，同时加入氧化锆球混料，所述氧化锆球混料是由φ15mm与φ10mm的氧化锆球以重量比为1∶1的比例混合而成，其中，氧化锆球混料为52份，研磨20小时后，过500目筛网过滤备用。

3)、酚醛树脂液：向烧沸的蒸馏水中加入酚醛树脂粉，搅拌均匀，自然冷却备用，所述酚醛树脂粉与蒸馏水的质量比为3∶10；将蒸馏水500ml放入容器烧沸，加入150克酚醛树脂粉，搅拌均匀烧沸，自然冷却备用。

4)、核桃壳：将核桃壳过筛网，取80目已下100目以上的备用。

5)、将1)中70份的蜂窝状金刚石磨料、2)中25份的陶瓷微晶结合剂、3)中4.5份的酚醛树脂、4)中7.5份的核桃壳称取放入研钵，搅拌均匀备用。

8)、将7)中烘干好的胚胎砂轮放入烧结炉内，按照图2中的烧制曲线进行烧制，其中烧结温度740度、核化温度550度、晶化温度640度，烧结曲线如下，做好备用。

实施例3：

本实施例采用以下配比及工艺步骤来实现：

2)、制备陶瓷微晶结合剂：将下述重量份数的化学试剂在1500℃条件下保温3小时，然后倒入水中水淬，在70℃下烘干10小时，装入行星式球磨机刚玉罐中，同时加入氧化锆球混料，所述氧化锆球混料是由φ15mm与φ10mm的氧化锆球以重量比为1∶1的比例混合而成，其中，氧化锆球混料为35份，研磨20小时后，过500目筛网过滤备用。

3)、糊精液：向烧沸的蒸馏水中加入环糊精粉，搅拌均匀，自然冷却备用，所述环糊精粉与蒸馏水的质量比为3∶10；将蒸馏水500ml放入容器烧沸，加入150克环糊精粉，搅拌均匀烧沸，自然冷却备用。

4)、精萘：将精奈过筛网，取80目已下100目以上的备用。

5)、将1)中75份的蜂窝状金刚石磨料、2)中30份的陶瓷微晶结合剂、3)中6份的环糊精液、4)中10份的精奈称取放入研钵，搅拌均匀备用。

8)、将7)中烘干好的胚胎砂轮放入烧结炉内，按照图3中的烧制曲线进行烧制，其中烧结温度780度、核化温度580度、晶化温度680度，烧结曲线如下，做好备用。

实验表明，使用本方案制作的磨具切削加工材料为钛合金，通过蜂窝状的磨料和微晶结合剂，此磨料和结合剂具有多刃口，多气孔，强度高、保持性好的特点。做成的制品吸水率达到14.66％，开口气孔率是31.18％，真密度3.092g/cm³，体密度2.127g/cm³，喷砂硬度0.78mm。

具体加工产品数据对比如下：

Claims

1.一种用于磨削钛合金的砂轮，其特征在于：它由以下重量份数的原材料制备而成：蜂窝状金刚石磨料65-75份、陶瓷微晶结合剂20-30份、临时黏贴剂3-6份、致孔剂5-10份。

2.根据权利要求1所述的用于磨削钛合金的砂轮，其特征在于：所述临时黏贴剂为糊精粉或者酚醛树脂粉。

3.根据权利要求1所述的用于磨削钛合金的砂轮，其特征在于：所述致孔剂为精奈或者核桃壳。

4.一种用于制备权利要求1所述砂轮的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)、蜂窝状金刚石磨料的准备：

选取粒度为170/200#的蜂窝状金刚石磨料，用粒度分析仪检测，合格后备用；

2)、陶瓷微晶结合剂的制备：

将化学试剂在1500℃条件下保温3小时，然后倒入水中水淬，在70℃下烘干10小时，装入行星式球磨机刚玉罐中，同时加入氧化锆球混料，研磨20小时，并过500目筛网备用；

3)临时黏贴剂的制备：

4)致孔剂的准备：将精奈或核桃壳过筛网，取80目以下以及100目以上的筛下料备用。

7)、将步骤6)中所压制好的砂轮毛坯放入烘箱中，在80度下烘干2小时，蒸发水分，防止烧结时砂轮片裂纹，做好备用；

8)、将步骤7)烘干后的砂轮放入烧结炉内烧制，烧结温度700-780度、核化温度520-580度、晶化温度600-680度，做好备用；

9)、将步骤8)烧结后的砂轮在磨床上按图纸要求修整，制成成品。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述化学试剂是由以下重量份数的原料混合而成：Li₂O 5-8份，Na₂O 5-20份，K₂O 5-8份，B₂O₃ 5-20份，Al₂O₃ 5-20份，CaO 5-8份，MgO5-8份，SiO₂ 20-40份，Bi₂O₃ 5-8份，ZrO₂ 5-8份，TiO₂ 5-8份。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述氧化锆球混料是由直径分别为φ15mm和φ10mm的氧化锆球以重量比为1∶1的比例混合而成。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述装入行星式球磨机刚玉罐中的化学试剂与氧化锆球混料的重量比为1∶3。