CN108659791A - 一种三棱锥金刚石砂轮磨粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：（1）用过200目分样筛的预熔玻璃粉和粒度为230/270的金刚石粉按照体积比为3:1‑3的比例混合均匀；（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为8‑12wt.%的白糊精溶液；（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过30‑50目分样筛。本发明中使用的预熔玻璃粉与金刚石的结合强度高，制备出的金刚石砂轮磨粒硬度大，预熔玻璃粉胎体对金刚石磨料的把持力大，因此本发明的金刚石砂轮磨粒的使用寿命更长，磨削效率更高。本发明的制备方法操作简单、工艺稳定、易于实现、成本低廉，有利于大规模的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工磨具领域，具体涉及一种三棱锥金刚石砂轮磨粒及其制备方法。
背景技术
磨具产品作为工业的牙齿，在产品的磨削、成型加工、抛光方面有着不可替代的作用。随着现代工业的发展，高性能的磨具在工业以及民用领域中的应用越来越广，尤其在航空发动机盘/轴类零件的精加工领域，较多的采用了高温合金、钛合金材料，而高温合金、钛合金材料磨加工上属于难磨材料，由于其材料性能特点，磨加工时磨削区温度高，使得砂轮磨削面容易被金属屑堵塞、磨粒不容易自行脱落或者成片脱落；此外，被磨材料表面容易被烧伤、产生微裂纹、且粗糙度较差，这些都影响磨削材料质量及砂轮磨削效率。
金刚石是目前已知自然界中最硬的物质，其绝对硬度是石英的1000倍， 从而金刚石以其无以伦比的高硬度和优良的机械物理性能，广泛应用于加工磨削各种坚硬材料的技术领域。目前，陶瓷、玻璃、宝石等硬脆材料的加工常使用金刚石磨粒，其中，树脂结合剂金刚石磨粒磨削效率高，但使用寿命短；电镀金刚石磨粒磨削锋利，但寿命过短，需要频繁更换磨粒，导致生产效率低下；传统的金属结合剂金刚石磨粒使用寿命长，但磨削效率低，容易发生堵塞或烧伤等缺陷。
发明内容
本发明提供了一种三棱锥金刚石砂轮磨粒及其制备方法以解决现有磨粒使用寿命短和磨削效率低等问题。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和粒度为230/270的金刚石粉按照体积比为3:1-3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为8-12wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过30-50目分样筛。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒，所述预熔玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取原料：SiO2 60-65wt%、CaO 0-5wt%、Al2O3 5.20wt%、BaO 2.51wt%、K2O 1.98wt%、B2O3 16.17 wt%、Na2O 7-12 wt%；
（2）将氧化铝磨球与步骤（1）中的原料按照质量比1.5:1球磨混料12h，之后再混料12h，保证混料均匀；
（3）将混合均匀的步骤（2）中的原料取出，按照以10℃/min的升温速度升温到1400℃，然后保温两小时，再迅速倒入水中水淬处理，放入鼓风干燥箱中80 ℃保温12 h干燥后得到陶瓷结合剂玻璃原料；
（4）将步骤（2）中的陶瓷结合剂玻璃原料中加入氧化锆磨球，球料质量比例约为1.5:1-2:1，球磨转速约为100 r/min；每隔6h过200目筛，得到所述预熔玻璃粉，并将未能过筛的原料继续球磨，直至所有的原料玻璃被磨碎。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和金刚石粉按照体积比为5:3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为10wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过40目分样筛。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）制作模板；
（2）将制备好的原料装入模板；
（3）将装入原料的模板干燥、烧结、降温后取出。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，步骤（1）中在铁质板材上刻出棱长为4.5-5.5mm的三棱锥形槽，将槽的底部打出直径约为0.9-1.1mm的圆柱形通孔。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，步骤（2）中包括如下步骤：
①将石蜡置于在75-85℃下熔融，均匀喷洒于模板上的三棱锥形槽中，形成的石蜡薄膜的厚度为0.1-0.3mm；
②将金刚石砂轮磨粒原料均匀地加入三棱锥形槽中，压实，表面与模板表面平齐。
优选的，所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，步骤（3）中包括如下步骤：
①将模板倒置，用直径0.85-1.05mm的铁条从通孔中插入，深度到三棱锥的顶端处；
②将模板干燥，干燥温度为75-85℃，干燥2-4h后取出；
③用铁条从通孔中插入，将三棱锥推出；
④把三棱锥烧结，升温速度为1-3℃/min，在400-500℃保温1-1.5h，在650-750℃保温1.5-2h，降温后得到三棱锥形金刚石砂轮磨粒。
本发明的有益效果如下：
1、本发明中的砂轮磨粒以SiO2-Al2O3-B2O3-Na2O系统玻璃为基础的预熔玻璃粉，采用高温熔融法制备出预熔玻璃粉；预熔玻璃粉本身具有强度高，耐磨性好等优点，与金刚石结合可以充分发挥其优秀的磨削能力。
2、本发明中使用的预熔玻璃粉与金刚石的热膨胀系数相匹配，其结合强度高于树脂结合剂金刚石磨粒及金属结合剂金刚石磨粒的结合强度，其硬度大于树脂结合剂金刚石磨粒及金属结合剂金刚石磨粒的硬度。对金刚石磨料的把持力是影响金刚石工具使用寿命和磨削效率的关键因素，本发明中的预熔玻璃粉胎体对金刚石磨料的把持力大于树脂胎体及金属胎体对金刚石磨料的把持力，因此本发明的金刚石砂轮磨粒的使用寿命更长，磨削效率更高。采用水重法检测该金刚石砂轮磨粒的致密度，经测试，其致密度能达到97％；采用洛氏硬度计检测该金刚石砂轮磨粒的硬度，经测试，其硬度能达到HRC66.1；使用寿命比金属结合剂金刚石磨粒延长约15%。
附图说明
图1为所制作的模板照片；
图2为喷蜡、加入原料和压实步骤示意图；
图3为插入铁条的步骤示意图；
图4为三棱锥金刚石砂轮磨粒的脱模示意图；
图5为制备出的三棱锥形金刚石砂轮磨粒的照片。
具体实施方式
实施例1
一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和粒度为230/270的金刚石粉按照体积比为3:1-3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为8-12wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过30-50目分样筛。
所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）制作模板；
（2）将制备好的原料装入模板；
（3）将装入原料的模板干燥、烧结、降温后取出。
实施例2
一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和粒度为230/270的金刚石粉按照体积比为5:3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为10wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过40目分样筛。
所述预熔玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取原料：SiO2 60-65wt%、CaO 0-5wt%、Al2O3 5.20wt%、BaO 2.51wt%、K2O 1.98wt%、B2O3 16.17 wt%、Na2O 7-12 wt%；
（2）将氧化铝磨球与步骤（1）中的原料按照质量比1.5:1球磨混料12h，之后再混料12h，保证混料均匀；
（3）将混合均匀的步骤（2）中的原料取出，按照以10℃/min的升温速度升温到1400℃，然后保温两小时，再迅速倒入水中水淬处理，放入鼓风干燥箱中80 ℃保温12 h干燥后得到陶瓷结合剂玻璃原料；
（4）将步骤（2）中的陶瓷结合剂玻璃原料中加入氧化锆磨球，球料质量比例约为1.5:1-2:1，球磨转速约为100 r/min；每隔6h过200目筛，得到所述预熔玻璃粉，并将未能过筛的原料继续球磨，直至所有的原料玻璃被磨碎。
所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）制作模板工艺包括如下步骤：在铁质板材上刻出棱长为4.5-5.5mm的三棱锥形槽，将槽的底部打出直径约为0.9-1.1mm的圆柱形通孔。
（2）原料装入模板工艺包括如下步骤；
①将石蜡置于在75-85℃下熔融，均匀喷洒于模板上的三棱锥形槽中，形成的石蜡薄膜的厚度为0.1-0.3mm；
②将金刚石砂轮磨粒原料均匀地加入三棱锥形槽中，压实，表面与模板表面平齐。
（3）干燥、烧结、降温工艺包括如下步骤：
①将模板倒置，用直径0.85-1.05mm的铁条从通孔中插入，深度到三棱锥的顶端处；
②将模板干燥，干燥温度为75-85℃，干燥2-4h后取出；
③用铁条从通孔中插入，将三棱锥推出；
④把三棱锥烧结，升温速度为1-3℃/min，在400-500℃保温1-1.5h，在650-750℃保温1.5-2h，降温后得到三棱锥形金刚石砂轮磨粒。
实施例3
一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和金刚石粉（230/270)按照体积比为5:3的比例放入三维混料机中混合4h，预熔玻璃粉和金刚石粉与氧化锆球的质量比为1:1.5；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为10wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体与步骤（2）中制备的白糊精溶液置于陶瓷研钵中，用研磨棒混合2分钟，使白糊精溶液与粉体充分均匀混合，混合均匀后，过40目分样筛；
所述预熔玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取原料：SiO2 60-65wt%、CaO 0-5wt%、Al2O3 5.20wt%、BaO 2.51wt%、K2O 1.98wt%、B2O3 16.17 wt%、Na2O 7-12 wt%；
（2）将氧化铝磨球与步骤（1）中的原料按照质量比1.5:1球磨混料12h，之后再混料12h，保证混料均匀；
（3）将混合均匀的步骤（2）中的原料取出，按照以10℃/min的升温速度升温到1400℃，然后保温两小时，再迅速倒入水中水淬处理，放入鼓风干燥箱中80 ℃保温12 h干燥后得到陶瓷结合剂玻璃原料；
（4）将步骤（2）中的陶瓷结合剂玻璃原料中加入氧化锆磨球，球料质量比例约为1.5:1-2:1，球磨转速约为100 r/min；每隔6h过200目筛，得到所述预熔玻璃粉，并将未能过筛的原料继续球磨，直至所有的原料玻璃被磨碎。
所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石蜡置于在80℃下熔融，均匀喷洒于铁质模具上的三棱锥形凹槽中，形成的石蜡薄膜的厚度约为0.2mm；
（2）将金刚石砂轮磨粒原料均匀地加入三棱锥凹槽中，压实，表面与模具表面平齐；
（3）将模具倒置，用直径略小于1mm的铁条从通孔中插入，深度到三棱锥的顶端处；
（4）将模具置于温度为80℃的干燥箱中，干燥两小时后取出；
（5）用直径略小于1mm的铁条从通孔中插入，将四棱锥推出；
（6）把四棱锥放入马弗炉中烧结，升温速度为1℃/min，在450℃保温1h，在700℃保温1.5h，随炉降温后得到四棱锥形金刚石砂轮磨粒。采用水重法检测该金刚石磨头的致密度，经测试，其致密度能达到97％；采用洛氏硬度计检测该金刚石磨头的硬度，经测试，其硬度能达到HRC66.1。
金刚石砂轮磨粒的磨削实验
磨削加工实验在万能工具磨床上以端面磨削的方式进行。实验分为实验组和对比组两组，实验组使用实施例3中制备方法制备出的10颗三棱锥金刚石砂轮磨粒对花岗石工件进行磨削，取平均值。对比组使用10颗同样尺寸的金属结合剂金刚石磨粒对相同的花岗石工件进行磨削，取平均值。磨粒的磨损形貌利用三维视频显微采集系统进行观察，并对20颗磨粒的形貌进行跟踪统计。金刚石磨粒的高度随加工过程中花岗石工件的变化数据如表1所示。
表1 金刚石磨粒出露高度与花岗石磨损量数据表
| 磨损量（cm3） | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 |
| 本发明磨粒高度（mm） | 3 | 2.7 | 2.4 | 2.2 | 2 | 1.8 | 1.7 | 1.6 | 1.5 |
| 金属结合剂磨粒高度（mm） | 3 | 2.6 | 2.3 | 2 | 1.5 | 1.2 | 1.1 | 1.0 | 0.9 |
从表1中可以看出金刚石磨粒随着加工过程的进行，磨粒的出露高度越来越低，本发明中的金刚石砂轮磨粒的出露高度变化较为平缓，在整个加工过程中本发明的金刚石砂轮磨粒没有出现出露高度明显下降的阶段，且本发明中的金刚石砂轮磨粒的磨损速度低于金属结合剂金刚石磨粒的磨损速度，增加了金刚石砂轮磨粒的使用寿命。
Claims (7)
1.一种三棱锥金刚石砂轮磨粒，其特征在于，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和粒度为230/270的金刚石粉按照体积比为3:1-3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为8-12wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过30-50目分样筛。
2.根据权利要求1所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒，其特征在于所述预熔玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取原料：SiO2 60-65wt%、CaO 0-5wt%、Al2O3 5.20wt%、BaO 2.51wt%、K2O 1.98wt%、B2O3 16.17 wt%、Na2O 7-12 wt%；
（2）将氧化铝磨球与步骤（1）中的原料按照质量比1.5:1球磨混料12h，之后再混料12h，保证混料均匀；
（3）将混合均匀的步骤（2）中的原料取出，按照以10℃/min的升温速度升温到1400℃，然后保温两小时，再迅速倒入水中水淬处理，放入鼓风干燥箱中80 ℃保温12 h干燥后得到陶瓷结合剂玻璃原料；
（4）将步骤（2）中的陶瓷结合剂玻璃原料中加入氧化锆磨球，球料质量比例约为1.5:1-2:1，球磨转速约为100 r/min；每隔6h过200目筛，得到所述预熔玻璃粉，并将未能过筛的原料继续球磨，直至所有的原料玻璃被磨碎。
3.根据权利要求1所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒，其特征在于，原料的制备包括以下步骤：
（1）将预熔玻璃粉和金刚石粉按照体积比为5:3的比例混合均匀；
（2）用白糊精和蒸馏水配置出浓度为10wt.%的白糊精溶液；
（3）在步骤（1）中制备的粉体中加入步骤（2）中制备的白糊精溶液，混合均匀后，过40目分样筛。
4.一种如权利要求1-3任意一条权利要求所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制作模板；
（2）将制备好的原料装入模板；
（3）将装入原料的模板干燥、烧结、降温后取出。
5.根据权利要求4所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）中在铁质板材上刻出棱长为4.5-5.5mm的三棱锥形槽，将槽的底部打出直径约为0.9-1.1mm的圆柱形通孔。
6.根据权利要求4所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中包括如下步骤：
①将石蜡置于在75-85℃下熔融，均匀喷洒于模板上的三棱锥形槽中，形成的石蜡薄膜的厚度为0.1-0.3mm；
②将金刚石砂轮磨粒原料均匀地加入三棱锥形槽中，压实，表面与模板表面平齐。
7.根据权利要求4所述的三棱锥金刚石砂轮磨粒的制备方法，其特征在于，步骤（3）中包括如下步骤：
①将模板倒置，用直径0.85-1.05mm的铁条从通孔中插入，深度到三棱锥的顶端处；
②将模板干燥，干燥温度为75-85℃，干燥2-4h后取出；
③用铁条从通孔中插入，将三棱锥推出；
④把三棱锥烧结，升温速度为1-3℃/min，在400-500℃保温1-1.5h，在650-750℃保温1.5-2h，降温后得到三棱锥形金刚石砂轮磨粒。
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Application publication date: 20181016 |