CN108687679B - 一种开槽陶瓷结合剂cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，所述开槽方式用金属结合剂锯片，所述开槽缝隙宽度为0.3mm的一条切缝，所述成品缝隙可以控制在0.3mm以内。本发明释放了陶瓷结合剂CBN砂轮的自身应力，减弱了基体热胀冷缩对砂轮的影响。在不影响砂轮的性能的情况下，使砂轮适用于不同的加工和使用环境，从而避免砂轮出现裂纹。本发明操作简单，便于推广。

Description

一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备工艺，属于陶瓷结合剂CBN砂轮制备技术领域。
背景技术
现有技术中，陶瓷结合剂CBN砂轮的制备一般为，采用把环状的砂轮烧结成型后，与基体进行配合，粘接后再进行修整。CBN砂轮烧结后本身就存在应力，与铝基体配合后，基体有热胀冷缩的特性，因此在修整和使用过程温差太大极易使砂轮出现裂纹。另一种陶瓷结合CBN砂轮制备方式就是把环状砂轮做成分段的小结块，然后修整对接角度，拼接后与基体进行粘接，使用过程中容易出现结块脱落的现象，而且整个生产流程比较繁琐。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上开槽；
（2）在槽内填充高强度结构胶；在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面和/或基体外表面涂覆高强度结构胶；
（3）将陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层与基体配合粘接后，固定固化，最后修整，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮。
一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的制备方法，包括以下步骤：
（1）在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上开槽；
（2）在槽内填充高强度结构胶；在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面涂覆高强度结构胶，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层。
上述技术方案中，所述基体为铝基体或者基体包括铝基以及与铝基热压的附层，所述附层包括树脂粉、铜粉、铝粉和碳化硅；优选的，树脂粉、铜粉、铝粉和碳化硅的质量比为1∶1.5∶2.5∶3，附层的厚度为1～1.2mm。树脂粉、铜粉、铝粉和碳化硅都为市购产品，本发明利用四种原料混合后与铝基置入模具热压，由于金属粉的存在提高了树脂粉与铝基的粘接力与散热能力，碳化硅粉提高了附层力学稳定性，尤其是限定其用量比例以及厚度，使得附层既可以发挥与铝基的粘接效果，又能够发挥与磨料层的粘接效果。
上述技术方案中，所述高强度结构胶为双酚F环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己炔、四乙氧基硅烷的混合物，优选的双酚F环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己炔、四乙氧基硅烷的质量比为100∶40∶10∶20。
槽内填充为环氧树脂改性胶水，在环氧树脂胶水中增加改性组分，用以提高槽间的粘接强度，缩短固化时间，利于粘接和较少胶水对砂轮性能的影响。磨料层开槽会对磨削性产生影响，本发明通过结构胶的填充，得到的砂轮稳定性尤其是高速磨削稳定性优异。
上述技术方案中，所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的外径为100～200mm；所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的宽度为3～10mm，厚度为3～10mm。
优选地，所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的外径为125～135mm；所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的宽度为6～8mm，厚度为3～5mm。
开槽砂轮在这些范围内，可表现出更好的效果，限定砂轮外径与环宽，砂轮变形量小，利于开槽，不仅降低操作难度，良品率提高，还不会影响砂轮性能。
上述技术方案中，所述槽的宽度为0.1～0.3mm，本发明把环状的陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层完整切开一条缝隙，槽贯通磨料层，槽为一条，在缝隙内填充高强度结构胶，减小了砂轮自身的应力和基体热胀冷缩特性对砂轮造成裂纹的影响。开槽很重要，若开槽宽度大于这个0.3mm，被加工工件的粗糙度会直线上升越来越大，槽宽小于0.1mm时，砂轮中大部分应力并没消除，开槽效果不明显。
上述技术方案中，陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的制备方法为，将CBN磨料、陶瓷结合剂粉末、空心球、填料、树脂液与丙酮溶液混合搅拌均匀；然后待丙酮溶液完全挥发后再过筛压制成生坯；然后将生坯于960℃保温3小时，制备陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层，具体的：
以CBN磨料、陶瓷结合剂粉末、空心球、填料、树脂液质量之比为24∶5∶1∶3∶1的量进行称料，将其放入烧杯中。再往烧杯中倒入一定量的丙酮溶液，搅拌均匀。待丙酮溶液完全挥发后。用60目的筛网过筛装盒待用。用模具将装盒的料以ρ＝2.1的成型密度压制成的圆环形状的生坯，将生坯放入马弗炉中，以960℃保温3小时的流程进行烧结。其中陶瓷结合剂粉末、树脂液都为现有常规产品，空心球为造孔用，空心球造孔更为均匀致密，可有效降低开槽难度。
上述技术方案中，在开槽前陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层需要用冷却液浸透，开槽在冷却液环境下进行
优选的，槽的侧壁设有孔，孔的深度优选0.05mm，孔径为0.1mm，孔的数量、间距不做限定，一般槽的一个侧壁上的孔总表面和为该侧壁的30%左右；这个孔的设计可以使得高强度结构胶进入，固化后可以形成多个界面辅助作用点，孔不深也不大避免对槽侧壁强度的影响。
本发明还公开了根据上述制备方法制备的开槽陶瓷结合剂CBN砂轮以及开槽陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层；还公开了开槽陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层在制备开槽陶瓷结合剂CBN砂轮中的应用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明首次在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层开设槽并填充结构胶，减小了砂轮自身的应力和基体热胀冷缩特性对砂轮造成裂纹的影响；配合砂轮磨料层与基体界面处结构胶的使用，在不影响砂轮的性能的情况下，使砂轮适用于不同的加工和使用环境。
本发明解决了现有技术修整加工时导致砂轮应力缺陷的问题，提高了砂轮的粘接强度，减少了砂轮脱圈掉块的概率。
本发明操作简单，便于推广。
附图说明
图1是实施例一开槽陶瓷结合剂CBN砂轮结构示意图；
图2是实施例二陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层结构示意图；
图3为实施例三基体结构示意图；
图4是实施例三开槽陶瓷结合剂CBN砂轮结构示意图；
其中：1、陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层；2、基体；3、高强度结构胶；4、槽；5、孔；6、铝基；7、附层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）以CBN磨料、陶瓷结合剂粉末、空心球、填料白刚玉、酚醛树脂液质量之比为24∶5∶1∶3∶1的量进行称料，将其放入烧杯中。再往烧杯中倒入一定量的丙酮溶液，搅拌均匀。待丙酮溶液完全挥发后。用60目的筛网过筛装盒待用。用模具将装盒的料以ρ＝2.1的成型密度压制成的圆环形状的生坯，将生坯放入马弗炉中，以960℃保温3小时的流程进行烧结，得到陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层；
其中CBN磨料、陶瓷结合剂粉末、空心球、填料、酚醛树脂液都为现有常规产品；
在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上开槽；在开槽前砂轮需要用冷却液浸透，开槽时也需要带冷却液工作；
（2）在槽内填充高强度结构胶（由双酚F环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己炔、四乙氧基硅烷按质量比100∶40∶10∶20组成）；在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面和铝基体外表面涂覆高强度结构胶；
（3）将陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层与基体配合粘接后，固定固化，最后修整，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮。
参见图1所示，砂轮磨料层宽度7mm，厚度4mm，槽宽度0.25mm，其中1为陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层，2为基体即铝基体，3为高强度结构胶（槽内、铝基体表面、磨料层内表面都有），4为槽，铝基体表面、磨料层内表面的结构胶层厚度薄，没有特别显示。
本发明用0.25mm厚的金属结合剂锯片，先将陶瓷结合CBN砂轮高温烧结后再将砂轮磨料层开槽，释放砂轮中的自身应力，然后在切缝内及陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面（接触基体的表面）和基体外表面（接触磨料层的表面）粘接处均匀涂上高强度结构胶，粘接在一起，用5*500的扎带将其收紧固定，直到胶完全固化，再进行修整和使用，避免缝隙太大影响砂轮使用。采用本发明制备方法制作的成品砂轮中，陶瓷结合剂CBN砂轮外径在130.5mm，成品砂轮中，开槽的缝隙可以控制在0.3mm以内，缝隙和基体粘接处都均匀的高强度结构胶，增加了粘接强度。
实施例二
参见附图2，陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上的槽两个侧壁设有孔5，孔的深度优选0.05mm，孔径为0.1mm，一个侧壁上的孔总表面和为该侧壁的30%左右，孔的制备为现有技术；其他制备方法与实施例一一样，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮。
实施例三
参见附图3，陶瓷结合剂CBN砂轮的基体2包括铝基6以及附层7，将市购的质量比为1∶1.5∶2.5∶3的聚酰亚胺树脂粉、铜粉、铝粉和碳化硅填料混合过60目的筛网后，与铝基体一起置入模具中，经过冷压、热压得到基体，在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面和基体外表面（即附层表面）涂覆高强度结构胶；冷压工艺：压机压力30t，保压时间1min，热压工艺：压机压力30t，压机上下板温度120℃，保压20min。
其他制备方法与实施例二一样，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，结构示意图见附图4。
对比例一
不在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上开槽，其他制备方法与实施例一一样，得到未开槽陶瓷结合剂CBN砂轮。
表1为以上三种砂轮的性能，从整体数据来看，砂轮开槽性能更稳定，在砂轮使用过程中极少出现裂纹，脱圈等情况，加工效率更高。
表1 砂轮性能
砂轮类型 转速（RPM）） 粗糙度（Ra） 修整间隔 加工工件数 良品率
实施例一开槽砂轮 8.5 0.3 250 1845 95%
实施例二开槽砂轮 8.5 0.3 270 1885 98%
实施例三开槽砂轮 8.5 0.3 285 1905 98%
未开槽砂轮 8.5 0.3 180 1503 65%
将实施例一的高强度结构胶更换为现有砂轮粘接用结构胶，得到开槽砂轮修整间隔为100，加工良率为50%，无法符合工业应用。
在实施例三的基础上不开槽，得到砂轮修整间隔为150，加工良率为70%。
本发明针对目前陶瓷结合剂CBN砂轮的制备存在的缺陷，开发一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，解决现有技术中因砂轮自身应力和基体热胀冷缩特性引起的砂轮裂纹，在不影响砂轮的性能的情况下，使砂轮适用于不同的加工和使用环境。

Claims (6)

1.一种开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法包括以下步骤：
（1）在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层上开槽；所述槽的侧壁设有孔；所述槽的宽度为0.1～0.3mm；
（2）在槽内填充高强度结构胶；在陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层内表面和/或基体外表面涂覆高强度结构胶；所述高强度结构胶为双酚F环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己炔、四乙氧基硅烷的混合物；双酚F环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己炔、四乙氧基硅烷的质量比为100∶40∶10∶20；
（3）将陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层与基体配合粘接后，固定固化，最后修整，得到开槽陶瓷结合剂CBN砂轮。
2.根据权利要求1所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的外径为100～200mm；所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的宽度为3～10mm，厚度为3～10mm。
3.根据权利要求2所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮的外径为125～135mm；所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的宽度为6～8mm，厚度为3～5mm。
4.根据权利要求1所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，在开槽前陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层需要用冷却液浸透，开槽在冷却液环境下进行。
5.根据权利要求1所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，所述陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层的制备方法为，将CBN磨料、陶瓷结合剂粉末、空心球、填料、树脂液与丙酮溶液混合搅拌均匀；然后待丙酮溶液完全挥发后再过筛压制成生坯；然后将生坯于960℃保温3小时，制备陶瓷结合剂CBN砂轮磨料层。
6.根据权利要求1所述开槽陶瓷结合剂CBN砂轮，其特征在于，所述基体为铝基体或者所述基体包括铝基以及与铝基热压的附层；所述附层包括树脂粉、铜粉、铝粉和碳化硅填料。
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