CN108818329A - 一种金刚石砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种金刚石砂轮及其制备方法，属于超硬磨料领域；砂轮包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂结合剂树脂胶粘结剂结合，磨料圈由金刚石磨料、金属结合剂和辅助粘结剂制备而成；金属结合剂含有Cu粉和Ti粉；磨料圈组成：金刚石磨料、金属结合剂和孔隙；制备方法：1)将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，制得混合料A；2)将辅助粘结剂与混合料A混合均匀，制得混合料B；3)将混合料B烘干；4)将烘干后的混合料B过筛；5)将过筛后的混合料B，冷压成型；6)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结后，制得磨料圈坯体；7)用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，制得金刚石砂轮。
Description
技术领域
本发明涉及超硬磨料领域，具体涉及一种金刚石砂轮及其制备方法。
背景技术
随着现代机械加工朝着高精度、高速度、硬加工、干加工(无冷却液)及降低成本等方向发展，对磨具性能提出了相当高的要求。传统的碳化硅和刚玉普通磨料模具已不能完全满足当前高速、高效、高精度的磨削要求，因此开发各种耐磨性能优良，能长时间进行稳定加工的超硬磨削材料是必然的发展趋势。目前常用的超硬磨削材料包括金刚石和立方氮化硼两种磨料。金刚石是最硬的材料并且耐磨性极强，适用于高速磨削和超精密磨削。金刚石砂轮非常适用于研磨较硬、易碎、磨屑较短的材料如非铁基金属材料、碳化物、玻璃、陶瓷、石英制品以及半导体和芯片材料。金刚石超硬磨具(砂轮)的磨削效率、加工精度和耐磨性等性能是高速精密磨削加工中的关键问题。
在超硬磨具中用于固结磨粒的结合剂是影响超硬磨具性能的关键因素。传统的超硬磨具(砂轮)多采用树脂、陶瓷、金属结合剂烧结和电镀等工艺制造，存在的问题是单晶颗粒仅仅被机械包埋镶嵌在结合剂与电镀层中，与结合剂和电镀层间作用力较弱。具体的来说，树脂结合剂虽然比较容易加工修整，但是耐热性差，结合强度低，磨料脱落严重，严重影响效率；陶瓷结合剂修整相对容易，使用温度高，然而脆性大，抗冲击韧性和疲劳性差，易发生脆裂，难以用于高速加工。金属结合剂烧结虽然耐热性强，但是通常结合剂与磨粒之间不能产生化学冶金结合，因而磨粒仅仅被机械包埋镶嵌在结合剂中，把持力有限；金属电镀中磨粒也只是被机械地包埋。因此容易因磨料呈颗粒脱落和镀层成片剥离而导致砂轮的整体失效，此种情况在比较难以加工的材料高效磨削时尤其明显；另外，镀层厚，磨料出露高度低，容屑空间小，磨削时很容易因切屑的粘附堵塞而失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种金刚石砂轮及其制备方法，该砂轮是一种在高速磨削过程中能承受较大载荷的金刚石砂轮，同时具有出色的抗冲击性和良好的形状保持性，其具体的技术方案如下：
本发明的一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂结合剂树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35～55％，金属结合剂：40～60％，辅助粘结剂：5～30％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：40～70％，Ti粉：35～55％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料10～55％，金属结合剂10～47％，孔隙20～45％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％。
所述的Cu粉和Ti粉的粒径范围均为20～400μm。
所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
本发明的一种金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合均匀，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至50～250℃，烘干至按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝80～95％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为20～350目；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，冷压成型，压力为60～170MPa，保压25～75min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以3～10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1050～1150℃，烧结时间10～150min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
上述的一种金刚石砂轮及其制备方法，其中：
所述步骤1中，混合时间为1～4h。
所述步骤2中，通过搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5～3h。
所述步骤3中，烘干保温时间为1～3h。
所述步骤4中，过筛2～8遍。
所述步骤5中，冷压成型采用液压机。
所述步骤6中，惰性气体为氩气。
本发明的一种金刚石砂轮及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
(1)本发明的金刚石砂轮具有极好的热导率可以快速的降低磨削工件表面的温度，从而降低功率损耗，提高磨削速度；配方中的辅助粘结剂有利于产品孔隙的形成，可以有效增大容纳脱落的磨粒的空间，磨料的利用更加充分，同时金属结合剂有极强的把持力；砂轮具有磨削效率高、磨削温度低、功率损耗低、加工精度好、使用寿命长等特点。
(2)本发明提供的制备方法，由于烧结时间短，磨料的特性没有受到损害，烧结温度、金属结合剂、孔隙率和时间的控制，使砂轮在工作过程中具有良好的热导率和较大的容屑空间，在高速磨削过程中也不易堵塞，磨削锋利，磨削精度高，且具有自锐性。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
以下实施例中，惰性气体为氩气。
实施例1
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：45％，金属结合剂：45％，辅助粘结剂：10％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：50％，Ti粉：50％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料42％，金属结合剂38％，孔隙20％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％；所述的金刚石磨料、Cu粉和Ti粉的粒径均为50μm；所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
上述的金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，混合时间为1h，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合通过搅拌混合均匀，搅拌时间为1h，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至65℃，烘干保温时间为1h，按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为100目，过筛3遍；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，采用液压机冷压成型，压力为75MPa，保压40min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1100℃，烧结时间30min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
实施例2
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：45％，金属结合剂：40％，辅助粘结剂：15％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：50％，Ti粉：50％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料42％，金属结合剂33％，孔隙25％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％；所述的金刚石磨料、Cu粉和Ti粉的粒径均为100μm；所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
上述的金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，混合时间为1h，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合通过搅拌混合均匀，搅拌时间为1h，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至65℃，烘干保温时间为1h，按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为100目，过筛3遍；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，采用液压机冷压成型，压力为75MPa，保压40min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1100℃，烧结时间30min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
实施例3
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：40％，金属结合剂：40％，辅助粘结剂：20％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：55％，Ti粉：45％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料38％，金属结合剂32％，孔隙30％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％；所述的金刚石磨料、Cu粉和Ti粉的粒径均为150μm；所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
上述的金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，混合时间为1h，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合通过搅拌混合均匀，搅拌时间为1h，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至65℃，烘干保温时间为1h，按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为100目，过筛3遍；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，采用液压机冷压成型，压力为75MPa，保压40min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1100℃，烧结时间30min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
实施例4
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35％，金属结合剂：43％，辅助粘结剂：22％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：60％，Ti粉：40％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料32％，金属结合剂35％，孔隙33％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％；所述的金刚石磨料、Cu粉和Ti粉的粒径均为200μm；所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
上述的金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，混合时间为1h，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合通过搅拌混合均匀，搅拌时间为1h，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至65℃，烘干保温时间为1h，按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为100目，过筛3遍；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，采用液压机冷压成型，压力为75MPa，保压40min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1100℃，烧结时间30min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
实施例5
一种金刚石砂轮，其包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35％，金属结合剂：40％，辅助粘结剂：25％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：53％，Ti粉：47％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料32％，金属结合剂33％，孔隙35％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％；所述的金刚石磨料、Cu粉和Ti粉的粒径均为250μm；所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
上述的金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，混合时间为1h，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合通过搅拌混合均匀，搅拌时间为1h，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至65℃，烘干保温时间为1h，按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝90％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为100目，过筛3遍；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，采用液压机冷压成型，压力为75MPa，保压40min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1100℃，烧结时间30min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
Claims (7)
1.一种金刚石砂轮，其特征在于，砂轮包括钢芯、磨料圈，钢芯和磨料圈通过树脂结合剂树脂胶粘结剂结合，其中，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35～55％，金属结合剂：40～60％，辅助粘结剂：5～30％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：40～70％，Ti粉：35～55％，Cu粉和Ti粉质量百分比之和为100％；磨料圈组成按体积百分比为：金刚石磨料10～55％，金属结合剂10～47％，孔隙20～45％，金刚石磨料、金属结合剂和孔隙的体积百分比之和为100％。
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Cu粉和Ti粉的粒径范围均为20～400μm。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮，其特征在于，所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。
4.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，包括如下步骤：
步骤1，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将金刚石磨料、Cu粉和Ti粉混合均匀，制得混合料A；
步骤2，混料：
按一种金刚石砂轮的成分配比，将辅助粘结剂与混合料A混合均匀，制得混合料B；
步骤3，烘干：
将混合料B加热至50～250℃，烘干至按质量比，烘干后的混合料B：烘干前的混合料B＝80～95％；
步骤4，过筛：
将烘干后的混合料B过筛，过筛目数为20～350目；
步骤5，成型：
将过筛后的混合料B，均匀投入模具内，冷压成型，压力为60～170MPa，保压25～75min，制得磨料圈生坯；
步骤6，烧结：
(1)将磨料圈生坯，在惰性气体气氛下烧结，以3～10℃/min的升温速率，从室温升温至烧结温度1050～1150℃，烧结时间10～150min；
(2)烧结后冷却至≤40℃出炉，制得磨料圈坯体；
步骤7，粘结：
用树脂胶粘结剂，将磨料圈坯体与钢芯粘合，去除毛边，修整成型，制得金刚石砂轮。
5.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，混合时间为1～4h。
6.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，通过搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5～3h。
7.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，烘干保温时间为1～3h。
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