CN109015425B - 一种树脂结合剂砂轮及其制备方法 - Google Patents

一种树脂结合剂砂轮及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于磨削加工技术领域，具体涉及一种树脂结合剂砂轮及其制备方法。本发明公开了一种树脂结合剂砂轮及其制备方法。该树脂结合剂砂轮磨料层包括以下质量百分比的组份：树脂15~25%，碱土金属氟化物5~34%，金刚石磨料45~65%，可溶性无机盐5~25%，湿润剂1~2%。其中碱土金属氟化物为氟化钙或氟化钡。将原料物质混合均匀得成型料，然后经过热压、硬化、基体粗车、基体精车等一系列加工工艺加工成型得树脂结合剂砂轮。本发明的树脂结合剂砂轮有效的降低了砂轮表面粘屑几率，并且对加工工件表面无损伤。

Description

一种树脂结合剂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于磨削加工技术领域，具体涉及一种树脂结合剂砂轮及其制备方法。
背景技术
树脂结合剂砂轮作为磨削难磨材料的理想工具，已广泛应用于磨削加工硬质合金、陶瓷、玻璃、石材、半导体等材料领域。随着高端装备的发展，难磨材料层出不穷，特别是航空航天所用的高温合金材料、钛合金等都属于难磨材料。这些材料一般以高硬度、高韧性等为主要特征。对此类材料进行精密与超精密磨削加工时要求砂轮等磨削工具具有较高的要求。
申请公布号为CN106914829A的中国专利公开了一种树脂结合剂金刚石无心磨砂轮。该砂轮磨料层由15～25份树脂粉、10～35份微米级碳化硼粉、45～65份多晶金刚石磨料、1～5份FeCrAl合金纤维、1～2份湿润剂组成。该树脂结合剂金刚石无心磨砂轮自锐性高，在使用过程中修整次数少。但是加工后工件表面质量不能满足要求，并且较多的磨屑粘附于砂轮表面影响砂轮的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种树脂结合剂砂轮，该树脂结合剂砂轮能够降低粘屑量，并改善工件的加工质量。
本发明的目的还在于提供一种上述树脂结合剂砂轮的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层包括以下质量百分比的组份：树脂15～25％，碱土金属氟化物5～34％，金刚石磨料45～65％，可溶性无机盐5～25％，湿润剂1～2％。其中碱土金属氟化物为氟化钡或氟化钙。
优选的，树脂采用酚醛树脂、亚胺树脂、改性的亚胺树脂中的一种或几种的混合。
所述氟化钙或氟化钡颗粒大小为1～10μm。微米级的氟化钡或氟化钙具有良好的润滑性，并且具有增强结合剂强度的作用。
所述金刚石磨料为含硼金刚石。该含硼金刚石磨料包含锋利的切割刃角，在磨削过程中可以不断的产生新的刃口从而使砂轮具有较高的自锐性。并且该磨料具有强度高、韧性好、耐高温等特点，从而改善砂轮的硬度。
加入可溶性无机盐在磨削过程中由于其溶于磨削液从而使砂轮表面形成大量的气孔，给磨削液和磨屑提供了空间。同时也不过多的降低砂轮的整体强度从而保证了砂轮的使用寿命。可溶性无机盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁等碱金属或碱土金属可溶性硫酸盐中的一种或者几种的组合。优选的，可溶性无机盐颗粒大小为50～400μm。
所述湿润剂包括甲酚、聚乙烯醇、硅烷偶联剂、酚醛树脂液的一种或几种的组合。
一种树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)将树脂、碱土金属氟化物、金刚石磨料、可溶性无机盐、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料热压成型，得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯硬化处理。
上述步骤(1)中混合均匀时采用的混料工艺可采用常规混料工艺。
上述步骤(2)中所述热压成型的温度为175～280℃，热压时间为35～60min，压力为2～20MPa。
上述步骤(3)中所述硬化处理为180～280℃保温8～10h。
优选的，硬化处理具体包括如下步骤：先在90℃保温1.5h，然后在180～280℃保温8～10h。
其中90℃保温是由室温经1h升至90℃。180～280℃保温时是由90℃经4h升温至180～280℃。
在180～280℃保温8～10h后自然降温至40℃取出即得硬化后的砂轮毛坯。
硬化后的砂轮毛坯经过基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡等工序，最终检验入库。
本发明采用氟化钙或氟化钡改善砂轮的润滑性和对结合剂进行补强，采用可溶性无机盐为造孔剂。制备的树脂结合剂砂轮降低了砂轮粘屑几率，并且对工件表面无损伤。进一步的，采用含硼金刚石增加了树脂结合剂砂轮的自锐性及强度。
附图说明
图1为使用后的砂轮沿轴向纵剖面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的树脂结合剂砂轮包括基体和磨料层，磨料层包括磨料2、可溶性无机盐3，磨料层上还具有气孔1。气孔1为可溶性无机盐溶于磨削液之后所产生的。
实施例1
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉15％，10μm氟化钙粉23％，含硼金刚石磨料45％，400μm硫酸钠15％，湿润剂2％。湿润剂为酚醛树脂液。
实施例2
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例1中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸钠、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压，热压温度为175℃，时间为35min，压力为2MPa，得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至180℃，然后在180℃温度下保温8h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例3
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：酚醛树脂粉20％，7μm氟化钙粉13％，含硼金刚石磨料55％，200μm硫酸钠10％，湿润剂2％。湿润剂为偶联剂。
实施例4
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例3中的质量百分比称取原料酚醛树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸钠、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压，热压温度为215℃，时间为45min，压力为8MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至220℃，然后在220℃温度下保温9h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例5
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉15％，5μm氟化钙粉34％，含硼金刚石磨料45％，150μm硫酸钾5％，湿润剂1％。湿润剂为甲酚。
实施例6
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例5中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸钾、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压成型，热压温度为225℃，时间为60min，压力为12MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至240℃，然后在240℃温度下保温10h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例7
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉15％，5μm氟化钙粉9％，含硼金刚石磨料50％，100μm硫酸钾25％，湿润剂1％。湿润剂为聚乙烯醇。
实施例8
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例7中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸钾、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压，热压温度为175℃，时间为60min，压力为20MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至180℃，然后在180℃温度下保温10h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例9
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉20％，3μm氟化钡粉14％，含硼金刚石磨料55％，50μm硫酸钾10％，湿润剂1％。湿润剂为酚醛树脂液。
实施例10
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例9中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钡粉、含硼金刚石磨料、硫酸钾、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压，热压温度为215℃，时间为50min，压力为15MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至220℃，然后在220℃温度下保温10h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例11
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉23％，1μm氟化钙粉8％，含硼金刚石磨料57％，120μm硫酸钠10％，湿润剂2％。湿润剂为偶联剂。
实施例12
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例11中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸钠、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压，热压温度为215℃，时间为50min，压力为18MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至220℃，然后在220℃温度下保温8h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例13
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：聚酰亚胺树脂粉23％，7μm氟化钙粉20％，含硼金刚石磨料48％，180μm硫酸镁8％，湿润剂1％。湿润剂为酚醛树脂液。
实施例14
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例13中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸镁、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压成型，热压温度为235℃，时间为40min，压力为18MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至220℃，然后在240℃温度下保温8h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
实施例15
本实施例的树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，所述磨料层由以下质量百分比的组份组成：酚醛改性亚胺树脂粉25％，5μm氟化钙粉5％，含硼金刚石磨料65％，240μm硫酸镁4％，湿润剂1％。湿润剂为甲酚。
实施例16
本实施例的树脂结合剂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例13中的质量百分比称取原料酚醛改性亚胺树脂粉、氟化钙粉、含硼金刚石磨料、硫酸镁、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压成型，热压温度为235℃，时间为50min，压力为12MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1h升至90℃，保温1.5h，然后经4h升温至220℃，然后在220℃温度下保温2h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
对比例
本对比例中的树脂结合剂砂轮包括：聚酰亚胺树脂粉23份，微米级碳化硼粉20份，多晶金刚石磨料50份，直径8微米、长度为0.5微米的FeCrAl合金纤维5份，偶联剂2份。
本对比例中的树脂结合剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照实施例13中的质量百分比称取原料聚酰亚胺树脂粉、微米级碳化硼粉、多晶金刚石磨料、FeCrAl合金纤维、湿润剂混合均匀得成型料；
(2)将步骤(1)中所得成型料在热压机上进行热压成型，热压温度为220℃，时间为60min，压力为6MPa得砂轮毛坯；
(3)将所得砂轮毛坯放置到硬化烘箱中，由室温经1.5h升至90℃，保温3h，然后经3h升温至220℃，然后在220℃温度下保温10h，然后自然降温至40℃出箱得硬化后的砂轮毛坯；
(4)对硬化后的砂轮毛坯进行基体粗车、基体精车、确定基体基准面、基体孔径精车、砂轮磨料层端面和外圆修整开刃、做动平衡一系列工序，得砂轮。
试验例
将对比例中的树脂结合剂砂轮与实施例中所制备的砂轮在MM7120A平面磨床上分别对高温镍基合金板材进行磨削试验。其中高温镍基合金板材的尺寸为100*100*40mm，磨削液为水基磨削液，进刀量为0.02mm，走刀速度为40mm/s，往复磨削次数为6*100次。磨削试验对比结果见表1。
表1磨削试验结果
其中工件表面烧伤评判标准为：肉眼观测，工件表面颜色不一致，出现较深颜色即为烧伤。砂轮粘屑情况的评判标准为：显微镜下，砂轮表面粘附有被磨材料的颗粒或丝状物体。
从试验结果可以看出，本发明的树脂结合剂砂轮磨削功率较对比例下降了20％以上，有效降低了磨床主轴功率。本发明的树脂结合剂砂轮整个试验阶段对工件无烧伤，加工质量较好。本发明的树脂结合剂砂轮在磨削试验结束时砂轮表面有少量粘屑，但不影响使用，而对比例砂轮表面有大量粘屑需要修整砂轮。本发明的树脂结合剂砂轮的磨削比约是对比例的6倍，具有较好的磨削性能。

Claims (7)

1.一种树脂结合剂砂轮，包括基体和磨料层，其特征在于：所述磨料层包括以下质量百分比的组份：树脂15~25%，碱土金属氟化物5~34%，金刚石磨料45~65%，可溶性无机盐5~25%，湿润剂1~2%；所述碱土金属氟化物为氟化钙或氟化钡；所述氟化钙或氟化钡颗粒大小为1~10μm；所述树脂为酚醛树脂、亚胺树脂、改性的亚胺树脂中的一种或几种的组合；所述金刚石磨料为含硼金刚石磨料。
2.根据权利要求1所述的树脂结合剂砂轮，其特征在于：所述可溶性无机盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁等碱金属或碱土金属可溶性硫酸盐中的一种或者几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的树脂结合剂砂轮，其特征在于：所述可溶性无机盐颗粒大小为50~400μm。
4.根据权利要求1所述的树脂结合剂砂轮，其特征在于：所述湿润剂为甲酚、聚乙烯醇、硅烷偶联剂、酚醛树脂液中的一种或者几种的组合。
5.一种树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将树脂、碱土金属氟化物、金刚石磨料、可溶性无机盐、湿润剂混合均匀得成型料；各组份的重量百分比为：树脂15~25%，碱土金属氟化物5~34%，金刚石磨料45~65%，可溶性无机盐5~25%，湿润剂1~2%；所述碱土金属氟化物为氟化钙或氟化钡；所述氟化钙或氟化钡颗粒大小为1~10μm；所述树脂为酚醛树脂、亚胺树脂、改性的亚胺树脂中的一种或几种的组合；
（2）将步骤（1）中所得成型料热压成型，得砂轮毛坯；
（3）将所得砂轮毛坯硬化处理。
6.根据权利要求5所述的树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：所述热压温度为175~280℃，时间为35~60min，压力为2~20MPa。
7.根据权利要求5所述的树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于：所述硬化处理为在180~280℃保温8~10h。
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