CN109159034A

CN109159034A - 塑料基体磨具、磨具基体的制造方法及所用的材料

Info

Publication number: CN109159034A
Application number: CN201810855402.8A
Authority: CN
Inventors: 高峻峰; 林东
Original assignee: Qinhuangdao Daotian Precision Grinding Tools Co Ltd
Current assignee: Qinhuangdao Daotian Precision Grinding Tools Co Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2019-01-08

Abstract

本发明针对现有技术中的磨具基体旋转载荷较大影响加工的精度的不足，提供一种塑料基体磨具、磨具基体的制造方法及所用的材料，该磨具基体用的材料，包括酚醛树脂、复合固化剂、增强剂、增硬剂以及添加剂，各组分质量百分比为：酚醛树脂30‑45%，复合固化剂2‑8%，增强剂35‑50%，增硬剂2‑15%，添加剂2‑5%；所述添加剂为硬质酸锌和硅烷偶联剂的混合物，二者占总组分质量百分比分别为：硬质酸锌1‑4.5%、硅烷偶联剂0‑1.5%；所述复合固化剂包括六次甲基四胺和氧化镁，其占总组分的质量百分比分别为：六次甲基四胺1‑7%、氧化镁1‑5%，采用本发明提供的材料，实现了在保证磨具基体的强度和硬度的前提下降低了磨具基体的整体重量，减少磨具在旋转时的旋转载荷，降低对加工的精度的影响。

Description

塑料基体磨具、磨具基体的制造方法及所用的材料

技术领域

本发明涉及一种塑料基体磨具、磨具基体的制造方法及磨具基体所用的材料。

背景技术

目前，素有“工业牙齿”之称的磨具领域，随着高精密、高精度、高效率等技术需求的发展，越来越多的高精密磨具在各个领域得以施展其优越的性能，而制成磨具一般分磨料层和支撑磨料层工作的基体层两部分组成，市场上流通的磨具基体考虑强度要求，均采用钢材、铝材、等金属剂制成，采用上述材料制成的磨具基体，由于磨具的质量重，所以当磨具在高速旋转时，旋转载荷较大，易造成主轴变形影响加工精度。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术中的磨具基体均采用钢材、铝材、等金属剂制成，由于磨具的重量大，所以磨具旋转时，旋转载荷较大影响加工的精度的不足，提供一种塑料基体磨具、磨具基体的制造方法及所用的材料。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种磨具基体用的材料，包括酚醛树脂、复合固化剂、增强剂、增硬剂以及添加剂，各组分质量百分比为：酚醛树脂30-45%，复合固化剂2-8%，增强剂35-50%，增硬剂2-15%，添加剂2-5%；添加剂为硬质酸锌和硅烷偶联剂的混合物，二者占总组分质量百分比分别为：硬质酸锌1-4.5%、硅烷偶联剂0-1.5%；复合固化剂包括六次甲基四胺和氧化镁，其占总组分的质量百分比分别为：六次甲基四胺1-7%、氧化镁1-5%；

进一步的，增强剂为玻璃纤维或芳纶纤维；

进一步的，增硬剂为石棉与木粉/石英粉/云母粉三者之一的混合物，二者占总组分质量百分比分别为：石棉0-11%、木粉/石英粉/云母粉2-13%。

一种塑料基体磨具，包括磨料层和基体，磨料层由基体支撑固定，基体包括塑料基体和金属基体芯，金属基体芯设置有轴向通孔，金属基体芯固定在塑料基体内，塑料基体采用权利要求1-3各项之一的磨具基体用的材料；

进一步的，金属基体芯固定在塑料基体的一侧端面上；

进一步的，塑料基体套设在金属基体芯外；

进一步的，的金属基体芯通过烧结的方法固定在塑料基体内,在金属基体芯上设置有定位孔。

一种磨具基体的制造方法，先将含有酚醛树脂的塑料基体材料和设置有轴向通孔的金属基体芯装入到热压模具内，使塑料基体材料至少包围金属基体芯的圆周或一端面，通过热压对磨具基体材料和金属基体芯进行加热和加压制造成磨具基体。

进一步的，加热温度为140-190℃，加压压力为50Mpa±10 Mpa，保温时间10min-60min；

进一步的，磨具基体采用权利要求1至3任意一项的磨具基体用的材料，先将磨具基体用的材料制成颗粒，而后再加入到热压模具内。

采用本发明提供的磨具基体由复合材料制成，复合材料包括30-45%的酚醛树脂、2-5%的复合固化剂、35-50%的增强剂、5-10%的增硬剂以及2-5%的添加剂，采用上述复合材料制作磨具基体时，酚醛树脂为主体结合支撑剂，复合固化剂与酚醛树脂配合起到固化的作用，通过增强剂提高制作成的磨具基体的强度，通过增硬剂提高制作成的磨具基体的硬度，添加剂的作用是促进各种物质结合及分散，由于上述的复合材料制作成的磨具基体的支撑剂为酚醛树脂，酚醛树脂的质量较现有技术中的钢材、铝材、等金属质量量轻，并且通过增强剂和增硬剂的作用提高了制作成的塑料基体磨具的强度和硬度，实现了在保证磨具基体的强度和硬度的前提下降低了磨具基体的整体重量，减少了磨具在旋转时的旋转载荷，降低对主轴的精度的影响，使磨具的应用范围得到了扩展，可用作高端磨具的生产。

采用本发明方法制作磨具基体，可以通过热压烧结的方法将塑料基体和金属基体芯结合在一起制成的磨具基体，得到结合良好的复合基体，结合强度高，中易脱圈。再加之采用本发明配方的复合基体材料，可以得到结合力强、硬度好，能支持高速运转的复合基体磨具，其制成密度可达到为1.4-2.0g/cm3，线胀系数可达到（11.2-13）x10-6，拉伸强度≥55Mpa可达到85Mpa，弯曲强度为≥80 Mpa可达到110 Mpa，冲击强度≥18 KJ/m2，可达到为31KJ/m2。由于其制成密度（也就是塑料基体的密度）达到了1.4-2.0g/cm3，因此制成砂轮整体重量轻；通过模压成型及各种增强剂，增硬剂的配比，所以磨具本身的致密性好，线胀系数可达到（11.2-13）x10-6通过添加增强材料，耐温材料，因此磨具耐温性能好，在高速运转产生切削热时磨具不易变形，因此可保持加工精度，更适合高速大的切削量加工生产，可用于高端磨具的使用，磨具基体的冲击强度≥18 KJ/m2使磨具基体抗冲击，利于切削入刀，磨具不易因受到冲击力而变形。

采用本发明结构和材料的塑料基体磨具不仅具有金属磨具的良好的抗冲击能力、抗拉伸能力、抗弯曲能力，耐热能力，且质量轻，仅是普通金属磨具质量的22%，是铝合金磨具质量的63%，但成本是铝合金磨具的57%。

附图说明

图1是发明中磨具基体的实施例的仰视图结构示意图；

图2是图1中A-A的剖视图；

图3和图4分别为本发明磨具基体另一实施例结构示意图。

附图标记说明

图中：1-磨具基体；2-金属结构件；3-定位孔；4-定位台；5-轴中心孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地描述：

一种磨具基体，基体由复合材料制成，复合材料包括酚醛树脂、复合固化剂、增强剂、增硬剂以及添加剂，上述组分质量百分比如下：酚醛树脂30-45%，复合固化剂2-8%，增强剂35-50%，增硬剂2-13，添加剂2-5%，优选的，增强剂为玻璃纤维或芳纶纤维，优选的，增硬剂为矿物粉料，矿物粉料包括石棉和木粉，二者占总组分质量百分比如下：石棉0-11%、木粉2-15%，最好是二者混合加入作为增硬剂，加入石棉提高基体的耐温性能，对工作环境适应性增强，适应磨削热的能力更强，加入木粉的作用，提高硬度，主要起增硬的作用，还可以采用石英粉云母粉作为增硬剂，优选的，添加剂包括硬质酸锌和硅烷偶联剂，二者占总组分质量百分比如下：硬质酸锌1-4.5%、硅烷偶联剂0-1.5%，通过添加硅烷偶联剂可提高基体材料的结合力，在制作磨具基体时更易成型；优选的，复合固化剂包括六次甲基四胺和氧化镁，二者占总组分质量百分比如下：六次甲基四胺1-7%、氧化镁1-5%，其中六次甲基四胺起到固化的作用，氧化镁为促进剂提高固化的效率，降低固化所需要的时间。

在使用上述的复合材料制作磨具基体1时，先在金属结构件上设置轴向通孔，先将塑料基体材料和金属结构件2装入到热压模具内，金属结构件2作为金属基体芯预埋在塑料基体材料中，使金属结构件2的至少圆周或至少一端面上由塑料基体材料埋没，最好是在金属结构件2的圆周和一侧的端面均埋设塑料基体材料，便于塑料基体材料与金属基体芯结合，一般如果磨料层设置在基体圆周处时，需要塑料基体材料至少设置在金属基体芯的圆周表面，最好是在基体芯的圆周及另一端面上均设置塑料基体材料，这样的话，会使塑料基体材料包围在金属基体芯上，使金属基体芯的圆周和至少一端面均设置塑料基体材料，如果磨料位于基体的一侧端面时，需至少在基体的一端面设置塑料基体材料，当然最好是在圆周和一侧端面均设置塑料基体材料，这样磨具整体质量轻，通过热压模具对塑料基体材料和金属基体芯进行加热和加压制造成磨具基体1，再通过机械加工在磨具基体1上制造定位孔3，优选的，在进行热压时，加热温度为140-190℃，加压压力为50Mpa±10 Mpa，保温时间10min-60min。视磨具的用途还可以在金属基体芯上设置轴中心孔5，也可以在金属基体上设置设置定位孔3做为安装孔，还可以同时在基体上设置轴中心孔5和定位孔3。

通过采用上述的材料和方法制作出的磨具基体1，支撑剂为热酚醛树脂，热酚醛树脂较现有技术中的钢材、铝材、等金属重量轻，并且通过增强剂和增硬剂的作用提高了制作成的塑料磨具基体的强度和硬度，实现了在保证磨具基体1的强度和硬度的前提下降低了磨具基体1的整体质量，减少了磨具在旋转时的旋转载荷，降低对主轴的精度的影响。

如图1和图2所示，在制作磨具基体1时将金属结构件2一同放入到热压磨具内，这样可将金属基体芯直接固定在磨具基体1内，无需二次安装金属结构件，优选的，金属结构件2的中心处设置有由上至下贯穿的轴向通孔，这样在热压磨具压制时，磨具基体1的塑料基体材料进入到通孔内，增加了塑料基体材料的流动性，使压制的基体材料均匀，不易裂，并使磨具基体1的下侧构成用于定位的定位台4，优选的，定位孔3设置于金属结构件2的下表面上，沿金属结构件2的下表面分布，优选的，定位孔3为螺纹孔，通过定位孔3可将磨具基体1固定在机械上。采用本发明结构的磨具及磨具基体的制造方法，由于设置有作为金属基体芯的金属结构件2，在金属基体芯的外部设置有以酚醛树脂为主材的复合树脂材料，因此整个磨具的重量大幅降低，但由于轴中心孔和定位孔均设置在金属基体芯上，因此克服了酚醛树脂的硬度低无法实现基准加工，为在磨具上制成螺纹提供了良好的条件，可以满足基体回转强度的需求，降低了磨具整体的重量。定位孔也可做为安装孔。也可以通过粘结的方式将金属基体芯和塑料基体固定连接在一起。

在制造磨具基体时，预先将酚醛树脂及增强剂、增硬剂，添加剂等均匀混合，经辊压或螺杆挤出、造粒等工艺制成所需材料，易于在模压过程中分散均匀，压制状态完整，成型良品率高，同时有利于与预埋金属结构件的结合。

采用上述的复合材料在制作磨具基体时，复合材料内各组分的配比不同，制作成的基体的各特性有所不同。

实施例1、

复合材料的配比：酚醛树脂38%，六次甲基四胺3%，氧化镁2%，玻璃纤维/芳纶纤维44%，石棉8%，木粉2%，硬质酸锌2 %、硅烷偶联剂1%，采用上述配比的复合材料制作的磨具基体具有以下特性：制成密度为1.68g/cm3，线胀系数为11.3x10-6，拉伸强度为≥70Mpa，弯曲强度为≥100 Mpa，冲击强度为25KJ/m2。

其它实施例及其性能见列表

采用上述实施例提供的磨具基体的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度均符合磨具基体的要求，而重量比铝材制成的磨具基体重量轻约50%，降低了磨具整体的重量，减轻旋转负荷，对于机床主轴损伤小，并且膨胀系数能达到钢材的水准，环境温度对该磨具基体的影响小。

Claims

1.一种磨具基体用的材料，其特征在于，包括酚醛树脂、复合固化剂、增强剂、增硬剂以及添加剂，各组分质量百分比为：酚醛树脂30-45%，复合固化剂2-8%，增强剂35-50%，增硬剂2-15%，添加剂2-5%；所述添加剂为硬质酸锌和硅烷偶联剂的混合物，二者占总组分质量百分比分别为：硬质酸锌1-4.5%、硅烷偶联剂0-1.5%；所述复合固化剂包括六次甲基四胺和氧化镁，其占总组分的质量百分比分别为：六次甲基四胺1-7%、氧化镁1-5%。

2.如权利要求1所述的磨具基体用的材料，其特征在于，所述增强剂为玻璃纤维或芳纶纤维。

3.如权利要求1所述的磨具基体用的材料，其特征在于，所述增硬剂为石棉与木粉/石英粉/云母粉三者之一的混合物，二者占总组分质量百分比分别为：石棉0-11%、木粉/石英粉/云母粉2-13%。

4.一种塑料基体磨具，包括磨料层和基体，所述磨料层由所述基体支撑固定，其特征在于，所述基体包括塑料基体和金属基体芯，所述金属基体芯设置有轴向通孔，所述金属基体芯固定在塑料基体上，所述塑料基体采用权利要求1-3各项之一所述的磨具基体用的材料。

5.如权利要求4所述的塑料基体磨具，其特征在于，所述金属基体芯固定在所述塑料基体的一侧端面上。

6.如权利要求4所述的塑料基体磨具，其特征在于，所述塑料基体套设在所述金属基体芯外。

7.如权利要求5或6所述的塑料基体磨具，其特征在于，所述的金属基体芯通过烧结的方法固定在塑料基体内,在所述金属基体芯上设置有定位孔。

8.一种磨具基体的制造方法，其特征在于，先将含有酚醛树脂的塑料基体材料和设置有轴向通孔的金属基体芯装入到热压模具内，使塑料基体材料至少包围金属基体芯的圆周或一端面，通过热压对磨具基体材料和金属基体芯进行加热和加压制造成塑料与金属结合的磨具基体。

9.如权利要求8所述的磨具基体的制造方法，其特征在于，加热温度为140-190℃，加压压力为50Mpa±10 Mpa，保温时间10min-60min。

10.如权利要求8所述的磨具基体的制造方法，其特征在于，所述磨具基体采用权利要求1至3任意一项所述的磨具基体用的材料，先将磨具基体用的材料制成颗粒，而后再加入到热压模具内，在磨具的一侧端面形成定位台。