CN109676543A - 一种金刚石薄片砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明一种金刚石薄片砂轮，体积配比组成如下：金刚石磨料25%、树脂结合剂45%、铜粉10%、氧化锌4%、氧化铬6%、SiC微粉10%和甲酚；所述金刚石磨料由粒度为107‑139μm的磨料与粒度为5‑10μm、35‑45μm或65‑85μm磨料中的任意一种复配。本发明在同一配方基础上，通过调整不同的金刚石粒度配比，来确定适合本配方的最佳的粒度参数。在树脂结合剂金刚石砂轮配方的体积比确定的情况下，在粗粒度的金刚石磨料中掺入细粒度磨料制成金刚石薄片砂轮，细粒度的金刚石虽然磨削效果弱，但混合粗粒度金刚石后起到过渡替换作用，以增大颗粒间间距，减小磨屑对胎体磨损，使得磨削效果优于单一的粗粒度的磨料。

Description

一种金刚石薄片砂轮

技术领域

本发明涉及薄片砂轮领域，更具体的是涉及金刚石薄片砂轮材料的配方及制备方法。

背景技术

树脂结合剂金刚石薄片砂轮是以树脂粉为结合剂，将金刚石磨料粘结在一起，加入一定的填充材料，经过热压成型、固化处理等加工过程制成的具有一定几何形状和磨削性能的一种工具。厚度通常在1~ 5mm之间甚至更薄。薄片砂轮主要用于冶金工业、建筑材料工业、机械工业、汽车工业、航空航天工业、船舶工业的金属和非金属材料以及半导体行业的硅、锗、蓝宝石、石墨、陶瓷等的精密开槽或切断加工。随着半导体信息技术和光伏技术的迅速发展，对单晶硅、宝石等贵重硬脆材料的切割加工要求越来越精密。对金刚石薄片砂轮品质的评价标准依赖于其切割效率和使用寿命。树脂结合剂金刚石薄片砂轮由金刚石磨料和树脂结合剂构成。金刚石粒度对砂轮的平整度和耐磨性有影响，从而影响砂轮的切割效率和使用寿命。粗粒度金刚石使砂轮在切割过程中表现出高效率低寿命的特点，细粒度金刚石使砂轮在切割过程中表现出低效率长寿命的特点。现有的树脂结合剂金刚石薄片砂轮大多是用同种粒度的金刚石磨料，不同粒度金刚石的作用没有得到充分发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对树脂结合剂金刚石薄片砂轮切割效率低寿命短的问题，提供一种金刚石薄片砂轮材料的配方及制备方法。

为解决上述技术问题本发明采用以下技术方案：

一种金刚石薄片砂轮，体积配比组成如下：金刚石磨料25%、树脂结合剂45%、铜粉10%、氧化锌4%、氧化铬6%、SiC微粉10% 和甲酚；所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为5-10μm、35-45μm或65-85μm磨料中的任意一种复配。

所述金刚石薄片砂轮还包括占金刚石薄片砂轮材料总体积1%的三氧化二铁。

所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为5-10μm的磨料按质量比4:1进行复配。

所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为35-45μm的磨料按质量比2:1进行复配。

所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为65-85μm的磨料按质量比3:1进行复配。

本发明的有益效果：本发明以粒度为107-139μm（粒度号120/140）的磨料金刚石为基础，就金刚石粒度而言，相同体积分数的金刚石，粒度越大，则单位面积上分布的颗粒数越少；相反，如果粒度越小，则单位面积上分布的颗粒数就越多。粒度较粗的金刚石，单位面积单颗金刚石受到的压强大，刻入深度大，磨削效果好，又由于其颗粒间间距大，磨屑对胎体磨损较大，所以在磨削过程中表现出高效率、低寿命的特性。粒度细的金刚石，单位面积受到的压强小，刻入深度小，磨削效果弱，颗粒与颗粒间间距小，磨屑对胎体磨损较小，所以细粒度的金刚石在磨削过程中表现出低效率，长寿命的特性。本发明在同一配方基础上，通过调整不同的金刚石粒度配比，来确定适合本配方的最佳的粒度参数。在树脂结合剂金刚石砂轮配方的体积比确定的情况下，制成金刚石薄片砂轮。通过砂轮平整度和磨削比检测，得到金刚石的粒度及粒度配比对砂轮的平整度、耐磨性的影响规律。平整度最好和磨削比最小的情况下，砂轮使用寿命最长。在粗粒度的金刚石磨料中掺入细粒度磨料制成金刚石薄片砂轮，即在120/140磨料中分别加入W10、325/400、200/230不同配比的磨料作为混合磨料，细粒度的金刚石虽然磨削效果弱，但混合粗粒度金刚石后起到过渡替换作用，以增大颗粒间间距，减小磨屑对胎体磨损，使得磨削效果优于单一的粗粒度的（120/140）磨料。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

本发明的金刚石薄片砂轮，体积配比组成如下：金刚石磨料25%、树脂结合剂45%、铜粉10%、氧化锌4%、氧化铬6%、SiC微粉10% 和甲酚；所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为5-10μm、35-45μm或65-85μm磨料中的任意一种复配。

表1 不同型号的金刚石粒度表

本发明的金刚石薄片砂轮的制备方法，步骤如下：

（1）称重：使用FA/JA系列电子天平，将制作树脂结合剂金刚石薄片逐一称重，将电源打开进行预热，时间为30分钟；然后在天平上放置一个洁净且干燥的小烧杯，等天平示数显示稳定后按下去皮按钮，等待天平示数显示为零或者接近为零，将所要称量的配料放入烧杯中进行一一称量；

（2）混料：混料是将树脂结合剂、金刚石磨料、填料及外加配料充分混合、均匀的过程，混合均匀的基本要求是：各成分混合均匀并呈松散状，具有一定的湿度，方便进行摊料；具体方法如下： a、在金刚石磨料中加入润湿剂甲酚进行混合均匀；b、将填充材料铜粉、氧化锌、氧化铬、SiC微粉、三氧化二铁混合均匀并进行过筛操作；c、将树脂结合剂酚醛树脂和混合好的填料再次混合均匀，并进行过筛操作；d、将填料、树脂粉混合粉和润湿过的磨料连同几颗小钢珠一块放入混料机中混料数小时，再次过筛备用；

（3）热压成型：

1）准备工作：将热压机、气氛炉同时加热到预先设定温度；按金刚石砂轮规格选择模具，将磨具进行擦洗干净（内外半径不能有磨料残余），在两个内环外表面和外环内表面涂抹脱模剂，备用；

2）放料：称取预先设计好的单个砂轮混合料的质量，将混合料均匀的倒入磨具中，然后把磨具放入液压机下进行压制；

3）热压工艺：酚醛树脂压制温度要保证在210℃以下，在压制过程中，会伴有刺鼻性气味，热压过程中会有2～3次气体排放；

（4）脱模：由于压制温度为180℃，脱模剂需要耐高温，综合考虑，本文采用硬脂酸锌作为脱模剂，效果较比其它脱模剂要好，热压结束后，用绝热手套取出模具，待模具还未完全冷却期间进行脱模；

（5）后固化处理：对成型金刚石砂轮进行后固化处理的原因是，高温使酚醛树脂完全固化，消除热应力，并使砂轮达到一定的强度，本实验固化条件为：180℃保温4小时，自然冷却．

（6）降温出炉：固化处理结束后，将金刚石砂轮在气氛炉内进行自然降温．如果加热结束就直接打开炉门降温，会导致砂轮出现裂纹或扭曲；

（7）修整：对砂轮修整，采用双面抛光研磨机对砂轮进行磨削修整。

实施例1

本实施例的金刚石薄片砂轮，体积配比组成如下：金刚石磨料25%、树脂结合剂45%、铜粉10%、氧化锌4%、氧化铬6%、SiC微粉10% 和甲酚；所述金刚石磨料由120/140和W10按质量比4:1复配。

实施例2-5

本实施例的金刚石磨料由120/140和W10按质量比5:1、2:1、3:1、1:1复配，其余配方同实施例1。

实施例6-10

所述金刚石磨料由120/140和325/400按质量比2:1、4:1、5:1、3:1、1:1，其余配方同实施例1。

实施例11-15

所述金刚石磨料120/140和200/230粒度配比为3:1、5:1、4:1、2:1、1:1，其余配方同实施例1。

对比例1

所述金刚石磨料使用120/140，其余配方同实施例1。

对比例2

所述金刚石磨料使用W10，其余配方同实施例1。

对比例3

所述金刚石磨料使用325/400，其余配方同实施例1。

对比例4

所述金刚石磨料使用200/230，其余配方同实施例1。

表2 对比例1-4与本发明金刚石薄片砂轮的性能比较

由表2可知，使用混合粒度号金刚石制成的砂轮，其耐磨性优于单一粒度号金刚石砂轮。

1、平整度检测

砂轮的平整度检测使用的仪器为数显式测微仪，主要通过测量金刚石砂轮的平均厚度，计算出每个砂轮50个点的厚度标准差，从而分析出砂轮的平整度．

分别对19个金刚石砂轮样品的每片测试50个点，然后通过这些数据，求出他们的平均值和标准差，其中平均值代表金刚石砂轮的厚度．标准差代表金刚石砂轮的平整程度．

2、耐磨性检测

测试金刚石砂轮的磨削性能使用的是精密研磨抛光机．本实验采用的研磨条件为：220g碳化硅加500毫升水，转速为250r/min，时间为10min的研磨条件。

在树脂结合剂金刚石砂轮配方的体积比确定的情况下，改变金刚石的粒度及粒度配比对砂轮的平整度、耐磨性、外观形貌均有影响，各性能指标对树脂结合剂金刚石砂轮的品质影响规律总结如下。

平整度性能指标下：

（1）只掺加一种粒度的金刚石颗粒时，随着金刚石粒度大小的减小，树脂结合剂金刚石砂轮的厚度标准差减小．即树脂结合剂金刚石砂轮的平整度性能逐渐变优．

（2）金刚石的粒度配比对砂轮的平整度和耐磨性有影响．在120/140磨料中分别加入W10、325/400、200/230不同配比的磨料作为混合磨料．用120/140和W10混合磨料，当配比为2:1时砂轮平整度最好，配比为4:1时砂轮平整度最差；用120/140和325/400混合磨料，配比为1:1时砂轮平整度最好，配比为2:1时砂轮平整度最差；用120/140和200/230混合磨料，配比为2:1时砂轮平整度最好，配比为5:1时砂轮平整度最差；

耐磨性性能指标下：

（1）只掺加120/140型号的金刚石的磨削比为2.95%；只掺加325/400型号的金刚石的磨削比为7.9%；只掺加200/230型号的金刚石的磨削比为3.97%。可以看出，随着金刚石粒度的减小（120/140、325/400、200/230粒度依次减小）树脂结合剂金刚石砂轮的磨削比逐渐增加。

（2）120/140和W10粒度配比为4:1、5:1、2:1、3:1、1:1磨削比依次增大；120/140和325/400粒度配比2:1、4:1、5:1、3:1、1:1磨削比依次增大；120/140和200/230粒度配比为3:1、5:1、4:1、2:1、1:1磨削比依次增大．对于不同的混合磨料，粒度配比为1:1时，磨削比都为最大，树脂结合剂金刚石砂轮的磨削性能都较差．

外观形貌性能指标下：

(1)掺加不同粒度的金刚石砂轮外观形貌有明显区别，由于掺加相同质量的金刚石，其砂轮表面金刚石颗粒数随着金刚石粒度的增大而减少，通过金刚石砂轮表面的金刚石颗粒数和粒度大小也能区别出掺加不同粒度的金刚石砂轮。

(2) 掺加不同粒度配比的金刚石砂轮，其外观形貌也有区别，其中通过砂轮表面的金刚石颗粒数和金刚石尺寸大小可以区分出不同粒度配比的金刚石砂轮。

在120/140磨料中分别加入W10、325/400、200/230不同配比的磨料作为混合磨料，在树脂结合剂金刚石砂轮配方的体积比确定的情况下，制成金刚石薄片砂轮。通过砂轮平整度和磨削比检测，得到金刚石的粒度及粒度配比对砂轮的平整度、耐磨性的影响规律。平整度最好和磨削比最小的情况下，砂轮使用寿命最长。

用120/140和W10混合磨料，当配比为2:1时砂轮平整度最好，配比为4:1时砂轮平整度最差；

用120/140和325/400混合磨料，配比为1:1时砂轮平整度最好，配比为2:1时砂轮平整度最差；

用120/140和200/230混合磨料，配比为2:1时砂轮平整度最好，配比为5:1时砂轮平整度最差；

120/140和W10粒度配比为4:1、5:1、2:1、3:1、1:1磨削比依次增大；

120/140和325/400粒度配比2:1、4:1、5:1、3:1、1:1磨削比依次增大；

120/140和200/230粒度配比为3:1、5:1、4:1、2:1、1:1磨削比依次增大。

对于不同的混合磨料，粒度配比为1:1时，磨削比都为最大，树脂结合剂金刚石砂轮的磨削性能都较差。

以120/140粒度号金刚石为基础，尽管掺入的金刚石细粒度号不同，但每种粒度号都可以找到一个配比，使其磨削效果优于单一的120/140磨料。

细粒度的金刚石虽然磨削效果弱，但混合粗粒度金刚石后起到过渡替换作用，以增大颗粒间间距，减小磨屑对胎体磨损，使得磨削效果优于单一的120/140磨料。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种金刚石薄片砂轮，其特征在于体积配比组成如下：金刚石磨料25%、树脂结合剂45%、铜粉10%、氧化锌4%、氧化铬6%、SiC微粉10%；所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为5-10μm、35-45μm或65-85μm磨料中的任意一种复配。

2.根据权利要求1所述的金刚石薄片砂轮，其特征在于：还包括外加的占金刚石薄片砂轮材料总体积1%的三氧化二铁。

3.根据权利要求1所述的金刚石薄片砂轮，其特征在于：所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为5-10μm的磨料按质量比4:1进行复配。

4.根据权利要求1所述的金刚石薄片砂轮的材料配方，其特征在于：所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为35-45μm的磨料按质量比2:1进行复配。

5.根据权利要求1所述的金刚石薄片砂轮，其特征在于：所述金刚石磨料由粒度为107-139μm的磨料与粒度为65-85μm的磨料按质量比3:1进行复配。