CN109794861A - 一种超硬材料砂轮及其制备方法、超硬材料砂轮压制成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超硬材料砂轮及其制备方法、超硬材料砂轮压制成型模具，属于超硬材料领域。本发明的超硬材料砂轮的制备方法，包括以下步骤：将超硬材料砂轮的制备原料混匀后，得到混合料；将混合料冷压、固化或将混合料热压或热压烧结，即得；冷压、热压或热压烧结过程中，在磨削面压制出凹陷气孔。本发明的超硬材料砂轮的制备方法，通过冷压、热压或热压烧结过程中加压在磨削面压制出凹陷气孔，由于凹陷气孔是在加压过程中压制形成的，磨削面上气孔的大小、形状及分布状况易于进行调整，大大降低了控制超硬材料砂轮气孔大小、形状、分布的难度。

Description

一种超硬材料砂轮及其制备方法、超硬材料砂轮压制成型 模具

技术领域

本发明涉及一种超硬材料砂轮及其制备方法、超硬材料砂轮压制成型模具，属于超硬材料领域。

背景技术

超硬磨盘具有自锐性好、耐用度高、效率高和寿命长等优点，因此在现代工业生产中发挥着日益重要的加工角色，包括汽车、轴承、航空、轮船等领域的重型高负荷端面磨削，均需超硬材料磨盘对零配件有精度要求的端面进行磨削加工。在高速高效的端面粗磨工艺中，由于工件与磨盘接触面积和工件的去除余量都比较大，造成磨屑难以排出磨削体系，容易粘附砂轮而造成工件烧伤或精度超差问题。因此，在制作超硬材料磨盘时，如何在磨削过程中制造设计合理均匀的气孔用以排屑和散热，成为相关领域内研究人员的争先攻克的难题。

目前超硬磨盘领域内常用的造孔技术包括物理造孔(空心球造孔)和化学造孔(化学试剂挥发造孔)两种方法。前者存在空心球与磨削料不易均匀混合，不能保证磨盘端面和径向上组织均匀性；后者多用于设计制造孔径≤0.1mm的气孔，不适用于大余量切削用磨盘的生产制造。

空心球造孔的优点是可以在可控的磨料层组织中加入不同粒径的空心球，缺点是混料工艺性差。因为空心球与磨削组织原料的粒径相差太大，难以保证空心球在体系中分布的均匀性，便不能保证磨盘组织的硬度均匀性，严重影响盘的自身的均匀消耗和工件的尺寸精度。这样就会导致既定厚度的磨料层不能有效发挥其磨削能力，影响磨盘的使用效果和寿命。

化学试剂造孔通常用于设计直径小于0.1mm甚至0.05mm的气孔。其优点是可以很好的控制气孔和磨削组织的均匀性；缺点是不适合用于设计尺寸较大(≥2mm)的气孔。如申请公布号为CN107116485A的中国发明专利申请公开了一种发泡型大气孔砂轮的制造方法，通过添加发泡剂再以浇注工艺制造的大气孔砂轮，并不能有效的控制气孔直径，也没有详述其所涉及气孔的尺寸，这也是由于化学试剂造孔自身的工艺所决定的。

对于大直径、宽工作面用于大余量磨削的超硬材料砂轮，气孔的尺寸及其均匀性决定了其是否达到重负荷磨削技术要求的可能性，过小的孔径达不到散热、排屑、容屑的目的。因此，如何控制气孔在超硬材料砂轮成型过程中分布及尺寸，成为用于大余量磨削的超硬材料砂轮制造的技术关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于对气孔大小、形状和分布状况控制的超硬材料砂轮的制备方法。

本发明还提供了一种超硬材料砂轮压制成型模具和一种超硬材料砂轮。

为了实现以上目的，本发明的超硬材料砂轮的制备方法所采用的技术方案是：

一种超硬材料砂轮的制备方法，包括以下步骤：

将超硬材料砂轮的制备原料混匀后，得到混合料；

将混合料冷压、固化或将混合料热压或热压烧结，即得；

冷压、热压或热压烧结过程中，在磨削面压制出凹陷气孔。

本发明的超硬材料砂轮的制备方法，通过冷压、热压或热压烧结过程中加压在磨削面压制出凹陷气孔，由于凹陷气孔是在加压过程中压制形成的，磨削面上气孔的大小、形状及分布状况易于进行调整，大大降低了控制超硬材料砂轮气孔大小、形状、分布的难度，特别适用于大余量磨削的超硬材料砂轮的制备。

采用本发明的方法制备得到的大气孔超硬材料砂轮具有良好的散热、容屑和排屑能力，能够满足超硬材料砂轮重负荷、大余量磨削金属工件的技术要求，不会出现散热不良和消耗不均匀的问题。

优选的，所述凹陷气孔被均匀压制于磨削面上。

优选的，所述凹陷气孔为半球形。进一步优选的，所述凹陷气孔为半椭球形。半椭球形的凹陷气孔能够确保在不同磨料层深度的情况下，各气孔尽可能地保持较小差异，从而在磨削过程中使超硬材料砂轮的磨削性能基本保持稳定。半椭球形的凹陷气孔平行于磨削面的横截面为圆形，横截面面积最大的圆形的直径为2～5mm。半椭球形凹陷气孔的最深处的深度为4～10mm。

优选的，所述超硬材料砂轮为树脂结合剂超硬材料砂轮。

进一步优选的，所述树脂结合剂超硬材料砂轮的制备原料主要由以下质量百分比的组分组成：热固性树脂10～20％、立方氮化硼10～25％，金属粉20～40％、碳化硅5～15％、硫酸钙3～10％、固体润滑剂5～10％。上述树脂结合剂超硬材料砂轮的制备原料中，热固性树脂在固化阶段具有高流动性、可均匀良好的浸润金属粉、碳化硅和硫酸钙等粉体材料；固体润滑剂的加入则可提升磨具的散热能力。从而使得采用上述制备原料制得的CBN树脂结合剂磨具具有抗冲击强度高、散热性好、磨削效率高、自锐性好以及整体均匀性优良等优点。

现有技术中用作树脂结合剂的热固性树脂均可用于发明的树脂结合剂超硬材料砂轮的制备原料。优选的，所述热固性树脂为高流动性热固性树脂。将热固性树脂制成规格为的圆柱状树脂测试样块，然后在175℃熔融固化，若最大直径处的截面积≥0.3cm²，则该热固性树脂为本发明的高流动性热固性树脂。流动性较高的热固性树脂和固体润滑剂的共同使用，能够在压制出凹陷气孔时进一步减少制备原料在凹陷气孔周围的聚集，提高磨削组织的均匀性，延长超硬材料砂轮的使用寿命。

进一步优选的，所述热固性树脂为酚醛树脂。

优选的，所述硫酸钙为硫酸钙晶须。硫酸钙晶须能够增强超硬材料砂轮的导热散热性，并使原料中各物质的结合更加牢固，增强了超硬材料砂轮的使用寿命；此外，硫酸钙晶须则可增强磨具的强度，并鉴于其脆性，可提升磨具的自锐性。

为了提升超硬材料砂轮的散热性和自锐性，优选的，所述固体润滑剂为石墨粉、二硫化钼、氮化硼、氮化硅中的至少一种。

为了满足磨削锋利性及磨削效率的要求，优选的，所述立方氮化硼的平均粒径为90～125μm。

优选的，所述金属粉为铁粉、镍粉、铜粉、银粉、锌粉中的至少一种。金属粉能够增强CBN树脂结合剂磨具的导热散热性，还能与硫酸钙协同作用，增强超硬材料砂轮组织结构的强度和耐磨性。

为了提高超硬材料砂轮的自锐性，优选的，所述硫酸钙晶须的长径比为4～8:1。

进一步优选的，所述硫酸钙晶须的平均直径为4～15μm。

为了减小硫酸钙晶须对立方氮化硼高效、高锋利性的磨削效果造成不利影响，所述硫酸钙晶须的平均长度为所述立方氮化硼的平均粒径的1/3～1/2。进一步优选的，所述硫酸钙晶须的平均长度为30～60μm。

为了达到良好的散热效果，并且不至于明显降低磨料的强度，所述固体润滑剂的平均粒径应当略大于金属粉的平均粒径。优选的，所述固体润滑剂的平均粒径为25～38μm。

为了使金属粉在增强磨具散热性、强度和耐磨性的同时，使磨具具有良好的自锐性，所述金属粉的平均粒径不大于所述硫酸钙晶须的长度的1/2。进一步优选的，所述金属粉的平均粒径为15～25μm。更进一步优选的，所述金属粉的平均粒径为15～23μm。

优选的，所述碳化硅的平均粒径为10～40μm。碳化硅能够增加磨具体系自身的抗冲击强度、提升磨具在磨削过程中的自锐性以及辅助磨削作用。

本发明的超硬材料砂轮压制成型模具所采用的技术方案为：

一种超硬材料砂轮压制成型模具，包括模腔，所述模腔的腔壁上设置有用于在超硬材料砂轮的磨削面上压制出凹陷气孔的若干个凸起。

本发明的超硬材料砂轮压制成型模具，通过在模腔腔壁上设置凸起，在制备得到的超硬材料砂轮上形成气孔，通过调整凸起的大小、形状以及在模腔腔壁上的分布情况，方便快捷地对超硬材料砂轮的上气孔的大小、形状及分布状况进行调整，大大降低了控制超硬材料砂轮气孔大小、形状、分布的难度。

优选的，所述模腔由芯轴、用于套设在所述芯轴上的模套、上压板和下压板围成。所述凸起设置在所述上压板和/或下压板上。

芯轴和模套之间的间隙形状与上压板的形状相匹配。

进一步优选的，所述芯轴、模套和下压板一体化设置。

优选的，所述凸起均匀设置于所述模腔的腔壁上。均匀设置的凸起能在超硬材料砂轮的磨削面上形成均匀的气孔。

为了便于冷却后进行脱模，凸起在压制时平行于磨削面上的横截面应当从凸起根部至顶部逐渐变小。优选的，所述凸起为半椭球形、半球形、锥形、圆台形或棱锥台形。

将凸起设置为半椭球形或半球形可以保证脱模斜度，确保造孔的同时又具有良好的工艺性。由于正半球形的凸起会使气孔尺寸随着砂轮的磨削而急剧减小，严重影响超硬材料砂轮的散热和排屑能力。因此，优选的，所述凸起为呈半椭球形。所述半椭球形的一个半径垂直于压制时的磨削面。

更进一步优选的，半椭球形的凸起平行于磨削面的横截面为圆形，圆形的直径为2～5mm。半椭球形凸起的最高处的高度为4～10mm。高度的测量基准为凸起的根部。

本发明的超硬材料砂轮所采用的技术方案为：

一种超硬材料砂轮，包括磨削主体，所述磨削主体的磨削面上设置有凹陷气孔。

本发明的超硬材料砂轮，具有良好的散热和排屑能力，能够满足超硬材料砂轮重负荷、大余量磨削金属工件的技术要求，不会出现散热不良和消耗不均匀的问题。

优选的，所述磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂10～20％、立方氮化硼10～25％，金属粉20～40％、碳化硅5～15％、硫酸钙3～10％、固体润滑剂5～10％。

优选的，所述热固性树脂为高流动性热固性树脂。进一步优选的，所述热固性树脂为酚醛树脂。

优选的，所述立方氮化硼的平均粒径为90～125μm。

优选的，所述硫酸钙为硫酸钙晶须。所述硫酸钙晶须的长径比为4～8:1。

进一步优选的，所述硫酸钙晶须的平均直径为4～8μm。

进一步优选的，所述硫酸钙晶须平均长度为立方氮化硼平均粒径的1/3～1/2。更进一步优选的，所述硫酸钙晶须的平均长度为30～60μm。

优选的，所述固体润滑剂为石墨粉、二硫化钼、氮化硼、氮化硅中的至少一种。

优选的，所述固体润滑剂的平均粒径应当大于金属粉的平均粒径。进一步优选的，所述固体润滑剂的平均粒径为25～38μm。

优选的，所述金属粉为铁粉、镍粉、铜粉、银粉、锌粉中的至少一种。

优选的，所述金属粉的平均粒径不大于硫酸钙晶须的1/2。进一步优选的，所述金属粉的平均粒径为15～25μm。更进一步优选的，所述金属粉的平均粒径为15～23μm。

优选的，所述碳化硅的平均粒径为10～40μm。

附图说明

图1为实施例1中的超硬材料砂轮的示意图；

图2为图1中磨削面上A处的放大图；

图3为实施例1中的超硬材料砂轮的局部照片；

图4为实施例1中超硬材料砂轮压制成型模具的上压板的示意图；

图5为实施例1中的上压板的局部照片；

附图标记：1-磨削主体，2-磨削面，3-凹陷气孔，4-椭球形的凸起。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

具体实施方式中所采用的金属材质的上压板，如图4和图5所示，采用铣削加工制成；热压前，根据计算好的垫铁推入距离，将垫铁放置在模具的模套上控制砂轮高度，以使砂轮按照设计的体积和组织硬度成型。各实施例中采用的热固性树脂为济南圣泉集团股份有限公司生产的型号为PF2893的产品，将该热固性树脂制成规格为的圆柱状树脂测试样块，然后在175℃熔融固化，最大直径处的截面积≥0.3cm²。

实施例1

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，如图1～图3所示，包括磨削主体1和设置在磨削主体1的磨削面2上的均匀分布的若干凹陷气孔3；磨削面2为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径2mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为4mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂10％、立方氮化硼25％，金属粉40％、绿碳化硅5％、硫酸钙晶须10％、固体润滑剂10％；立方氮化硼的平均粒径为90μm，金属粉为平均粒径为15μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为10μm，硫酸钙晶须的平均长度为30μm，硫酸钙晶须的平均直径为4μm，固体润滑剂为平均粒径为25μm的石墨粉。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板见图4和图5，呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔3的半椭球形的若干凸起4；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同且与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为半径1mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为4mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

实施例2

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，包括磨削主体和设置在磨削主体的磨削面上的均匀分布的若干凹陷气孔；磨削面为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径5mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为10mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂20％、立方氮化硼10％，金属粉37％、绿碳化硅15％、硫酸钙晶须3％、固体润滑剂5％；立方氮化硼的平均粒径为90μm，金属粉为平均粒径20μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为40μm，硫酸钙晶须的平均长度为46μm，硫酸钙晶须的平均直径为6μm，固体润滑剂为平均粒径为38μm的石墨粉。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔的半椭球形的若干凸起；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为直径2.5mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为10mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

实施例3

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，包括磨削主体和设置在磨削主体的磨削面上的均匀分布的若干凹陷气孔；磨削面为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径4mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为7mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂20％、立方氮化硼25％，金属粉20％、绿碳化硅15％、硫酸钙晶须10％、固体润滑剂10％；立方氮化硼的平均粒径为125μm，热固性树脂为改性酚醛树脂，金属粉为平均粒径为23μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为25μm，硫酸钙晶须的平均长度为60μm，硫酸钙晶须的平均直径为15μm，固体润滑剂为平均粒径为38μm的石墨粉。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔的半椭球形的若干凸起；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同且与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为半径2mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为7mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

实施例4

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，包括磨削主体和设置在磨削主体的磨削面上的均匀分布的若干凹陷气孔；磨削面为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径4mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为7mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂10％、立方氮化硼25％，金属粉40％、绿碳化硅5％、硫酸钙晶须10％、固体润滑剂10％；立方氮化硼的平均粒径为125μm，金属粉为平均粒径为17μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为25μm，硫酸钙晶须的平均长度为60μm，硫酸钙晶须的平均直径为9μm，固体润滑剂为平均粒径为30μm的二硫化钼。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔的半椭球形的若干凸起；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同且与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为半径2mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为7mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

实施例5

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，包括磨削主体和设置在磨削主体的磨削面上的均匀分布的若干凹陷气孔；磨削面为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径4mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为7mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂20％、立方氮化硼10％，金属粉37％、绿碳化硅15％、硫酸钙晶须3％、固体润滑剂5％；立方氮化硼的平均粒径为107μm，金属粉为平均粒径为23μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为35μm，硫酸钙晶须的平均长度为40μm，硫酸钙晶须的平均直径为10μm，固体润滑剂为平均粒径为25μm的二硫化钼。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔的半椭球形的若干凸起；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同且与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为半径2mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为7mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

实施例6

本实施例的超硬材料砂轮为树脂结合剂磨盘，包括磨削主体和设置在磨削主体的磨削面上的均匀分布的若干凹陷气孔；磨削面为圆环形；若干凹陷气孔分为若干组，各组中的凹陷气孔依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆形沿半径方向的间隔相同，各组中相邻凹陷气孔之间的间隔相同且与相邻圆形沿半径方向的间隔大致相同，同心圆的圆心与圆环形的磨削面的圆心相同；凹陷气孔为半椭球形，凹陷气孔平行于磨削面的最大截面为直径4mm的圆，凹陷气孔最深处的深度为7mm(相对于磨削面)；磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂20％、立方氮化硼25％，金属粉20％、绿碳化硅15％、硫酸钙晶须10％、固体润滑剂10％；立方氮化硼的平均粒径为107μm，金属粉为平均粒径为20μm的铁粉，绿碳化硅的平均粒径为34μm，硫酸钙晶须的平均长度为55μm，硫酸钙晶须的平均直径为11μm，固体润滑剂为平均粒径为29μm的二硫化钼。

本实施例的超硬材料砂轮在制备时采用的压制成型模具，包括模腔，模腔由圆柱形的芯轴、用于套设在芯轴上的模套、上压板和下压板围成；上压板呈圆环形，上压板上设置有若干用于在磨削面上压制出凹陷气孔的半椭球形的若干凸起；若干凸起又分为若干组，各组中的凸起依次排列成圆形，各圆形为同心圆，各相邻圆沿半径方向的间隔相同；各组中相邻凸起之间的间隔相同且与相邻圆形在沿半径方向上的间隔大致相同；半椭球形的凸起平行于上压板上凸起所在平面的最大截面为半径2mm的圆，凸起的最高点到上压板上凸起所在平面的垂直距离为7mm；芯轴、模套和下压板一体化设置。

本实施例的超硬材料砂轮的制备方法，采用本实施例的压制成型模具，包括以下步骤：

1)取配方量的热固性树脂、立方氮化硼、金属粉、绿碳化硅、硫酸钙晶须、固体润滑剂混匀，得到成型料；

2)然后将成型料投入由芯轴、模套和下压板围成的开口模腔中，经过摊料、犁料和刮料等传统工艺过程使成型料均匀、致密地分散在开口模腔中，采用喷雾脱模剂在上压板设置凸起的一面上均匀涂覆脱模剂，然后将上压板盖入开口模腔；将上压板盖入开口模腔时，设置凸起的一面朝向开口模腔；

3)计算好垫铁推入距离，设定好升温程序，采用热压机进行热压；

4)热压完成后，卸压，出模，得到坯料，坯料经过车、铣、钳、磨、动平衡等工序处理，即得。

对比例1

对比例1的超硬材料砂轮是将三聚氰胺改性酚醛树脂、立方氮化硼和白刚玉按照质量比为1:2:1.3的比例，将立方氮化硼和白刚玉加入三聚氰胺改性酚醛树脂中混匀，热压成型，即得；所采用的立方氮化硼的平均粒径为107μm，白刚玉的平均粒径为40μm。

对比例2

本对比例的CBN树脂结合剂磨具是由浇铸方法试制的大气孔树脂结合剂砂轮，包括以下步骤：

1)选取树脂粘合剂25份、磨料30份、发泡剂0.7份、稀释剂23份、表面活性剂2份和消泡剂0.4份等原材料；磨料为立方氮化硼，平均粒径为125μm；树脂粘合剂为环氧树脂液；

2)将树脂粘合剂和稀释剂加入到50℃恒温容器中并以45rpm的转速搅拌30min，再加入磨料和表面活性剂以80rpm转速搅拌120min，再依次加入发泡剂和消泡剂以150rpm转速搅拌25min；将浆料注入到恒温模具后，再把模具放入45℃恒温烤箱进行烘烤，待模具内的浆料完全固化成型，即得。

实验例

分别采用实施例1～6及对比例1～2的超硬材料砂轮对40×40mm(长×宽)的不锈钢工件进行磨削测试，砂轮的直径为400mm，砂轮的转速为1200rpm，工件通过频率为100片/min，采用油性磨削液，磨削测试结果见表1。

表1实施例1～6及对比例1～2的超硬材料砂轮的磨削测试结果

	烧伤情况	单次最大去除量	磨削工件平行度	工件划伤比例
					实施例1	无烧伤	0.35mm	0.024mm	1.22％
实施例2	无烧伤	0.28mm	0.033mm	1.41％
					实施例3	无烧伤	0.47mm	0.019mm	0.82％
实施例4	少烧伤	0.31mm	0.022mm	1.39％
					实施例5	少烧伤	0.30mm	0.027mm	1.44％
实施例6	少烧伤	0.39mm	0.021mm	1.03％
					对比例1	多烧伤	0.18mm	0.039mm	5.22％
对比例2	无烧伤	0.21mm	0.052mm	1.00％

由表1中数据可知，本发明的实施例1～6中的超硬材料砂轮具有良好的散热、排屑和溶屑性能，并具有更好的磨削锋利性。

Claims (10)

1.一种超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将超硬材料砂轮的制备原料混匀后，得到混合料；

将混合料冷压、固化或将混合料热压或热压烧结，即得；

冷压、热压或热压烧结过程中，在磨削面压制出凹陷气孔。

2.根据权利要求1所述的超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：所述凹陷气孔被均匀压制于磨削面上。

3.根据权利要求1或2所述的超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：所述凹陷气孔为半椭球形。

4.根据权利要求1所述的超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：所述超硬材料砂轮为树脂结合剂超硬材料砂轮；所述树脂结合剂超硬材料砂轮的制备原料主要由以下质量百分比的组分组成：热固性树脂10～20％、立方氮化硼10～25％，金属粉20～40％、碳化硅5～15％、硫酸钙3～10％、固体润滑剂5～10％。

5.根据权利要求4所述的超硬材料砂轮的制备方法，其特征在于：所述热固性树脂为高流动性热固性树脂。

6.一种超硬材料砂轮压制成型模具，包括模腔，其特征在于：所述模腔的腔壁上设置有用于在超硬材料砂轮的磨削面上压制出凹陷气孔的若干个凸起。

7.根据权利要求6所述的超硬材料砂轮压制成型模具，其特征在于：所述模腔由芯轴、用于套设在所述芯轴上的模套、上压板和下压板围成；所述凸起设置在所述上压板和/或下压板上。

8.根据权利要求6或7所述的超硬材料砂轮压制成型模具，其特征在于：所述凸起呈半椭球形。

9.一种超硬材料砂轮，包括磨削主体，其特征在于：所述磨削主体的磨削面上设置有凹陷气孔。

10.根据权利要求9所述的超硬材料砂轮，其特征在于：所述磨削主体主要由以下质量百分比的原料制成：热固性树脂10～20％、立方氮化硼10～25％，金属粉20～40％、碳化硅5～15％、硫酸钙3～10％、固体润滑剂5～10％。