CN110052975B - 一种涂附磨具及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂附磨具及其制备方法和使用方法。该涂附磨具包括基材和磨料层,所述磨料层包括底胶层、植入底胶层的磨料以及涂覆在所述磨料和底胶层上的复胶层,底胶层上植入的磨料中植砂角度α为30°≤α<90°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为20‑50%。本发明提供的涂附磨具,通过调整部分磨料的植砂角度,使磨削加工时磨料与加工工件的接触角度得以优化,试验证明,通过调整磨料的植砂角度可以有效提高涂附磨具制品的磨削效率。
Description
技术领域
本发明属于涂附磨具领域,具体涉及一种涂附磨具及其制备方法和使用方法。
背景技术
涂附磨具是用粘结剂把磨料粘附在可挠曲基材上,又称柔性磨具。植砂是制备涂附磨具的重要环节,传统植砂方式包括重力植砂和静电植砂。重力植砂是通过磨料自身的重力作用进行植砂,磨料的植砂方向具有随机性。目前,静电植砂的应用越来越广泛,其可以获得较为一致的磨料排列效果,其工作过程(如图1所示)是利用外加电源1提供的高压静电场,在磨料2沿箭头方向行进时依靠磨料2的电学性能,使磨料2成为带电体,产生定向(一般是粗头朝向基材方向,细头相反)跳跃并被吸附在涂覆有粘结剂的基材上。
公告号为CN102124070B的中国专利公开了一种涂附磨具制品及其制备和使用方法,其中涉及的涂附磨具包括织物背衬及设置在织物背衬上的磨料层,磨料层包括底胶层,底胶层中嵌入有磨料,底胶层和磨料上覆盖有复胶层。现有涂附磨具中,基于静电植砂的工作过程,磨料和基材的植砂角度(磨料的粗头中心点、细头中心点连线与基材之间的角度)通常维持在90°,在进行磨削加工时,被加工工件和涂附磨具的接触角度通常保持在90°,以期发挥磨具产品的最大磨削使用寿命和最高磨削效率。现有涂附磨具的磨削效率仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涂附磨具,以解决现有涂附磨具的磨削效率较低的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述涂附磨具的制备方法,以解决现有涂附磨具的磨削效率较低的问题。
本发明的第三个目的在于提供上述涂附磨具的使用方法,以解决现有涂附磨具的磨削效率较低的问题。
为实现上述目的,本发明的涂附磨具所采用的技术方案是:
一种涂附磨具,包括基材和磨料层,所述磨料层包括底胶层、植入底胶层的磨料以及涂覆在所述磨料和底胶层上的复胶层,底胶层上植入的磨料中植砂角度α为30°≤α<90°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为20-50%。
本发明提供的涂附磨具,通过调整部分磨料的植砂角度,使磨削加工时磨料与加工工件的接触角度得以优化,试验证明,通过调整磨料的植砂角度可以有效提高涂附磨具制品的磨削效率。
为更进一步提高涂附磨具的磨削性能,优选的,所述植砂角度α为50°≤α<90°。
从磨料成本和磨削效果方面综合考虑,优选的,磨料层中的磨料为棕刚玉磨料、煅烧刚玉磨料、碳化硅类磨料、锆刚玉磨料、陶瓷刚玉磨料中的至少一种。
为进一步提高对磨料的把持性能,优选的,所述磨料层还包括涂覆在所述复胶层上的超涂层。
本发明的涂附磨具的制备方法所采用的技术方案是:
一种涂附磨具的制备方法,包括以下步骤:将底胶液涂覆在基材上,植砂,干燥,再涂覆复胶液,干燥、固化,柔曲即得;植砂时,调整植砂角度α为30°≤α<90°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为20-50%。
本发明提供的涂附磨具的制备方法,通过调整部分磨料的植砂角度,改善磨削加工时磨料与被加工工件的磨削角度,其可有效提高磨削效率,延长涂附磨具的使用寿命。
为进一步提高底胶液对基材和磨料的粘结效果,优选的,所述底胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂30-55份、填充剂20-45份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份。
为进一步提高复胶液对磨料的粘结效果,增强对磨料的把持性,优选的,所述复胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂30-60份、填充剂20-40份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份、增稠剂1-2份、颜料1份。
为进一步提高对磨料的把持性能,优选的,复胶液干燥后,还涂覆超涂层胶液,所述超涂层胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂20-40份,填充剂40-60份,消泡剂1-2份,表面活性剂1-2份。
从填充剂的成本及对磨削性能的改善方面综合考虑,优选的,所述填充剂选自碳酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、高岭石、硅酸铝镁、滑石、硅灰石、四氟硼酸钾、冰晶石中的至少一种。
本发明的涂附磨具的使用方法所采用的技术方案是:
一种涂附磨具的使用方法,包括以下步骤:使用涂附磨具对待加工工件进行磨削,磨削时控制磨削方向与涂附磨具上植砂角度α为30°≤α<90°的磨料之间的角度小于90°。
本发明提供涂附磨具的使用方法,控制磨料与待加工工件的磨削角度,以增进磨削过程中的磨削力,提高了磨削效率,延长了涂附磨具的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中静电植砂的工作原理图;
图2为本发明涂附磨具实施例1的结构示意图;
图3为本发明涂附磨具的制备方法实施例1中挡杆组与磨料的相对位置示意图;
图4为本发明涂附磨具的制备方法实施例1中挡杆与基材行进方向的夹角示意图;
图5为现有技术中传统静电植砂方法所得涂附磨具中磨料的植砂效果形态;
图6为本发明的涂附磨具实施例3中磨料的植砂效果形态;
图7为现有技术中传统涂附磨具的磨料形态示意图;
图8为本发明的涂附磨具的磨料形态示意图;
图9为现有技术的涂附磨具的磨削加工示意图;
图10为本发明的涂附磨具和传统涂附磨具的磨料在磨削加工时的磨削角度图;
图11为本发明的涂附磨具在不同磨削角度下进行磨削的对比图;
图12为本发明的涂附磨具实施例和常规涂附磨具在不同磨削周期内的磨削量对比;
图13为本发明的涂附磨具实施例和常规涂附磨具在不同磨削周期内的磨削能(SGE)对比;
图14为本发明的涂附磨具实施例和常规涂附磨具的累计磨削量对应的SGE;
图中,1-外加电源,2-磨料,3-基材,4-底胶层,5-复胶层,6-超涂层,7-被加工工件,8-砂光机,9-挡杆,20-倾斜磨料,21-竖直磨料。
具体实施方式
本发明主要是通过磨料植砂角度的合适调整来提高涂附磨具产品的磨削性能。适用本发明的磨料的平均粒径可以为5-700μm。
适用本发明的涂附磨具的基材没有特殊限制,其可以为聚酯布、纯棉布、混纺布、厚度为30-250μm的聚酯薄膜、单重为30-500g/m2的纸基基材等。底胶层、复胶层、超涂层中可能涉及的粘结剂、填充剂、消泡剂、表面活性剂均可使用本领域的常规物质,即利用本领域的常规底胶层、复胶层、超涂层设置即可实现本发明。
具体地,粘结剂可以酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、丁苯橡胶、丁腈橡胶中的至少一种。填充剂选自碳酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、高岭石、硅酸铝镁、滑石、硅灰石、四氟硼酸钾、冰晶石中的至少一种。
消泡剂可选择聚氧丙烯甘油醚(市售型号如DF-114等)、聚醚酯消泡剂(市售型号如B-104等)等品种。表面活性剂可选择脂肪胺盐(市售型号如HIT3015等)、全氟烷基硫醇等。增稠剂可选择丙烯酸共聚物类(市售型号如N-2207等)。
静电植砂后,磨料以竖直形式(可视作植砂角度α=90°)嵌入底胶液中,在基材的行进方向上设置挡杆组,挡杆组包括多个沿基材的宽度方向间隔设置的挡杆,挡杆的下端低于磨料的上端以将相对挡杆行进的磨料由竖直挡至倾斜;在基材的宽度方向上,调整挡杆数量占磨料数量为一定比例,即实现在基材的宽度方向上将相应比例的磨料由竖直挡至倾斜。通过调整挡杆与基材的行进方向之间的角度β为30°≤β<90°,即可调整被挡杆由竖直挡至倾斜的磨料的倾斜角度。挡杆沿基材宽度方向上的尺寸可设定为相应磨料的粒度尺寸。挡杆最下端低于磨料最上端的距离可设定相应磨料的粒度尺寸的1/5-1/2。
利用以上方法制得的涂附磨具,可视作在基材的宽度方向上设置有竖直磨料单元和倾斜磨料单元,竖直磨料单元包括沿基材的长度方向顺序设置的竖直磨料,倾斜磨料单元包括沿基材的长度方向顺序设置的倾斜磨料,倾斜磨料单元的数量为竖直磨料单元和倾斜磨料单元的总数量的20-50%。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中,聚氧丙烯甘油醚消泡剂的型号为DF-114,聚醚酯消泡剂的型号为B-104。脂肪胺盐表面活性剂的型号为HIT3015。丙烯酸共聚物类增稠剂的型号为N-2207。
本发明的涂附磨具的具体实施例
实施例1
本实施例的涂附磨具,如图2所示,包括基材3和磨料层,磨料层包括底胶层4、植入底胶层的磨料,涂覆在所述磨料和底胶层4上的复胶层5,以及涂覆在复胶层5上的超涂层6,底胶层上植砂角度α=70°的磨粒(倾斜磨料20)占所有磨粒的数量百分比为40±5%,其余磨粒的植砂角度α为90°;植砂密度为700g/m2。
基材3为聚酯布,厚度为0.3mm。
底胶层4由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂48份,碳酸钙50份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂1份,脂肪胺盐表面活性剂1份;底胶层的厚度为180μm。
复胶层5由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂60份,硅灰石粉40份,颜料1份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂1份,脂肪胺盐表面活性剂1份,丙烯酸共聚物类增稠剂1份;复胶层的厚度为200μm。
超涂层6由以下重量份的各原料制成:环氧树脂40份,冰晶石粉60份,聚醚酯消泡剂2份,全氟烷基硫醇2份;超涂层的厚度为200μm。
磨料为FEPA标准锆刚玉,粒度为P36。
实施例2
本实施例的涂附磨具,结构与涂附磨具实施例1基本相同,区别仅在于:
底胶层上植砂角度α=60°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为40±5%。
底胶层由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂35份,碳酸钙30份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂2份,脂肪胺盐表面活性剂1份;底胶层的厚度为180μm。
复胶层由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂45份,硅灰石粉30份,颜料1份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂2份,脂肪胺盐表面活性剂2份,丙烯酸共聚物类增稠剂2份;复胶层的厚度为200μm。
超涂层由以下重量份的各原料制成:环氧树脂30份,冰晶石粉50份,聚醚酯消泡剂1份,全氟烷基硫醇1份;超涂层的厚度为200μm。
实施例3
本实施例的涂附磨具,结构与涂附磨具实施例1基本相同,区别仅在于:
底胶层上植砂角度α=50°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为40±5%。
底胶层由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂40份,碳酸钙25份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂1份,脂肪胺盐表面活性剂2份;底胶层的厚度为180μm。
复胶层由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂30份,硅灰石粉20份,颜料1份,聚氧丙烯甘油醚消泡剂1份,脂肪胺盐表面活性剂2份,丙烯酸共聚物类增稠剂1份;复胶层的厚度为200μm。
超涂层由以下重量份的各原料制成:酚醛树脂20份,冰晶石粉40份,聚醚酯消泡剂1份,全氟烷基硫醇1份;超涂层的厚度为200μm。
实施例4
本实施例的涂附磨具,结构与涂附磨具实施例1基本相同,区别仅在于:底胶层上植砂角度α=40°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为40±5%。
实施例5
本实施例的涂附磨具,结构与涂附磨具实施例1基本相同,区别仅在于:底胶层上植砂角度α=30°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为40±5%。
实施例6
本实施例的涂附磨具,结构与涂附磨具实施例1基本相同,区别仅在于:不设置超涂层;底胶层上植砂角度α=70°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为25±5%。
本发明的涂附磨具的制备方法的具体实施例
实施例1
本实施例的涂附磨具的制备方法,如图3和图4所示,对涂附磨具实施例1的制备进行说明,具体采用以下步骤:
将底胶液涂附在基材3上,静电植砂,之后在静电植砂机出口位置沿基材3的行进方向设置挡杆组,挡杆组包括多个沿基材3的宽度方向(图3中箭头方向)间隔设置的挡杆9,挡杆9的下端低于磨料2的上端(挡杆9最下端低于磨料2最上端的距离为磨料2粒度尺寸的1/3;图3中为方便表示挡杆与磨料的比例,未示出挡杆下端低于磨料上端的相对位置关系)以将相对挡杆9行进的磨料2由竖直挡至倾斜;在基材3的宽度方向上,调整挡杆9数量占磨料2数量为40%(每5粒磨料对应设置2个挡杆),即实现在基材3的宽度方向上将数量占比为40±5%的磨料由竖直挡至倾斜。通过调整挡杆9与基材3的行进方向(图4中箭头方向)之间的角度β=70°,即可调整被挡杆9由竖直挡至倾斜的磨料2的倾斜角度为70°;然后在100℃下干燥0.5h;再涂覆复胶液,在100℃下干燥0.5h;再涂覆超涂层胶液,在100℃下干燥0.5h,然后在110℃下固化5h,即得。
实施例2
本实施例的涂附磨具的制备方法,对涂附磨具实施例2的制备进行说明,具体采用以下步骤:
将底胶液涂附在基材上,静电植砂,之后参考涂附磨具的制备方法实施例1中的方式调整磨料角度发生定向改变,使植砂角度为60°的磨粒的数量占所有磨粒的数量百分比为40±5%,在100℃下干燥1h;再涂覆复胶液,在100℃下干燥1h;再涂覆超涂层胶液,在100℃下干燥1h,然后在120℃下固化5h,即得。
实施例3
本实施例的涂附磨具的制备方法,对涂附磨具实施例3的制备进行说明,具体采用以下步骤:
将底胶液涂附在基材上,静电植砂,之后参考涂附磨具的制备方法实施例1中的方式调整磨料角度发生定向改变,使植砂角度为50°的磨粒的数量占所有磨粒的数量百分比为40±5%,在100℃下干燥1h;再涂覆复胶液,在100℃下干燥1h;再涂覆超涂层胶液,在100℃下干燥1h,然后在140℃下固化5h,即得。
实施例4-5
参考涂附磨具制备方法实施例1的方式进行涂附磨具实施例4-5的制备。
实施例6
本实施例的涂附磨具的制备方法,对涂附磨具实施例6的制备进行说明,将底胶液涂附在基材上,静电植砂,之后参考涂附磨具的制备方法实施例1中的方式调整磨料角度发生定向改变,使植砂角度为70°的磨粒的数量占所有磨粒的数量百分比为25±5%,在100℃下干燥1h;再涂覆复胶液,在100℃下干燥1h,然后在140℃下固化5h,即得。
本发明的涂附磨具的使用方法的具体实施例,在以下实验例中进行说明。
实验例1
本实验例以实际照片形式呈现实施例的涂附磨具的植砂效果形态。所使用的测定机械为KEYENCE VHX-950F(150倍)。
采用传统静电植砂方式制造的涂附磨具的磨料形态如图5所示,可以看出,现有涂附磨具中,磨料和基材的植砂角度以90°的形态呈现(即竖直磨料),竖直磨料的数量占比一般在80-90%。
图6为本发明涂附磨具实施例3中磨料的形态,可以看出,磨料与基材的角度为45°-50°。(注:各具体实施例中,磨料的植砂角度及占比均为相应方法下的平均数值。)
图7所示的传统涂附磨具中,磨料以竖直磨料21形态呈现,即静电植砂过程中,粗头沉积在基材上,细头远离基材,粗头中心点、细头中心点的连线与基材(即植砂角度)呈90°(注:该角度是对理论状态下绝大多数的磨料形态进行说明);而实施例的涂附磨具中(图8),磨料以倾斜磨料20形态呈现,倾斜磨料20的植砂角度α为30°≤α<90°。
实验例2
本实验例对本发明的涂附磨具的使用方法进行说明。
将本发明的涂附磨具制造出的产品加工成砂带形态,传统磨料植砂角度为90°的砂带的磨削加工示意图如图9所示,可以看出,被加工工件7和砂光机8相对设置,被加工工件7和砂带基本呈90°的接触角度进行磨削加工,竖直磨料21与被加工工件7的被加工面基本呈90°。
图10示出了实施例的涂附磨具和传统涂附磨具在对被加工工件进行磨削加工时的磨削角度差异,在箭头所示的磨削加工方向上,传统涂附磨具的竖直磨料21与被加工工件7的被加工面的夹角为90°,实施例的涂附磨具的倾斜磨料20与被加工工件7的被加工面的夹角大于90°。
图11示出了砂带的转动方向与磨料之间的不同角度对被加工工件进行磨削加工时的磨削差异,容易理解,在箭头所示的传送带行进方向上,砂带的转动方向与磨料之间的角度如果大于90°(图11中α1),或者磨料与被加工工件之间的接触角度小于90°(图11中θ1),会导致磨削力下降。
理想的条件为砂带的转动方向与磨料之间的角度小于90°(图11中α2),或者磨料与被加工工件的接触角度大于90°(图11中θ2)。在该状态下进行磨削,有利于提高磨削效率。
目前,使用砂带磨具的砂光机是固定不可调整的,如需调节砂带和被加工工件之间的角度只能通过增加工装设备才能实现。为了提升砂带产品的磨削性能,除了增加材料投入以外,可能还需要其他的特殊原材料的投入才能实现。而采用本发明的涂附磨具可以在不额外增加磨削加工工装设备,不增加涂附磨具制品生产原材料消耗,不增加其他特定原材料的条件下,提高涂附磨具制品的磨削使用性能。
以下对各涂附磨具实施例的磨削性能进行说明,磨削条件:砂带制品尺寸为50mm×2000mm,被加工工件为SUS-304(25mm×25mm×300mm),砂带磨削试验机转速为1700RPM,磨削压力为10kg,磨削周期为20次(每次3分钟)。
表1和图12是不同测试产品的总磨削量和脱砂量,其中,以磨料和基材角度呈90°角度的产品为基准;脱粒量=使用砂带重量-使用后砂带重量,磨削比=总磨削量/脱砂量。
表1不同测试产品的总磨削量和脱砂量对比
(*,以90度为基准进行比较的相对值。)
由表1及图12可以看出,控制产品植砂角度α为30°≤α<90°,具有较高的磨削量和较少的脱砂量,衡量砂布产品使用性能的主要指标磨削比具有显著提升,特别是磨料角度是70°和40°时,产品的磨削性能表现异常优异。
图12中,不同植砂角度产品磨削测试中,不同测试周期内的磨削量数据如表2所示。
表2不同植砂角度产品在不同测试周期内的磨削量(g)数据
图13为不同磨削周期内不同产品的磨削能比较。图13中,不同植砂角度产品在磨削测试中不同测试周期对应的SGE如表3所示。单位磨削量需要消耗的磨削能量(SGE)是衡量磨削效率的标准之一,其表示去除掉一定体积工件需要消耗的能量。
SGE的计算公式为:SGE=P/MRR。P为磨削过程中消耗的电能,MRR为材料的去除量(磨削量),试验中,砂带磨削试验机中的测量装置可以测量磨削过程中材料的去除量和对应消耗的电能。
表3不同植砂角度产品在不同测试周期内的SGE
图14为不同产品在磨削测试时间内的累计工件去除量与累计SGE比较。
由以上实验结果可以看出,使用实施例的涂附磨具进行磨削,可以在更少的能量消耗下得到更多的磨削量。
在本发明的涂附磨具的其他实施例中,可以使用涂附磨具领域的其他磨料品种对实施例中的锆刚玉磨料进行替换,如煅烧刚玉磨料、碳化硅类磨料、陶瓷刚玉磨料等。底胶层、复胶层、超涂层中的粘结剂可以选择其他种类,如三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、合成丁苯橡胶、丁腈橡胶等。倾斜磨料在磨料总量中的数量占比可以在本发明限定范围内依据磨削对象的性质、磨削条件等实际情况进行适应性调整,其均可起到相应的对磨削性能的改善效果。不含超涂层的产品经过磨料角度调整以后,具有相似的实施效果。
Claims (9)
1.一种涂附磨具,包括基材和磨料层,所述磨料层包括底胶层、植入底胶层的磨料以及涂覆在所述磨料和底胶层上的复胶层,其特征在于,底胶层上植入的磨料中植砂角度α为30°≤α<90°的磨料占所有磨料的数量百分比为20-50%;
所述植砂角度为磨料的粗头中心点、细头中心点连线与基材之间的角度;所述磨料层中的磨料为棕刚玉磨料、煅烧刚玉磨料、碳化硅类磨料、锆刚玉磨料、陶瓷刚玉磨料中的至少一种;在使用所述涂附磨具对待加工工件进行磨削时,控制磨削方向与涂附磨具上植砂角度α为30°≤α<90°的磨料之间的角度小于90°。
2.如权利要求1所述的涂附磨具,其特征在于,所述植砂角度α为50°≤α<90°。
3.如权利要求1或2所述的涂附磨具,其特征在于,所述磨料层还包括涂覆在所述复胶层上的超涂层。
4.一种如权利要求1所述的涂附磨具的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将底胶液涂覆在基材上,植砂,干燥,再涂覆复胶液,干燥、固化,柔曲即得;植砂时,调整植砂角度α为30°≤α<90°的磨粒占所有磨粒的数量百分比为20-50%。
5.如权利要求4所述的涂附磨具的制备方法,其特征在于,所述底胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂30-55份、填充剂20-45份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份。
6.如权利要求4所述的涂附磨具的制备方法,其特征在于,所述复胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂30-60份、填充剂20-40份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份、增稠剂1-2份、颜料1份。
7.如权利要求4-6中任一项所述的涂附磨具的制备方法,其特征在于,复胶液干燥后,涂覆超涂层胶液,所述超涂层胶液包括以下重量份数的各原料:粘结剂20-40份,填充剂40-60份,消泡剂1-2份,表面活性剂1-2份。
8.如权利要求7所述的涂附磨具的制备方法,其特征在于,所述填充剂选自碳酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、高岭石、硅酸铝镁、滑石、硅灰石、四氟硼酸钾、冰晶石中的至少一种。
9.一种如权利要求1所述的涂附磨具的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:使用涂附磨具对待加工工件进行磨削,磨削时控制磨削方向与涂附磨具上植砂角度α为30°≤α<90°的磨料之间的角度小于90°。
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