CN110193788A - 一种加工平面多键拉刀的陶瓷cbn砂轮及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮及其应用，砂轮包括钢基体以及粘接在钢基体上的陶瓷CBN砂轮层，陶瓷CBN砂轮层由CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉制备。其可以代替现有的对环境污染较大的电镀CBN砂轮，保证在拉刀加工过程中，拉刀的刀齿和容屑槽形状保持好，刀齿刃口质量高，同时陶瓷CBN砂轮本身具有可修整的特性，可以获得更高的使用寿命，且环保无污染。
Description
技术领域
本发明属于机械加工用砂轮技术领域，具体涉及一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，具有良好的散热和形状保持性。
背景技术
在汽车领域，传动轴总成是一个很重要的部件，通过传动轴两端突缘和突缘叉的联接来传递发动机的输出力矩。平面多键拉刀用于汽车传动轴端面键的加工，要求拉削效率高，精度好，寿命长。拉刀一般采用粉末高速钢，含钴高速钢制作，含有几十到上百个刀齿和容屑槽，一般使用电镀CBN砂轮加工，但是电镀砂轮工艺对环境破坏明显，而且不能修整，磨损后就需要更换。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其可以代替现有的电镀CBN砂轮，保证在拉刀加工过程中，拉刀的刀齿和容屑槽形状保持好，刀齿刃口质量高，以及更高的使用寿命，同时，陶瓷CBN砂轮本身具有可修整、环保无污染的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，所述砂轮包括钢基体以及粘接在钢基体上的陶瓷CBN砂轮层；所述陶瓷CBN砂轮层由CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉制备；所述陶瓷结合剂，由二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙制备。
上述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮的制备方法包括以下步骤：
（1）将CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉混合得到磨料层混合料；将磨料层混合料热压得到磨料层坯体；
（2）将磨料层坯体烧结，得到陶瓷CBN砂轮层；
（3）将陶瓷CBN砂轮层粘接在钢基体上，再经过机械加工，得到加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮。
上述技术方案中，所述CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉的质量比为（33～42）∶（24～29）∶（20～27）∶（6～10）∶（3～8）；所述二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙的质量比为（42～63）∶（21～33）∶（6～18）∶（8～16）∶（2～6）。
上述技术方案中，步骤（1）中，混合的时间为3小时；热压的压力为15吨，温度为150℃；将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙混合均匀后，在熔块炉中于1450℃～1600℃熔炼，然后落入水中冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂。
上述技术方案中，步骤（2）中，烧结工艺为从室温经2小时升至300℃，保温2小时，然后经3小时升温至500℃，保温2小时，再经5小时升温至920℃，保温1小时，之后经2小时降温至850℃，保温0.5小时，最后随炉冷却。
上述技术方案中，步骤（3）中，机械加工为常规机械加工，比如车加工等。
本发明公开了上述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮在加工平面多键拉刀中的应用，优选的，加工平面多键拉刀时线速度为60m/s。
本发明公开的加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮的制备方法，具体可以包括以下步骤：
（1）将CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉依次放入三维混料机，混合3小时后得到磨料层混合料；将磨料层混合料倒入模具中并刮平，放入热压机中，设定压力15吨、上下压板190℃，待模具温度达到150℃后，脱模得到磨料层坯体；
（2）将磨料层坯体放入电炉中埋砂烧结，烧结曲线为从室温经2小时升至300℃，保温2小时，然后经3小时升温至500℃，保温2小时，再经5小时升温至920℃，保温1小时，之后经2小时降温至850℃，保温0.5小时，最后随炉冷却，得到陶瓷CBN砂轮层；
（3）将砂轮层粘接在钢基体上，再经过机械加工，得到加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮。
本发明中，玻璃粉的熔点在450-500℃，平均粒度10-20μm。玻璃粉在受热超过熔点后会呈现起泡状态，从而导致熔融状态的陶瓷结合剂膨胀，当温度烧至最高点，重新降低至850℃以下时，陶瓷结合剂会保持膨胀状态，致使陶瓷砂轮出现多孔状态以及类似于电镀砂轮的超高的CBN出刃率；解决了现有技术电镀砂轮几乎没有气孔的弊端，也解决了现有CBN砂轮出刃率低的问题。
由于上述方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1. 本发明首次公开了一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其可以代替现有的对环境污染较大的电镀CBN砂轮，保证在拉刀加工过程中，拉刀的刀齿和容屑槽形状保持好，刀齿刃口质量高，同时陶瓷CBN砂轮本身具有可修整的特性，可以获得更高的使用寿命，且环保无污染。
2. 与现有陶瓷CBN砂轮不同，本发明采用阶段升温进行烧结，可以保证玻璃粉的发泡状态，从而在无需致孔剂的基础上，致使陶瓷砂轮出现多孔状态以及类似于电镀砂轮的超高的CBN出刃率。
3. 本发明创造性的添加了玻璃粉，砂轮烧结过程中出现的膨胀状态配合陶瓷结合剂的熔融状态，产生多孔状态以及超高的CBN出刃率，同时因为玻璃粉和陶瓷结合剂属于同种物质相，不会像造孔剂一样伤害结合剂和CBN的连接把持力，CBN颗粒不易脱落，保证了砂轮锋利性。
附图说明
图1是实施例中本发明的陶瓷CBN砂轮结构示意图；
图2是本发明的陶瓷CBN砂轮加工示意图；
其中：1、钢基体；2、砂轮层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
本发明公开的加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉混合得到磨料层混合料；将磨料层混合料热压得到磨料层坯体；
（2）将磨料层坯体烧结，得到陶瓷CBN砂轮层；
（3）将陶瓷CBN砂轮层粘接在钢基体上，再经过机械加工，得到加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮。
其中，将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙混合均匀后，在熔块炉中于1450℃～1600℃熔炼，然后落入水中急速冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂。
实施例一
如图1所示，一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，包括钢基体1以及粘接在钢基体上的陶瓷CBN砂轮层2；其中陶瓷CBN砂轮层由CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉制备，玻璃粉的熔点为400～500℃，平均粒度为10～20μm。
上述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙按照质量比52∶24∶8∶11∶5混合均匀后，在熔块炉中1550℃熔炼，然后落入水中急速冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂；
（2）将CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉按照质量比41∶25∶21∶8∶5依次放入三维混料机，混合3小时后得到磨料层混合料；将磨料层混合料倒入模具中并刮平，放入热压机中，设定压力15吨、上下压板190℃，待模具温度达到150℃后，脱模得到磨料层坯体；
（3）将磨料层坯体放入电炉中埋砂烧结，烧结曲线为从室温经2小时升至300℃，保温2小时，然后经3小时升温至500℃，保温2小时，再经5小时升温至920℃，保温1小时，之后经2小时降温至850℃，保温0.5小时，最后随炉冷却，得到陶瓷CBN砂轮层；
（4）将砂轮层用常规胶（环氧）粘接在钢基体上，再经过常规机械加工，比如车加工等，达到图纸所要求的形状和尺寸，得到加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮。
将本发明的陶瓷CBN砂轮对比现有电镀CBN砂轮，用于加工现有常规同样的平面多键拉刀，参数以及结果见表1。
表1 本发明的陶瓷砂轮和现有电镀砂轮的加工参数以及效果
由表1可知，与现有电镀砂轮相比，本发明的陶瓷CBN砂轮在加工平面多键拉刀时，完全可以代替现有的对环境污染较大的电镀CBN砂轮，保证在拉刀加工过程中，拉刀的刀齿和容屑槽形状保持好，刀齿刃口质量高，同时本发明陶瓷CBN砂轮本身具有可修整的特性，可以获得更高的使用寿命，且环保无污染。本发明还公开了一些对比，以体现本发明技术效果的进步，比如将上述步骤（3）的烧结曲线修改为从室温经2小时升至300℃，保温2小时，然后经3小时升温至500℃，保温2小时，再经5小时升温至920℃，保温1小时，之后随炉冷却，其余不变，制备得到对比陶瓷CBN砂轮，气孔率25%，出刃高度39微米，同样参数加工现有常规同样的平面多键拉刀，修整间隔为820齿/修，未进行寿命测试；用多孔氧化铝替换玻璃粉，步骤（3）的烧结曲线去除“之后经2小时降温至850℃，保温0.5小时”，其余不变，制备得到对比陶瓷CBN砂轮，同样参数加工现有常规同样的平面多键拉刀，修整间隔为530齿/修，CBN颗粒易脱落，加工粗糙度不好，未进行寿命测试。
用120/140粒度的砂轮表面CBN磨粒的平均出刃高度来表达出刃率，可以看到表2结果：
图2是本发明的陶瓷CBN砂轮加工示意图；从加工效果看，本发明的陶瓷CBN砂轮加工平面多键拉刀没有烧伤、粗糙度达标；现有电镀砂轮加工平面多键拉刀在接近加工寿命（大约最后5%）时有烧伤现象、粗糙度达标；本公司现有市售陶瓷CBN砂轮加工平面多键拉刀粗糙度不达标，没有进一步加工测试使用寿命。
Claims (10)
1.一种加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮包括钢基体以及粘接在钢基体上的陶瓷CBN砂轮层；所述陶瓷CBN砂轮层由CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉制备；所述陶瓷结合剂由二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙制备。
2.根据权利要求1所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉的质量比为（33～42）∶（24～29）∶（20～27）∶（6～10）∶（3～8）；所述二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙的质量比为（42～63）∶（21～33）∶（6～18）∶（8～16）∶（2～6）。
3.根据权利要求1所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述玻璃粉的熔点为450～500℃，平均粒度为10～20μm。
4.根据权利要求1所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮的制备方法包括以下步骤：
（1）将CBN磨料、陶瓷结合剂、白刚玉、玻璃粉、酚醛树脂粉混合得到磨料层混合料；将磨料层混合料热压得到磨料层坯体；
（2）将磨料层坯体烧结，得到陶瓷CBN砂轮层；
（3）将陶瓷CBN砂轮层粘接在钢基体上，再经过机械加工，得到加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮。
5.根据权利要求4所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，步骤（1）中，混合的时间为3小时；热压的压力为15吨，温度为150℃。
6.根据权利要求4所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，步骤（1）中，将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙混合均匀后，在熔块炉中于1450℃～1600℃熔炼，然后落入水中冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂。
7.根据权利要求4所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，步骤（2）中，烧结工艺为从室温经2小时升至300℃，保温2小时，然后经3小时升温至500℃，保温2小时，再经5小时升温至920℃，保温1小时，之后经2小时降温至850℃，保温0.5小时，最后随炉冷却。
8.根据权利要求4所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮，其特征在于，步骤（3）中，机械加工为常规机械加工。
9.权利要求1所述加工平面多键拉刀的陶瓷CBN砂轮在加工平面多键拉刀中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，加工平面多键拉刀时线速度为60m/s。
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