CN110303437A - 一种玻璃切割用树脂砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃切割用树脂砂轮及其制备方法，属于树脂砂轮技术领域。本发明的玻璃切割用树脂砂轮，主要由如下体积份数的原料制成：金刚石15‑25份、酚醛树脂40‑50份、辅助磨料10‑20份、氧化铈5‑10份、增强金属5‑10份、水溶性造孔剂2‑10份；所述辅助磨料为碳化硅、刚玉中的至少一种；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备原料包括金刚石和氧化铈，金刚石作为磨料，氧化铈作为软磨料，在金刚石磨料和氧化铈软磨料的共同作用下，在保证较高的进给速度的前提下减小崩边尺寸。

Description

一种玻璃切割用树脂砂轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃切割用树脂砂轮及其制备方法，属于树脂砂轮技术领域。
背景技术
玻璃为常用的材料，按其成分可分为石英玻璃、硼酸盐玻璃等。不同种类的玻璃具有不同的特性，如石英玻璃是一种高纯度(大于99.5wt％)的二氧化硅非晶体，结构均匀，光波可以在其中稳定地传播，透光性非常好，可透射的光谱频带宽，可以覆盖从紫外到红外几乎所有频段的光波。另外，石英玻璃热膨胀系数低、耐高温、化学稳定性好、耐辐射且抗热震性好，石英玻璃因此被广泛应用于航空航天、精密仪器、电光源光导通信、半导体及光学元件等诸多领域。由于应用范围非常广，使得石英玻璃的加工技术已经成为了先进制造技术领域的重要内容。
玻璃加工时存在较多问题，这主要是由玻璃的硬脆性特点造成的。如石英玻璃断裂韧性差、硬度高，属于典型的硬脆难加工材料。所谓脆性大，是指材料的弹性极限与强度极限非常接近，当材料所承受的载荷稍微超过弹性极限时就发生断裂破坏，即在外力作用下没发生显著变形即对其结构造成破坏。石英玻璃的硬脆特性，给其后期加工处理带来了很大困难，在一定程度上限制了石英玻璃的应用范围。
玻璃切割时通常采用砂轮，切割过程中磨料先以撞击的方式将工件敲碎，再利用刃口将粉末移除。由于玻璃的硬脆特性，磨料撞击工件时工件断口处易出现裂纹并成核扩展形成崩边，崩边尺寸一般在50μm左右，导致玻璃材料加工品质不佳。而且，目前常用的切割玻璃用的树脂砂轮的切割效率很低，进给速度最高仅为5mm/s，当增加进给速度时会出现切割崩边变大以及切斜、切割打火甚至砂轮碎裂等一系列问题。
申请公布号为CN101844331A的中国发明专利申请公开了一种用于光学平板玻璃切割的金刚石超薄切片，该切片是由金刚石、酚醛树脂粘结剂、辅助金属填料、硅粉、炭黑制成，该切片具有较高的硬度和韧性，但是其并没有有效减小切割玻璃时的崩边尺寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃切割用树脂砂轮，以减小玻璃切割时的崩边尺寸。
本发明的目的还在于提供一种玻璃切割用树脂砂轮的制备方法，该方法操作简单，效率较高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种玻璃切割用树脂砂轮，主要由如下体积份数的原料制成：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、辅助磨料10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份、水溶性造孔剂2-10份；所述辅助磨料为碳化硅、刚玉中的至少一种；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备原料包括金刚石和氧化铈，金刚石作为磨料，氧化铈作为软磨料，对切口能够起到抛光作用，在金刚石磨料和氧化铈软磨料的共同作用下，大大降低了崩边尺寸。本发明的树脂砂轮中的增强金属可以提高砂轮的强度，有利于提高切割效率，能够在保证较高的进给速度的前提下减小崩边尺寸。
水溶性造孔剂也称为水溶性填料或者水溶性添加剂等，一般是易溶于水的物质，在砂轮使用时，遇到含水磨削液时会发生溶解，进而在砂轮中形成孔隙，能够容纳切屑，提高了进给速度，有效提高切割效率。
水溶性造孔剂可以选择现有技术中的水溶性造孔剂，只要在遇水时能够溶解并在砂轮中形成孔隙即可。一般的，所述水溶性造孔剂为硫酸钾、硫酸钠、氯化钠、氯化钾中的至少一种。为了使水溶性造孔剂溶解后形成合适孔径的孔隙，也便于树脂砂轮的制备，水溶性造孔剂的粒径优选为50-60μm。
由于玻璃切割用树脂砂轮一般厚度较薄，所以金刚石的粒径不易过大，以避免降低砂轮的强度。优选的，所述金刚石的粒径为320-600目。
氧化铈主要是用来作软磨料，另外，可以对玻璃切割的切口处起到抛光作用，进一步改善崩边尺寸。一般的，氧化铈的粒径优选为3-7μm。
切割玻璃用树脂砂轮的厚度不易过大，优选的，所述树脂砂轮的厚度为0.05-2mm。
一种玻璃切割用树脂砂轮，包括如下体积份数的组分：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、碳化硅10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮中以金刚石作为磨料，氧化铈作为软磨料，对切口能够起到抛光作用，在金刚石磨料和氧化铈软磨料的共同作用下，大大降低了崩边尺寸。砂轮中的增强金属可以提高砂轮的强度，有利于提高切割效率，能够在保证较高的进给速度的前提下减小崩边尺寸。
一种玻璃切割用树脂砂轮的制备方法，包括如下步骤：将金刚石与酚醛树脂混合均匀得第一混合料；将辅助磨料、氧化铈、增强金属和水溶性造孔剂混合均匀得第二混合料；将第一混合料和第二混合料混合均匀，热压成型，即得。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法将金刚石和酚醛树脂进行混合得混合料，将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、增强金属进行混合得混合料，然后将这两种混合料进行混合，使各组分能够均匀分散，保证了制得的树脂砂轮的强度。
为了保证树脂砂轮粘结剂充分交联固化，从而保证其对磨料的把持，优选的，所述热压成型的温度为175-185℃，热压成型的时间为1-2.5h。
附图说明
图1为本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的砂轮的端面的扫描电镜图；
图2为本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的砂轮切割的石英玻璃样品的切口显微图；
图3为对比例的砂轮切割的石英玻璃样品的切口显微图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
玻璃切割时，容易出现崩边等问题，而且进给速度也不能过大，造成切割效率较低。为了解决这些问题，本发明的玻璃切割用树脂砂轮，包括如下体积份数的组分：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、碳化硅10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。通常，本发明的玻璃切割用树脂砂轮主要由如下重量份的原料制成：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、辅助磨料10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份、水溶性造孔剂2-10份；所述辅助磨料为刚玉、碳化硅中的至少一种；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
本发明的树脂砂轮主要针对玻璃的切割，通常主要针对石英玻璃、硼酸盐玻璃等。
上述磨料为金刚石，优选的，选择自锐性金刚石或者破碎料。一般情况下，金刚石选择晶型不完美的金刚石磨料。进一步优选的，磨料为自锐性金刚石，切割锋利度较高，切割自锐能力强，可以不断产生新的切削刃，有效地改善切割品质，降低崩边尺寸。金刚石的粒度优选为320-600目，以利于树脂砂轮的加工和使用。
上述碳化硅主要起到辅助磨料和增强作用，为了与金刚石磨料颗粒之间形成良好的配合，优选的，所述碳化硅的粒度为W5-14。
由于切割玻璃的需要，树脂砂轮的厚度一般不宜过大。优选的，树脂砂轮的厚度为0.05-2mm。进一步优选的，树脂砂轮的厚度为0.05-1.5mm。进一步优选的，树脂砂轮的厚度为0.05-1.0mm。
酚醛树脂的粒径优选为小于50μm。
氧化铈主要是用来作软磨料，另外，可以对玻璃切割的切口处起到抛光作用，进一步改善崩边尺寸。一般的，氧化铈的粒径优选为3-7μm。
水溶性造孔剂也称为水溶性填料或者水溶性添加剂等，一般是易溶于水的物质，在砂轮使用时，遇到含水磨削液时会发生溶解，进而在砂轮中形成孔隙，能够容纳切屑，有效提高切割效率。
增强金属的作用在于提高砂轮的强度，增强金属的粒径优选为10-50μm。
为了使水溶性造孔剂溶解后形成合适孔径的孔隙，也便于树脂砂轮的制备，水溶性造孔剂的粒径优选为50-60μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉20份，酚醛树脂45份，碳化硅粉15份，氧化铈粉10份，镍粉5份，硫酸钾5份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，镍粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例2
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉15份，酚醛树脂40份，碳化硅粉15份，氧化铈粉10份，镍粉10份，硫酸钾10份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，镍粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径为50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例3
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉25份，酚醛树脂50份，碳化硅粉10份，氧化铈粉5份，镍粉8份，氯化钠2份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，镍粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径为50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例4
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉20份，酚醛树脂45份，碳化硅粉15份，氧化铈粉10份，铜粉5份，硫酸钾5份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，铜粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径为50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例5
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉20份，酚醛树脂45份，碳化硅粉15份，氧化铈粉10份，钨粉5份，硫酸钾5份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，钨粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径为50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例6
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为石英玻璃切割用树脂砂轮，由以下体积份数的原料制成：自锐性金刚石粉20份，酚醛树脂45份，碳化硅粉15份，氧化铈粉10份，锡粉5份，硫酸钾5份。
其中，自锐性金刚石粉的粒度为325/400，碳化硅粉的粒度为W10，氧化铈粉的粒径D50为5.2μm，锡粉的粒度为10μm，硫酸钾的粒径为50μm。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例7
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例8
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例2中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例9
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例3中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例10
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例4中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例11
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例5中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例12
本实施例中的玻璃切割用树脂砂轮是由上述玻璃切割用树脂砂轮的实施例6中制得的砂轮经过切削液或者水浸泡后制得，砂轮中的水溶性造孔剂溶解，在砂轮中形成丰富的孔隙结构。
在本发明的玻璃切割用树脂砂轮的其他实施例中，玻璃切割用树脂砂轮也可以是本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1-6中的没有经过浸泡的玻璃切割用树脂砂轮，也即这些实施例中制得的玻璃切割用树脂砂轮。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1-6中的玻璃切割用树脂砂轮可以采用现有技术中的制备方法进行制备，也可以按照如下方法进行制备。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法，包括如下步骤：将金刚石与酚醛树脂混合均匀得第一混合料；将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、增强金属混合均匀得第二混合料；将第一混合料和第二混合料混合均匀，热压成型，即得；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
所述热压成型时的压力为2-10MPa。
将金刚石与酚醛树脂混合均匀是将金刚石与酚醛树脂混合后过筛，所述过筛为过100-200目筛。所述过筛为过筛2遍。
将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、增强金属混合匀是将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、增强金属混合后过筛，所述过筛为过100-200目筛。所述过筛为过筛2遍。
将第一混合料和第二混合料混合均匀是将第一混合料和第二混合料混合后过筛，所述过筛为过100-200目筛。所述过筛为过筛2遍。
所述热压成型得到砂轮毛坯，砂轮毛坯进行机加工。所述机加工为外径加工和内圆加工。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例1
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的树脂砂轮，其制备方法包括如下步骤：
1)将配方量的金刚石与酚醛树脂混合后过100目筛2遍得到第一混合料；将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、镍粉混合后过200目筛2遍得到第二混合料；
2)将步骤1)得到的第一混合料和第二混合料混合后过100目筛2遍，得到成型用混合料；
3)将步骤2)得到的成型用混合料按照砂轮所需料重投入模具，在热压机上在4MPa、180℃下保温2h，冷却，脱模，得砂轮毛坯；
4)将步骤3)得到的砂轮毛坯进行机加工，得到玻璃切割用树脂砂轮。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例2
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为玻璃切割用树脂砂轮的实施例2中的树脂砂轮，其制备方法包括如下步骤：
1)将配方量的金刚石与酚醛树脂混合后过100目筛2遍得到第一混合料；将碳化硅、氧化铈、水溶性造孔剂、镍粉混合后或200目筛2遍得到第二混合料；
2)将步骤1)得到的第一混合料和第二混合料混合后过100目筛2遍，得到成型用混合料；
3)将步骤2)得到的成型用混合料按照砂轮所需料重投入模具，在热压机上在4MPa、180℃下保温2h，冷却，脱模，得砂轮毛坯；
4)将步骤3)得到的砂轮毛坯进行机加工，得到玻璃切割用树脂砂轮。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例3
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为玻璃切割用树脂砂轮的实施例3中的树脂砂轮，其制备方法同本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例1。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例4
本实施例的玻璃切割用树脂砂轮为玻璃切割用树脂砂轮的实施例4中的树脂砂轮，其制备方法同本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例1。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例5-6的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法可参考本发明的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法的实施例1。
试验例
1)形貌测试
将本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的玻璃切割用树脂砂轮的端面进行扫描电镜测试，测试结果如图1所示。
2)切割性能测试
按照如下步骤对本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的玻璃切割用树脂砂轮以及作为对比例的同规格进口砂轮(砂轮规格为1A8 58*0.25*40)进行测试：
采用型号为DAD3350的DISCO划片机，设定转速为30000rpm、进给速度为8mm/s(本发明)或5mm/s(对比例)，切割2mm厚的石英玻璃，然后在显微镜下测量崩边尺寸。
本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1和对比例的砂轮切割后的石英玻璃样品分别如图2和图3所示。其中，本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1的树脂砂轮切割后的三个崩边尺寸分别为L1＝32.57μm，L2＝34.33μm，L3＝36.09μm，对比例的砂轮切割后的三个崩边尺寸分别为L4＝43.13μm，L5＝45.77μm，L6＝47.54μm。
从测试结果来看，本发明的玻璃切割用树脂砂轮的实施例1中的玻璃切割用树脂砂轮的崩边尺寸最大仅为36.09μm，不大于40μm，具体试验结果对比见表1。
表1本发明的玻璃切割用树脂砂轮与对比例的砂轮的测试结果对比
测试项目 实施例1 对比例
进给速度 8mm/s 5mm/s
最大崩边尺寸 36.09μm 47.54μm
切割米数 50m 50m
本发明的玻璃切割用树脂砂轮对石英玻璃进行切割时，切割进给速度可以提高至8mm/s，切割崩边最大≤40μm，在提高切割效率的同时，大幅度降低了崩边尺寸，切割品质得到明显改善。

Claims (9)

1.一种玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，主要由如下体积份数的原料制成：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、辅助磨料10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份、水溶性造孔剂2-10份；所述辅助磨料为碳化硅、刚玉中的至少一种；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，所述水溶性造孔剂为硫酸钾、硫酸钠、氯化钠、氯化钾中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，所述水溶性造孔剂的粒径为50-60μm。
4.根据权利要求1所述的玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，所述金刚石的粒度为320-600目。
5.根据权利要求1所述的玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，所述氧化铈的粒径为3-7μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于：所述树脂砂轮的厚度为0.05-2mm。
7.一种玻璃切割用树脂砂轮，其特征在于，包括如下体积份数的组分：金刚石15-25份、酚醛树脂40-50份、辅助磨料10-20份、氧化铈5-10份、增强金属5-10份；所述辅助磨料为碳化硅、刚玉中的至少一种；所述增强金属为镍、铜、钨、锡中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金刚石与酚醛树脂混合均匀得第一混合料；将辅助磨料、氧化铈、增强金属和水溶性造孔剂混合均匀得第二混合料；将第一混合料和第二混合料混合均匀，热压成型，即得。
9.根据权利要求8所述的玻璃切割用树脂砂轮的制备方法，其特征在于，所述热压成型的温度为175-185℃，热压成型的时间为1-2.5h。
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