CN111618749B - 一种硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮 - Google Patents

一种硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮 Download PDF

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Abstract

本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮，复合树脂结合剂由以下体积百分比的原料组成：酚醛树脂70～80%，聚酰亚胺树脂20～30%。采用上述复合树脂结合剂制备的金刚石砂轮在硬质合金刀具抛光加工时，不仅加工质量更优，工件磨削面纹路更均匀细腻，表面粗糙度Ra值更小，刃口锯齿更小，外观亮度更亮，同时效率能提升40~66.7%。

Description

一种硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮
技术领域
本发明涉及数控磨床加工，具体为硬质合金刀具抛光用金刚石砂轮，属于金刚石砂轮领域。
背景技术
3C产品是近几年来伴随着厅和电子产业的发展而新兴起的，主要是指计算机类(computer)、通信类(communication)、消费类（consumer）电子产品，在这一行业中，科技的发展日新月异，升级换代频繁，几乎每个月都要推出大量新产品。尤其近年来以智能手机、平板电脑、智能电视、可穿戴设备为代表的新兴消费电子产品增长迅猛，整体产业始终保持着活跃的态势。3C行业典型的特点是更新换代快，对应用于3C领域的刀具供应商提出了快速打样、快速攻关、批量交货、提供解决方案等严苛的要求。得益于数控超精密磨床、各类高精高速专用磨床技术的发展，数控刀具的性能不断提高，对加工用的金刚石砂轮提出更高的要求。如何保证产品粗糙度，表面亮度，微观纹路等的前提下，提升产品的加工效率，这是现代数控磨床尤其是五轴联动数控磨床对金刚石砂轮性能提出的具有挑战性的课题。
3C领域刀具都有粗糙度，表面亮度，微观纹路及刃口崩缺的要求，对应用于3C刀具的抛光砂轮的要求特别高，既要求砂轮加工性能满足刀具质量要求的前提下，还能够具备一定的效率，降低刀具的加工成本，增加刀具的竞争力。3C刀具砂轮由于要求极高，难于加工，一直采用进口砂轮。由于进口砂轮供货周期较长，使用成本较高，极大地限制了行业的发展。本发明立足于国内3C行业刀具砂轮的磨削加工，对刀具的材质，可磨削性进行了全面深入的研究，以期打破国外砂轮制造厂商对该项目磨削用砂轮制造技术的垄断，从而替代进口，为企业节约成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硬质合金刀具抛光用的金刚石砂轮，该金刚石砂轮结合剂由酚醛树脂及聚酰亚胺树脂复合而成，烧结温度为160-180 ℃。在此温度下，酚醛树脂固化成键，起到把持包裹金刚石的作用。而聚酰亚胺树脂处于软化而未完全固化的状态，形成具有一定强度同时具有一定弹性的填充物。采用该复合树脂结合剂制备的金刚石砂轮具备优良的锋利性，同时还有优异的自锐性，同时加工过程结合剂的弹性能保证抛光面粗糙度，亮度，纹路，刃部锯齿大小等指标。
为达到上述目的，本发明具体的技术方案是：
硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮磨削层，包括金刚石磨料、树脂结合剂；所述树脂结合剂包括酚醛树脂、聚酰亚胺树脂；树脂结合剂中，酚醛树脂的体积百分数为70%～80%。
硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮，由磨削层与基体组成；所述磨削层包括金刚石磨料、树脂结合剂；所述树脂结合剂包括酚醛树脂、聚酰亚胺树脂；树脂结合剂中，酚醛树脂的体积百分数为70%～80%。
上述硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮的制备方法包括如下步骤，混合酚醛树脂、聚酰亚胺树脂得到树脂结合剂，然后混合金刚石磨料与树脂结合剂，得到砂轮混合料；将砂轮混合料投入含有基体的模具内，依次经过冷压、热压，得到硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮。
本发明中，树脂结合剂由酚醛树脂、聚酰亚胺树脂组成，优选酚醛树脂的体积百分数为70%～80%，酚醛树脂固化成键，起到把持包裹金刚石的作用，聚酰亚胺树脂处于软化而未完全固化的状态，形成具有一定强度同时具有一定弹性的填充物，制备的金刚石砂轮具备优良的锋利性，同时还有优异的自锐性。
本发明中，在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，得到金刚石磨料。
本发明中，金刚石磨料、树脂结合剂的体积比为(20～30)∶(70～80)；酚醛树脂、聚酰亚胺树脂都为粉状。
上述硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮的制备方法具体可如下：
(1) 将以下体积百分比的原料：酚醛树脂，聚酰亚胺树脂为(70～80)%，(20~30)%放入三维混料机中，均匀混料2 h，之后过325#标准筛得到复合树脂结合剂；再在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂充分混合，再过325#标准筛，得到砂轮混合料；
(2) 将制得的砂轮混合料投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50 KN下冷压；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于平板硫化机中热压；热压工艺为：在100 KN 压力下5分钟从室温升温至100℃，保温10分钟，然后在800 KN～900 KN压力下5分钟升温至160～180℃，保温20分钟；最后自然冷却至室温，出模得到砂轮成型体；经过常规加工，得到成品硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮。
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、采用该复合树脂结合剂制备的金刚石砂轮在硬质合金刀具抛光加工过程中，进给量能达到0.05 mm，具备超高的磨削效率。
2、本发明公开的复合树脂结合剂的金刚石砂轮性能优异，与现有抛光砂轮相比，在同等测试条件下，磨削面均匀细腻；表面粗糙度Ra值小于0.02 μm，较现有砂轮更细；刃口放大500倍锯齿1 μm，较现有砂轮2 μm更小；外观亮度更亮。
3、本发明所公开的树脂复合结合剂金刚石砂轮的制备工艺简单，原料无特殊要求，生产过程对环境不产生污染，适合于工业化生产与应用。
附图说明
图1为抛光效果优的表面纹路放大显微图片；
图2为抛光效果差的表面纹路放大显微图片；
图3为抛光效果优的刃口纹路放大显微图片；
图4为抛光效果差的刃口纹路放大显微图片。
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：
本发明公开的硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮的制备方法为，混合酚醛树脂、聚酰亚胺树脂得到树脂结合剂，然后混合金刚石磨料与树脂结合剂，得到砂轮混合料；将砂轮混合料投入含有基体的模具内，依次经过冷压、热压，得到硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮。
本发明仅利用酚醛树脂与聚酰亚胺树脂组合为复合树脂结合剂，在没有其他添加剂的情况下，金刚石磨料与复合树脂结合剂组成磨料层，原料简单，都为市售；比如酚醛树脂为939P，市面有售；外观：粉状，颜色：粉红，溶解：可溶于乙醇；熔点：85~105℃，粒度：小于75微米，堆积密度：0.35~0.37g/cm3 ，成型密度：1.20~1.24g/cm3。聚酰亚胺树脂为PI-100，市面有售；外观：粉状，颜色：黄色，软化点：110~120℃，固化温度：230℃，吸水性：0.2~0.3%，粒度：30~40μm，成型密度：1.3g/cm3。金刚石应选择晶形完整、自锐性好的金刚石，各种粒度的金刚石市场有售，符合国家标准即可。
本砂轮应用于整体硬质合金钻头及铣刀的沟槽、刃口抛光，一般是在粗加工后，再留有一定余量进行抛光，将粗加工较深的纹路抛除，以达到刀具表面纹路细腻，刃口光滑的效果。从而使得刀具使用过程锋利性更好，加工表面粗糙度更细，工件表面状态更顺，延长刀具的使用寿命。
本砂轮通常应用于CNC五轴设备中，主要为进口设备如Anca、Rollomatic等。砂轮使用线速度为30 m/s，进给速度100 mm/min。通常要求刀具经抛光后外观亮度达到镜面效果，表面纹路均匀细腻，刃口顺滑较小的锯齿，同时需要兼顾一定的效率。
实施例一：制备树脂复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：
(1) 将以下体积百分比的原料：酚醛树脂，聚酰亚胺树脂为80∶20放入三维混料机中，均匀混料2 h，之后过325#标准筛得到复合树脂结合剂；再在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂充分混合，再过325#标准筛，得到砂轮混合料；
(2) 将制得的砂轮混合料投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50 KN下冷压5分钟；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于平板硫化机中压制；压制温度曲线为：5分钟从室温升温至100℃，保温10分钟，压力100 KN；再5分钟升温至最终压制温度160℃，保温20分钟，压力800 KN；然后自然冷却至室温，出模得到砂轮成型体；
(3) 将砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到树脂复合结合剂砂轮，即硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮。
其中，金刚石、复合树脂结合剂的体积百分比各为：30%、70%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为5~10 μm，市场有售，质量符合国家标准。
本砂轮实际应用的进给量达到0.05 mm，较现有砂轮0.03 mm提升66.7%；工件表面光亮，呈镜面效果，放大500倍观测，磨削面均匀细腻，无明显纹路，见图1；刃口锯齿0.8 μm，较现有砂轮锯齿2 μm更细；表面粗糙度Ra值0.015 μm，较现有砂轮Ra值0.025 μm更小。本砂轮不仅加工质量优于现有砂轮，效率还能提升66.7%。
图2为上述现有砂轮加工后放大500倍观测工件表面，磨削面有明显纹路。
对比例一
在实施例一的基础上，直接采用市售金刚石，不涂刷酚醛树脂液体，即将在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂充分混合替换为将金刚石与复合树脂结合剂充分混合，其余不变，制备的砂轮经过同样的加工测试，进给量为0.035 mm，刃口锯齿1.8 μm。
对比例二
在实施例一的基础上，将酚醛树脂、聚酰亚胺树脂为80∶20的体积比替换为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂为20∶80的体积比，其余不变，制备的砂轮经过同样的加工测试，无论进给量多小都无法对工件进行加工。
对比例三
在实施例一的基础上，仅采用酚醛树脂，其余不变，制备的砂轮经过同样的加工测试，放大500倍观测工件表面，磨削面有明显纹路，不可用于硬质合金刀具加工。
实施例二：制备树脂复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：
(1) 将以下体积百分比的原料：酚醛树脂，聚酰亚胺树脂为70∶30放入三维混料机中，均匀混料2 h，之后过325#标准筛得到复合树脂结合剂；再在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂充分混合，再过325#标准筛，得到砂轮混合料。
(2) 将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50 KN下冷压5分钟；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于平板硫化机中压制；压制温度曲线为：5分钟升温至100℃，保温10分钟，压力100 KN；再5分钟升温至最终压制温度170℃，保温20分钟，压力900 KN；然后冷却至室温，出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到树脂复合结合剂砂轮。
其中，金刚石磨料、复合结合剂的体积百分比各为：25%、75%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为5~10 μm，市场有售，质量符合国家标准。
本砂轮实际应用的进给量达到0.042 mm，较现有砂轮0.03 mm提升40%；工件表面光亮，呈镜面效果；放大200倍观测，刃口磨削面均匀细腻，无明显纹路，见图3；刃口锯齿0.5μm，较现有砂轮锯齿2 μm更细；表面粗糙度Ra值0.012 μm，较现有砂轮Ra值0.025 μm更小。本砂轮不仅加工质量优于现有砂轮，效率还提升50%。
对比砂轮
(1) 将以下体积百分比的原料：酚醛树脂，聚酰亚胺树脂为70∶30放入三维混料机中，均匀混料2 h，之后过325#标准筛得到复合树脂结合剂；再在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂、碳纤维（直径10微米、长度200微米）充分混合，再过325#标准筛，得到砂轮混合料。
(2) 将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50 KN下冷压5分钟；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于平板硫化机中压制；压制温度曲线为：5分钟升温至100℃，保温10分钟，压力100 KN；再5分钟升温至最终压制温度170℃，保温20分钟，压力900 KN；然后冷却至室温，出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到树脂复合结合剂砂轮，作为对比砂轮。
其中，金刚石磨料、复合树脂结合剂、碳纤维的体积百分比各为：20%、75%、5%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为5~10 μm，市场有售，质量符合国家标准。
经过与实施例二同样的加工，本砂轮实际应用的进给量达到0.043 mm，刃口锯齿1.3 μm，表面粗糙度Ra值0.026 μm，且放大200倍观测工件表面，刃口磨削面有明显纹路，见图4。
实施例三：制备树脂复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：
(1) 将以下体积百分比的原料：酚醛树脂，聚酰亚胺树脂为75：25放入三维混料机中，均匀混料2 h，之后过325#标准筛得到复合树脂结合剂；再在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，之后与复合树脂结合剂充分混合，再过325#标准筛，得到砂轮混合料。
(2) 将制得的砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机中，于50 KN下冷压5分钟；将冷压好的模具带砂轮胚体一起置于平板硫化机中压制；压制温度曲线为：5分钟升温至100℃，保温10分钟，压力100 KN；再5分钟升温至最终压制温度170℃，保温20分钟，压力900 KN；然后冷却至室温，出模得到砂轮成型体；
(3) 将检验合格的砂轮成型体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到树脂复合结合剂砂轮。
其中，金刚石磨料、复合结合剂的体积百分比各为：20%、80%。所述金刚石为不镀覆金刚石，粒度为5~10 μm，市场有售，质量符合国家标准。
本砂轮实际应用的进给量达到0.045 mm，较现有砂轮0.03 mm提升50%；工件表面光亮，呈镜面效果；放大500倍观测，磨削面均匀细腻，无明显纹路；刃口锯齿1 μm，较现有砂轮锯齿2 μm更细；表面粗糙度Ra值0.014 μm，较现有砂轮Ra值0.025 μm更小。本砂轮不仅加工质量优于现有砂轮，效率还提升50%。

Claims (3)

1.一种硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮制备加工工具中的应用，其特征在于，加工工具为硬质合金刀具抛光工具；所述硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮由磨削层与基体组成；所述磨削层包括金刚石磨料、树脂结合剂；所述树脂结合剂由酚醛树脂、聚酰亚胺树脂组成；树脂结合剂中，酚醛树脂的体积百分数为70%～80%；在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，得到金刚石磨料；金刚石、树脂结合剂的体积比为(20～30)∶(70～80)；酚醛树脂、聚酰亚胺树脂都为粉状。
2.一种硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮在硬质合金刀具抛光中的应用，其特征在于，所述硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮由磨削层与基体组成；所述磨削层包括金刚石磨料、树脂结合剂；所述树脂结合剂由酚醛树脂、聚酰亚胺树脂组成；树脂结合剂中，酚醛树脂的体积百分数为70%～80%；在金刚石上涂刷一层由丙酮与酚醛树脂混合的液体，得到金刚石磨料；金刚石、树脂结合剂的体积比为(20～30)∶(70～80)；酚醛树脂、聚酰亚胺树脂都为粉状。
3.根据权利要求1或者2所述的应用，其特征在于，所述硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮的制备方法包括如下步骤，混合酚醛树脂、聚酰亚胺树脂得到树脂结合剂，然后混合金刚石磨料与树脂结合剂，得到砂轮混合料；将砂轮混合料投入含有基体的模具内，依次经过冷压、热压，得到硬质合金刀具抛光用复合树脂结合剂金刚石砂轮。
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