CN111906701B - 一种金属树脂结合剂砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料10‑30%、聚酰亚胺树脂6‑18%、铁粉5‑10%、铜粉25‑45%、锡粉7‑15%、镍粉2‑8%和硅铝酸钠3‑10%。本发明砂轮在兼顾金属砂轮高保型性的同时，又兼具树脂结合剂砂轮的锋利性，是一款锋利性和耐磨性共存的砂轮，能够满足行业对高效、耐磨的需求。

Description

一种金属树脂结合剂砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬磨料磨具砂轮技术领域，具体涉及一种金属树脂结合剂砂轮及其制备方法。

背景技术

国内外对复合结合剂砂轮体系的研究已有多年，目前，已知的复合结合剂体系主要包括Cu-Sn系、Fe-Cu-Sn系、Co-Cu-Sn系、Ti-Cu-Sn系以及Ni-Cu-Sn系等，但是他们都存在各自的缺陷，例如，Cu-Sn系体系过于简单，结合剂性能单一；Fe-Cu-Sn系砂轮易在磨削加工过程中生锈；Co-Cu-Sn系砂轮结合剂偏硬，导致砂轮锋利性不好，且修整困难；Ti-Cu-Sn系砂轮成本过高，且结合剂中的Ti易在磨削热的作用下与金刚石磨料反应，从而增加了结合剂对磨料的把持力，磨料不易脱落，砂轮切削性降低；Ni-Cu-Sn系砂轮成型温度过高，一般烧结温度需在800℃以上，故此体系砂轮一般用石墨模具成型，对石墨模具的损坏大，模具更换频繁，生产成本过高，不易形成稳定的生产工艺。

因此，亟待研究开发能规避上述纯金属结合剂砂轮各种弊端的新型砂轮，从而满足行业对高效、耐磨的需求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种金属/树脂结合剂砂轮，该砂轮在兼顾金属砂轮高保型性的同时，又兼具树脂结合剂砂轮的锋利性，是一款锋利性和耐磨性共存的砂轮，能够满足行业对高效、耐磨的需求。

本发明还提供了上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料10-30%、聚酰亚胺树脂6-18%、铁粉5-10%、铜粉25-45%、锡粉7-15%、镍粉2-8%和硅铝酸钠3-10%。

具体的，所述磨料为金刚石和/或立方氮化硼（CBN）。

进一步的，所述聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，然后于200-250℃保温2-4h，即得。

进一步优选，聚酰亚胺树脂预处理时，以5℃/min的升温速度从室温升至100-150℃，再以1℃/min的升温速度升至200-250℃，保温结束后，关掉热源，随箱冷却至室温，放气，取出，即得处理过的聚酰亚胺树脂粉。聚酰亚胺树脂经过处理后，韧性降低，脆性增加，可以增加金属/树脂结合剂砂轮的锋利性。

具体的，所述铁粉粒度3-5微米，铜粉粒度为8-10微米，锡粉粒度18-24微米，镍粉粒度3-5微米，硅铝酸钠粒度10-15微米。硅铝酸钠属硬脆填料，能增加砂轮的锋利性。

进一步的，所述铜粉、锡粉、铁粉可以单质粉的形式加入或者以预合金粉的形式加入。

当以预合金粉的形式加入时，铜锡铁预合金粉中铜、锡、铁的质量比可以为5～8：1～3：1，进一步优选5～6：1～3：1。

本发明提供了上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铁粉、铜粉、锡粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛；

2）将磨料倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂，研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热、施压，保温30min，保压降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。

上述砂轮的制备过程涉及的复合结合剂专用润湿剂，可参照中国专利CN201711033681.1一种树脂/金属结合剂砂轮用润湿剂的配方。

和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过对聚酰亚胺树脂进行预热处理，在0.1-0.3Pa是真空度下以5℃/min的升温速度从室温升至100-150℃，再以1℃/min的升温速度升至200-250℃，保温2-4h，聚酰亚胺树脂经过处理后，韧性降低，脆性增加，可以增加金属/树脂结合剂砂轮的锋利性；

2）本发明复合结合剂超硬砂轮在兼顾金属砂轮高保型性的同时，又兼具树脂结合剂砂轮的锋利性，是一款锋利性和耐磨性共存的砂轮，能够满足行业对高效、耐磨的需求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

下述实施例中，所用原料粉的激光D50粒度分别为：铁粉粒度3.556微米，铜粉粒度为9.223微米，锡粉粒度18.298微米，镍粉粒度3.167微米，硅铝酸钠粒度12.213微米，均为可以普通市售购买的产品。实施例均以直径125mm，厚度10mm的砂轮为例详细介绍。

实施例1

一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料金刚石15%、聚酰亚胺树脂18%、铁粉5%、铜粉45%、锡粉7%、镍粉5%和硅铝酸钠5%；其中，聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后将坩埚放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，以5℃/min的升温速度从室温升至150℃，再以1℃/min的升温速度升至200℃，于200℃保温3h，保温结束后关掉热源，随箱冷却至室温，放气，取出，即得处理过的聚酰亚胺树脂粉。

上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铁粉、铜粉、锡粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛5遍；

2）将磨料金刚石倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂（参照中国专利CN201711033681.1一种树脂/金属结合剂砂轮用润湿剂的配方），研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热10min、施压800KN，保温30min，关闭压机加热，保压自然冷却降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。

实施例2

一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料金刚石25%、聚酰亚胺树脂15%、铁粉10%、铜粉30%、锡粉15%、镍粉2%和硅铝酸钠3%；其中，聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后将坩埚放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，以5℃/min的升温速度从室温升至150℃，再以1℃/min的升温速度升至200℃，于200℃保温3h，保温结束后关掉热源，随箱冷却至室温，放气，取出，即得处理过的聚酰亚胺树脂粉。

上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铁粉、铜粉、锡粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛5遍；

2）将磨料金刚石倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂（参照中国专利CN201711033681.1一种树脂/金属结合剂砂轮用润湿剂的配方），研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热10min、施压800KN，保温30min，关闭压机加热，保压自然冷却降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。

实施例3

一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料CBN 22%、聚酰亚胺树脂17%、铜锡铁预合金粉48%（铜、锡、铁的质量比为7:3:1）、镍粉6%和硅铝酸钠7%；其中，聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后将坩埚放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，以5℃/min的升温速度从室温升至150℃，再以1℃/min的升温速度升至200℃，于200℃保温3h，保温结束后关掉热源，随箱冷却至室温，放气，取出，即得处理过的聚酰亚胺树脂粉。

上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铜锡铁预合金粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛5遍；

2）将磨料金刚石倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂（参照中国专利CN201711033681.1一种树脂/金属结合剂砂轮用润湿剂的配方），研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热10min、施压800KN，保温30min，关闭压机加热，保压自然冷却降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。

实施例4

一种金属树脂结合剂砂轮，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料金刚石10%、聚酰亚胺树脂6%、铜锡铁预合金粉69%（铜、锡、铁的质量比为5：3：1、镍粉5%和硅铝酸钠10%；其中，聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后将坩埚放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，以5℃/min的升温速度从室温升至150℃，再以1℃/min的升温速度升至200℃，于200℃保温3h，保温结束后关掉热源，随箱冷却至室温，放气，取出，即得处理过的聚酰亚胺树脂粉。

上述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铜锡铁预合金粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛5遍；

2）将磨料金刚石倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂（参照中国专利CN201711033681.1一种树脂/金属结合剂砂轮用润湿剂的配方），研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热10min、施压800KN，保温30min，关闭压机加热，保压自然冷却降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。

对比例1

本对比例砂轮与实施例1砂轮的区别仅在于：配方中聚酰亚胺树脂未经过预处理，其他均相同。

实验例1

将实施例1和对比例1中的两片砂轮在同样的工艺参数（20m/s的线速度、120mm/min的进给速度、单次切深5mm）下进行直径18mm的3刃硬质合金钻头开槽磨削，试验结果如下表1所示。

表1 不同砂轮的磨削锋利性结果

	实施例1	对比例1
			磨床负载%	5-6%	9-10%

由表1可以看出：本发明砂轮的磨床负载远小于对比例，说明其具有较好的磨削锋利性，聚酰亚胺树脂经过预处理后，韧性降低，脆性增加，可以显著增加金属树脂结合剂砂轮的锋利性。

对比例2

本对比例砂轮与实施例4砂轮区别仅在于：配方中不含镍粉，各原料重量百分比为：磨料金刚石 10%、聚酰亚胺树脂7%、铜锡铁预合金粉73%（铜、锡、铁的质量比为5：3：1）和硅铝酸钠10%；其他均相同。

实验例2

将实施例4和对比例2中的两片砂轮在同样的工艺参数（24m/s的线速度，140mm/min的进给速度，0.25mm的切深）下进行直径10mm的4刃硬质合金铣刀齿隙磨削，试验结果如下表2所示。

表2 不同砂轮的耐磨性结果

	实施例2	对比例2
			耐用度/支	500	320

由表2可以看出：本发明砂轮的耐用度远大于对比例，说明其具有较好的耐磨性，砂轮配方中增加金属镍粉，可以显著增强金属树脂结合剂砂轮的耐磨性。

Claims (5)

1.一种金属树脂结合剂砂轮，其特征在于，该砂轮由下述重量百分比的原料制成：磨料10-30%、聚酰亚胺树脂6-18%、铁粉5-10%、铜粉25-45%、锡粉7-15%、镍粉2-8%和硅铝酸钠3-10%；

所述聚酰亚胺树脂经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂倒入陶瓷坩埚中，盖上盖子，然后放置真空干燥箱中，抽真空至0.1-0.3Pa，然后于200-250℃保温2-4h，即得；以5℃/min的升温速度从室温升至100-150℃，再以1℃/min的升温速度升至200-250℃；

所述铁粉粒度3-5微米，铜粉粒度为8-10微米，锡粉粒度18-24微米，镍粉粒度3-5微米，硅铝酸钠粒度10-15微米。

2.如权利要求1所述的金属树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述磨料为金刚石和/或立方氮化硼。

3.如权利要求1所述的金属树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述铜粉、锡粉、铁粉以单质粉的形式加入或者以预合金粉的形式加入。

4.如权利要求3所述的金属树脂结合剂砂轮，其特征在于，铜锡铁预合金粉中铜、锡、铁的质量比为5～8：1～3：1。

5.权利要求1至4任一所述金属树脂结合剂砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将聚酰亚胺树脂、铁粉、铜粉、锡粉、镍粉和硅铝酸钠混合过400目标准筛；

2）将磨料倒入研钵中，加入复合结合剂专用润湿剂，研匀；

3）将研好的磨料倒入步骤1）所得产物中混合过120目标准筛，获得成型料；

4）将成型料投入已组装好带基体的模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在600℃的热压机上，预热、施压，保温30min，保压降温至380℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮，按照本领域常规方法进行加工，即得。