CN111922928B - 一种高保型性复合结合剂超硬砂轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂15‑45%，铜粉15‑50%，二氧化硅8‑20%，锡粉5‑15%，碳纤维2‑10%，余量为磨料。本发明超硬砂轮既具备树脂结合剂砂轮的锋利性，又兼具金属砂轮的形状保持性和耐热性，即具有较好的锋利性和尖角保持性，磨床负载在1‑2%，能够满足行业高效加工的需求。

Description

一种高保型性复合结合剂超硬砂轮及其制备方法
技术领域
本发明属于超硬砂轮磨料磨具磨削技术领域，具体涉及一种高保型性复合结合剂超硬砂轮及其制备方法。
背景技术
在砂轮中用于固结金刚石或CBN磨粒的结合剂有树脂、金属和陶瓷三种材料。金属结合剂砂轮具有强度高、工作面几何形状保持性好、寿命长、耐冲击等优点，但砂轮自锐性差、效率低。传统树脂结合剂砂轮磨削效率高，自锐性好，但是树脂结合剂砂轮存在耐热性低、尖角保持性差、修整频繁等缺点，已经不能满足行业高效加工的需求。
为了克服单一树脂结合剂砂轮的缺点，本发明提供一种高保型性金属/树脂复合结合剂砂轮，该复合结合剂砂轮具备树脂结合剂砂轮的锋利性，又兼具金属砂轮的形状保持性和耐热性，从而能够满足行业高效加工的需求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高保型性金属树脂复合结合剂砂轮，该复合结合剂砂轮具备树脂结合剂砂轮的锋利性，又兼具金属砂轮的形状保持性和耐热性，即具有较好的锋利性和尖角保持性，能够满足行业高效加工的需求。
本发明还提供了上述高保型性金属树脂复合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：
一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂15-45%，铜粉15-50%，二氧化硅8-20%，锡粉5-15%，碳纤维2-10%，余量为磨料。
具体的，所述碳纤维长径比10-20:1，优选长径比15:1，其重量百分比进一步优选3-7%。
进一步的，所述聚酰亚胺树脂和碳纤维经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂与碳纤维倒入钢混料罐中，加入硬质合金球，装入行星混料机中混料6-10小时；然后将混合均匀的物料压制成型，再于普车上以单次进刀量0.5mm车成粉末，即得。
具体的，上述预处理过程中，硬质合金球球径5mm，加入量为聚酰亚胺树脂与碳纤维体积之和的两倍。进一步的，可以将混合均匀的物料装入磨具中，于150℃的热压机上压制成直径100mm、高50mm的圆柱料；该步骤的目的在于使物料混合均匀，因此压制的形状除了圆柱料，还可以是条状料、圆片状料、三角状料等。聚酰亚胺树脂中加入长径比10-20:1的碳纤维能够提高树脂的流动性和可成形性，也能提高碳纤维在结合剂中的均匀性，减少树脂粉的团聚；同时长径比10-20:1的碳纤维能够提高砂轮的抗冲击强度和耐磨性。
进一步优选的，所述铜粉和锡粉均为超细粉末，粒度8-15μm。铜粉和锡粉为复合结合剂中金属结合剂部分的主要元素，是金属结合剂的骨架支撑。二氧化硅的加入可以分散结合剂，避免结合剂过于致密而出现锋利性降低的现象，有提升结合剂锋利性的作用。
具体的，所述铜粉和锡粉的质量比为1～5：1，进一步优选2～4：1。铜粉和锡粉既可以单质粉的形式加入，也可以预合金粉的形式加入。
具体的，所述磨料为金刚石和/或立方氮化硼（CBN）。
本发明还提供了上述高保型性复合结合剂超硬砂轮的制备方法，其包括如下步骤：
1）将聚酰亚胺树脂、铜粉、二氧化硅、锡粉和碳纤维混合过200-400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）将成型料投入模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在380℃的热压机上，预热、施压，保温30min，保压降温至320℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮环；
5）将复合结合剂砂轮环通过树脂胶粘接在铝基体上，按照本领域常规方法进行加工，即得。
上述超硬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）本发明通过在聚酰亚胺树脂中加入长径比10-20:1的碳纤维来提高树脂的流动性和可成形性，同时也提高了碳纤维在结合剂中的均匀性，减少树脂粉的团聚；同时长径比10-20:1的碳纤维能够提高砂轮的抗冲击强度和耐磨性；
2）本发明复合结合剂超硬砂轮既具备树脂结合剂砂轮的锋利性，又兼具金属砂轮的形状保持性和耐热性，即具有较好的锋利性和尖角保持性，磨床负载在1-2%，能够满足行业高效加工的需求。
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，所用的原料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
一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂23%，铜粉（粒度10μm）31%，二氧化硅（粒度W28）15%，锡粉（粒度10μm）8%，长径比15:1的碳纤维3%，磨料金刚石20%（粒度D64）；其中，聚酰亚胺树脂和碳纤维预先经下述预处理获得：按配方中比例将聚酰亚胺树脂与长径比15:1的碳纤维倒入钢混料罐中，按体积比1:2加入原料粉2倍体积的硬质合金球（球径5mm），将混料罐装入行星混料机中混料6小时；将混合均匀的物料树脂和碳纤维装入磨具中，于150℃的热压机上压制成直径100mm、高50mm的圆柱料，再将圆柱料于普车上以单次进刀量0.5mm的进给车成粉末，即得。
上述高保型性复合结合剂超硬砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：
1）将聚酰亚胺树脂、铜粉、二氧化硅、锡粉和碳纤维混合过200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）将成型料投入模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在380℃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320℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮环；
5）采用本领域常规方法将复合结合剂砂轮环通过树脂胶粘接在铝基体上，按照本领域常规方法进行加工，即得。
实施例2
一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂30%，铜锡预合金粉23%（其中铜锡质量比2:1，粒度15μm），二氧化硅（粒度W28）15%，长径比15:1的碳纤维7%，磨料金刚石25%（粒度D64）；其中，聚酰亚胺树脂和碳纤维预先经下述预处理获得：按配方中比例将聚酰亚胺树脂与长径比15:1的碳纤维倒入钢混料罐中，按体积比1:2加入原料粉2倍体积的硬质合金球（球径5mm），将混料罐装入行星混料机中混料6小时；将混合均匀的物料树脂和碳纤维装入磨具中，于150℃的热压机上压制成直径100mm、高50mm的圆柱料，再将圆柱料于普车上以单次进刀量0.5mm的进给车成粉末，即得。
上述高保型性复合结合剂超硬砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：
1）将聚酰亚胺树脂、铜锡预合金粉、二氧化硅和碳纤维混合过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）将成型料投入模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在380℃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320℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮环；
5）采用本领域常规方法将复合结合剂砂轮环通过树脂胶粘接在铝基体上，按照本领域常规方法进行加工，即得。
实施例3
一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂28%，铜锡预合金粉20%（其中铜锡质量比4:1，粒度8μm），二氧化硅（粒度W28）20%，长径比15:1的碳纤维5%，磨料CBN 27%（粒度D64）；其中，聚酰亚胺树脂和碳纤维预先经下述预处理获得：按配方中比例将聚酰亚胺树脂与长径比15:1的碳纤维倒入钢混料罐中，按体积比1:2加入原料粉2倍体积的硬质合金球（球径5mm），将混料罐装入行星混料机中混料6小时；将混合均匀的物料树脂和碳纤维装入磨具中，于150℃的热压机上压制成直径100mm、高50mm的圆柱料，再将圆柱料于普车上以单次进刀量0.5mm的进给车成粉末，即得。
上述高保型性复合结合剂超硬砂轮的制备方法，其具体包括如下步骤：
1）将聚酰亚胺树脂、铜锡预合金粉、二氧化硅和碳纤维混合过400目标准筛5遍；
2）将磨料CBN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）将成型料投入模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在380℃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320℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮环；
5）采用本领域常规方法将复合结合剂砂轮环通过树脂胶粘接在铝基体上，按照本领域常规方法进行加工，即得。
对比例1
一种复合结合剂超硬砂轮，其各组分的重量百分比为：聚酰亚胺树脂30%，铜锡预合金粉23%（其中铜锡质量比2:1，粒度15μm），二氧化硅15%（粒度W28），长径比15:1的碳纤维7%，磨料金刚石25%（粒度D64）；其与实施例2的不同之处在于聚酰亚胺树脂和碳纤维未经过预处理；制备方法参照实施例2。
性能试验
将实施例2、对比例1和普通市售树脂砂轮（记为对比例2）进行耐磨性实验，以24m/s的线速度、100mm/min的进给速度、0.2mm进刀量的工艺参数加工相同规格的30件直径10mm的四刃硬质合金铣刀端齿，测量砂轮的尖角变化，结果如下表所示：
Figure 12448DEST_PATH_IMAGE001
由上表可以看出：和对比例1和2的砂轮相比，本发明复合结合剂砂轮的尖角变化量较小，磨床负载在1-2%，说明其具有较好的尖角保持性和锋利性，能够满足行业高效加工的需求。

Claims (7)

1.一种高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，该超硬砂轮由下述重量百分比的原料制成：聚酰亚胺树脂15-45%，铜粉15-50%，二氧化硅8-20%，锡粉5-15%，碳纤维2-10%，余量为磨料；
所述聚酰亚胺树脂和碳纤维经下述预处理获得：将聚酰亚胺树脂与碳纤维倒入混料罐中，加入硬质合金球，装入行星混料机中混料6-10小时；然后将混合均匀的物料压制成型，再于普车上以单次进刀量0.5mm车成粉末，即得；
本发明的复合结合剂砂轮在以24m/s的线速度、100mm/min的进给速度、0.2mm进刀量的工艺参数加工相同规格的30件直径10mm的四刃硬质合金铣刀端齿后，砂轮尖角圆弧的变化量仅为0.008mm。
2.如权利要求1所述高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，所述碳纤维长径比10-20:1。
3.如权利要求1所述高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，硬质合金球球径5mm，加入量为聚酰亚胺树脂与碳纤维体积之和的两倍。
4.如权利要求1所述高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，所述铜粉和锡粉粒度8-15μm。
5.如权利要求4所述高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，所述铜粉和锡粉的质量比为1～5：1。
6.如权利要求1所述高保型性复合结合剂超硬砂轮，其特征在于，所述磨料为金刚石和/或立方氮化硼。
7.权利要求1至6任一项所述高保型性复合结合剂超硬砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将聚酰亚胺树脂、铜粉、二氧化硅、锡粉和碳纤维混合过200-400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）将成型料投入模具中，刮平料，盖上压头；将模具放在380℃的热压机上，预热、施压，保温30min，保压降温至320℃卸压卸模，得到复合结合剂砂轮环；
5）将复合结合剂砂轮环通过树脂胶粘接在铝基体上，即得。
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