CN112025565B

CN112025565B - 压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮及制备方法

Info

Publication number: CN112025565B
Application number: CN202010955722.8A
Authority: CN
Inventors: 薛萍; 刘振波; 陈卫东; 杨菲
Original assignee: Jiangsu Saiyang Precision Tools Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Saiyang Precision Tools Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-09-11
Also published as: CN112025565A

Abstract

本发明公开了压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮及制备方法，利用铝硅酸盐结合剂，加入ZrO₂玻璃网状结构大大提高结合剂的强度和把持力，提高砂轮的寿命；同时加入少量的稀土氧化物增加结合剂的润湿性能同时也降低烧结温度实现低温烧结，便于批量生产工艺控制；PS交联微球作为造孔剂制备压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，操作简单、便于批量生产，便于烧结排出且无残留，以较低的质量百分比加入砂轮原料可以得到高气孔率的磨料层，孔隙大小均匀且近似圆形，可以满足工件的高精度精加工要求。本发明双端面砂轮可以实现精加工所要求的尺寸精度和表面光洁度要求。

Description

压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮及制备方法

技术领域

本发明属于超硬磨具制造领域，具体涉及一种压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮及制备方法。

背景技术

双端面砂轮可以实现同时加工工件的两个平面，加工效率高、应用范围广、节约成本，也因此赋予双端面砂轮广阔的应用前景，目前已在汽车、电子、空调、航空航天、半导体、工具、磁性材料等行业得到很好的应用。端面砂轮主要分为树脂结合剂端面砂轮、陶瓷结合剂砂轮、金属结合剂砂轮。树脂结合剂砂轮自锐性好、锋利性好，但是寿命短是树脂结合剂砂轮致命的弱点。金属结合剂砂轮寿命长、保持性好，但是难修整。近年来，陶瓷结合剂锋利性好、把持力好、寿命长等特点迅速发展。现有技术公开了一种陶瓷结合剂金刚石修整轮，由金属芯、粘结层和陶瓷结合剂金刚石工作层组成，提供了一种高硬度、高自锐性、工作层厚度和硬度可调的陶瓷结合剂金刚石修整轮，其使用寿命和修整效率大大提高，用于各类磨床使用的磨削加工工具的修整。现有技术提供一种陶瓷结合剂磨具，所述陶瓷结合剂磨具通过在多孔陶瓷的孔内填充比多孔陶瓷脆且不因陶瓷结合剂的煅烧温度而消失的物质，从而抑制陶瓷结合剂向多孔陶瓷孔内浸入，并且能够促进磨削时的多孔陶瓷的破碎。在陶瓷结合剂砂轮中含有由立方晶氮化硼粒子或金刚石粒子构成的超级磨料和骨材，骨材由多孔陶瓷和堵塞多孔陶瓷的孔的物质构成，所述物质具有比多孔陶瓷脆且不因陶瓷结合剂的煅烧温度而消失的物性。但是现有砂轮气孔率以及结合剂的协同作用不佳，作为双端面磨盘的精磨效果还需提高。

发明内容

本发明为解决以上问题，以结合剂和气孔的改善为方向，提供一种锋利性好、耐磨性好、寿命长的压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮及制备方法，本制备方法操作简单，便于工艺控制、工业化批量生产。用本发明制备出的陶瓷结合剂端面砂轮加工出的压缩机滑片精度高、表面质量较好，大大降低压缩机工作的能耗比，提升工作效率，使压缩机的性能得到较高提升。

为实现以上发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，包括基体、磨料片和胶水；所述磨料片由磨料原料制备；所述磨料原料包括金刚石、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂、白刚玉、造孔剂、粘接剂。

优选的，以磨料原料的重量为100%，金刚石为30～50%、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂为15～28%、白刚玉为16～50%、造孔剂为0.5～5%、临时粘接剂为余量。

本发明中，上述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮的制备方法，包括以下步骤：将金刚石、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂、白刚玉、造孔剂、粘接剂混合过筛，得到磨料原料；再将磨料原料冷压后烧结，得到磨料片；然后将磨料片粘接在基体表面，最后在磨料片之间填充胶水，固化后得到压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮。具体可以为：

（1）配料：取配方量的金刚石、白刚玉、陶瓷结合剂、造孔剂、粘结剂混合均匀，过100目筛网，得到混合的原料粉体，为磨料原料；

（2）冷压成型：将步骤（1）制得的混合原料进行定模冷压成型，制得生坯；

（3）烧结成型：将步骤（2）成型后砂轮坯体放置马弗炉中进行低温硬化烧结，得到高气孔率陶瓷结合剂端面砂轮节块，为磨料片；

（4）砂轮磨料层结块粘接：将步骤（3）所得结块按排布图纸粘接在基体上，固化；

（5）胶水填充：粘结后的砂轮间隙填充树脂胶水，室温放置24h进行固化。

优选的，SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂由SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃制备，进一步优选的，以SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃重量和为100%，SiO₂为40～60%、Al₂O₃为8～15%、ZrO₂为2～8%、Bi₂O₃为6～20%、P₂O₅为0.3～2%、Y₂O₃为余量。

本发明中，胶水位于砂轮基体与磨料片之间以及相邻磨料片之间；结构胶水位于砂轮基体、磨料片之间，用于粘接砂轮基体和磨料片，填充胶位于磨料片之间，在间隙处填充；胶水为用于砂轮制备的现有产品。

本发明中，所述双端面砂轮基体形状为6A2T、2A2T，材质为钢或者铝；磨料片在基体上的排布方式为常规技术；磨料片的形状厚度等参数为常规技术，可为圆形、六边、方形，厚度为3～10mm；磨料片的间距为2～3.5mm。

本发明中，冷压成型的压力为20MPa，时间为3～5s；硬化烧结的工艺：以2℃/min升温速率由室温升至320℃，保温2h；320℃到560℃升温速率2℃/min，560℃保温2h；560℃以1℃/min的升温速率升至700～780℃，保温3h；保温结束，随炉冷却，本发明硬化烧结制得磨料片的孔隙率可以高达60%，孔的大小、分布均匀，且孔的形状规则，都近似圆形；砂轮磨料层单一结块在基体上的排布方式为常规技术，比如为渐开线或者直线。

通过应用以上发明内容，与现有技术相比，实现双端面砂轮的多方面优异性能，具体如下：

本发明的陶瓷结合剂可以实现低温烧结，烧成温度较低，可以避免金刚石因高温发生氧化而导致磨料性能减弱，且烧结范围广，便于工艺控制；本陶瓷结合剂有较好的流动性和润湿性，在700～780℃均具有流动性，使得烧结的砂轮均匀性好，提高结合剂对磨料的把持力，进而实现磨具的耐磨性及寿命，磨削过程金刚石可以破碎保持锋利性，提高修整间隔。

本发明双端面砂轮所用造孔剂为交联微球，砂轮孔隙的大小及均匀性好，用交联微球造孔的砂轮可以实现低温排炭利于低温烧成，无杂质残留、无黑心情况且孔的球形度很好，改善常规造孔出现这些现象影响砂轮性能及稳定性的不足。此外，与常规造孔剂相比，交联微球以较少的添加量实现相同的造孔效果，大大降低引入添加剂对砂轮综合性能的影响。

附图说明

图1为实施方式中造孔剂交联微球的显微照片；

图2为实施方式中硬化烧结曲线图；

图3为实施方式中砂轮磨料层的结块显微照片；

图4为实施方式中磨料层的结块分布图。

具体实施方式

本发明中，所有原料都为砂轮常规原料，符合砂轮要求，具体操作方法以及测试方法为本领域常规方法；其中，金刚石的粒度为15～25μm，白刚玉的粒度为800目，造孔剂的粒径为15~25μm，SiO₂的粒径为1500目，其余原料的尺寸为常规技术。本发明中，所述造孔剂为PS（聚苯乙烯）交联微球，参见图1，制备的磨料片气孔率高，气孔孔径20～30μm，气孔形状均匀。

磨具的组成主要有磨粒、结合剂、气孔三大部分组成，是决定砂轮性能的关键因素，三者间各自发挥效果且互相配合；本发明的砂轮中，起磨削作用的是磨粒，结合剂的强度体现了磨削过程中结合剂对磨料的把持力，气孔在磨削过程中可以实现容屑、排屑防止磨削过程中的产生碎屑堵塞砂轮，同时可以促进冷却液的流动降低磨削热。砂轮的硬度反映了结合剂对磨粒的把持力，气孔的大小、含量及均匀性影响对结合剂对磨料的把持力有很大影响；因此本发明结合剂和气孔使得制备的砂轮性能的好，利用性能优异的结合剂和适当的气孔可以使得砂轮的综合性能达到较好的状态，在保证砂轮锋利性的同时具有较好的耐磨性。

为使本发明的阐明要点及技术方案更加明确、清晰，以下通过实例对本发明进行详细说明。需明确，本发明不局限于以下实例，且可以以多种实施方式实现，在未脱离本发明宗旨的前提下，所进行的改进均属于本发明的保护范围内。

实施例一

一种压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，由基体、胶粘在砂轮基体上的磨料片和填充磨料片间隙的树脂胶水组成。

上述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：取配方量的所述金刚石磨料、白刚玉、陶瓷结合剂、造孔剂、临时粘结剂（聚乙烯醇溶液）混合后过100目筛网，得到混合的原料粉体；

（2）冷压成型：将步骤（1）制得的混合原料进行定模冷压成型，制得生坯；冷压成型的压力为20MPa，时间为3s；

（3）烧结成型：将步骤（2）成型后砂轮坯体放置马弗炉中进行低温硬化烧结，得到高气孔率陶瓷结合剂端面砂轮节块；参见图2，硬化烧结的工艺：以2℃/min升温速率由室温升至320℃，保温2h；以2℃/min升温速率从320℃到560℃，保温2h；560℃以1℃/min的升温速率升至750℃，保温3h；保温结束，随炉冷却，烧结后的磨料片显微图参见图3，磨料片的孔隙率高达45%，气孔孔径为20～30μm，孔的大小、分布均匀，且孔的形状近似圆形；

（4）砂轮粘接：将步骤（3）所得结块用现有胶水粘接在基体上，室温放置2h固化；

（5）胶水填充：粘结后的磨料片间隙填充现有胶水，室温放置24h进行固化；得到压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，结构示意图参见图4，排布为渐开线均匀分布。

按质量百分数，原料粉体的原料组成：金刚石36%、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂24%、白刚玉35%、造孔剂2%、临时粘接剂3%。SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂由SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃制备，其中SiO₂为50%、Al₂O₃为12%、ZrO₂为6%、Bi₂O₃为12%、P₂O₅为1%、Y₂O₃为余量；具体制备过程如下：

按配比称取1kg结合剂原料，使用混料机进行干混2h，得到混合均匀的结合剂原料；将混合均匀的结合剂原料经高温熔炼炉1500℃熔炼1小时后水冷，得到结合剂的玻璃块状原料；玻璃块状原料在球磨机中湿磨2h后烘干、干磨、过筛后得到粒度在5～15μm的粉状SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂。

上述砂轮基体的规格为：外径700mm，内孔300mm，环宽200mm，厚度45mm；砂轮基体形状为6A2T，材质为钢，厚度为45mm；磨料层单一结块（磨料片）在基体上的排布方式为56列的渐开线；磨料层的单一结块（磨料片）的形状为直径为13～21mm的圆形，厚度为5mm；所述磨料层单一结块（磨料片）的间距为2～3.5mm。

将压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮进行常规水孔加工、表面磨加工处理，去除表面多余胶水，并获得尺寸精度要求，用于压缩机滑片精磨加工。在双端面磨床上对压缩机滑片进行端面磨削加工。滑片毛坯尺寸长、宽分别为21mm、28mm，且滑片表面气体渗氮处理，材质为不锈钢，应用于空调压缩机。该规格型号的压缩机滑片磨削余量为0.04mm，单次加工滑片数量72件，砂轮转速50转/min，砂轮压力300kg，单次加工时间在30s，可连续加工40盘，即一个修整间隔可做到40盘，一个修整间隔可加工长、宽分别21mm、28mm的滑片数量为72*40=2880个；所得工件的表面质量较好无划伤，粗糙度在砂轮修整后加工首盘即可达0.2Ra以下，整盘72个滑片的平面度和平行度差值可达0.0018mm以内，单个滑片的平面度、平行度差值可达0.0009mm以内，良品率100%，寿命稳定可做到100万件以上。

现有市售砂轮进行同样的加工，单个滑片的平面度差值为0.0015～0.002mm；整盘滑片的平面度和平行度差值达0.003mm；一个休整间隔可加工长、宽分别21mm、28mm的滑片数量为72*30=2160个。

本发明所使用的低温结合剂，砂轮烧成温度在750℃以下，此时造孔剂已经完全氧化排出，不会影响孔隙生成，也不会造成黑心情况；其他结合剂容易影响造孔剂的排出、易造成内部孔洞、裂纹等缺陷。本发明所提供的结合剂配方，适合精加工，尤其在压缩机滑片的精加工使用效果更佳，具体体现如下：砂轮的锋利性好，单次同时加工72个毛坯尺寸长、宽分别为21mm、28mm的工件所用时间较短，只要30～40s；砂轮锋利性的保持性较好，在保持砂轮较好的表面质量要求的前提下，可以做到较高水平的修整间隔；耐磨性较好，5mm厚度的磨料层寿命可达100万件以上。若更换其他配方的结合剂做出的砂轮性能不能同时达到该结合剂的使用综合性能，即砂轮的锋利性、修整间隔、表面质量要求、寿命等性能不能全部达到本发明所用结合剂配方的砂轮性能。现有砂轮结块均匀性达不到本发明选用的效果，且存在造孔剂排出温度较高、容易有残留物等情况影响砂轮的自身性能。如：常规使用的碳粉造孔，碳粉本身的形状、结构不规则，需要氧化排出温度较高，且成孔形状大小、形状不规则，易形成较大的通孔，造成砂轮结块局部结构不均匀，降低结合剂对磨料的把持力，进而导致在磨削过程中堵塞孔隙，降低磨削效率，较低把持力还容易导致结块掉砂严重；常规使用的陶瓷空心球造孔，如氧化铝、氧化锆空心球，此类空心球的球壁较厚，在磨削过程中不易破碎，且碎后残留较多，此外此类空心球目前市面上很难做出孔径较小的空心球，在造孔剂的应用上局限性较大。

对比例一

将实施例一的SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂做如下更改：

SiO₂为50%、Al₂O₃为12%、ZrO₂为6%、CaO为12%、P₂O₅为1%、Y₂O₃为余量。

其余不变，砂轮的烧结温度范围明显很窄，只允许15℃以内的温差，对生产电炉温度控制要求较高，温度偏差较大时砂轮的力学性能会有较大差别，尤其对强度和硬度值影响较大，难以控制砂轮的一致性和稳定性。得到砂轮进行实施例一同样的加工，单个滑片的平面度和平行度在0.002～0.003mm，尺寸波动较大，且难以控制每次工件的去处余量。

对比例二

将实施例一的砂轮磨料层原料粉体的原料组成做如下调整：金刚石56%、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂19%、白刚玉20%、造孔剂2%、临时粘接剂3%。

其余不变，得到砂轮进行实施例一同样的加工，单次加工时间在55s，单个滑片的平面度差值为0.0016mm，且砂轮的修整间隔明显缩短至31盘，砂轮耐磨性也明显下降。

对比例三

将实施例一的PS交联微球更改为粒径（D50）40μm的空心玻璃微珠，其余不变得到砂轮进行实施例一同样的加工，粗糙度在砂轮修整后加工首盘为0.3Ra，单个滑片的平面度差值为0.0025mm。

实施例二

将实施例一的SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂做如下更改：

SiO₂为45%、Al₂O₃为15%、ZrO₂为8%、Bi₂O₃为10%、P₂O₅为0.5%、Y₂O₃为余量。

其余不变，得到砂轮进行实施例一同样的加工，单次加工时间在40s，较实施例一稍逊；良品率100%，寿命稳定可做到100万件以上。

实施例三

在实施例一的基础上，原料粉体的原料组成：金刚石45%、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂20%、白刚玉30%、造孔剂2%、临时粘接剂3%。

其余不变，得到砂轮进行实施例一同样的加工，整盘72个滑片的平面度和平行度差值可达0.002mm以内，单个滑片的平面度、平行度差值可达0.001mm以内，修整间隔可以做到33盘，较实施例一稍逊；良品率100%，寿命稳定可做到100万件以上。

本实施实例所制备的陶瓷结合剂双端面磨盘可用于加工不锈钢和高速钢滑片，可达到精磨的加工需求，加工效率、加工出的工件精度和砂轮使用寿命均可以做到行业较高水平。

本发明用低温结合剂和较低重量比的造孔剂生产出孔隙率可达40%以上的砂轮，且砂轮未出现因排炭问题而出现的黑心问题，无杂质残留，排出温度较低，在结合剂的软化点以下，不影响砂轮的烧结和结合剂性能，制备出的砂轮中的孔隙大小均匀且形状近似球形闭气孔，这种有别于常规造孔的方法，且本发明砂轮的一致性和稳定性非常好，以操作简单、便于批量工业生产的制备工艺，开阔了陶瓷结合剂端面砂轮应用技术领域。

Claims

1.一种压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，包括基体、磨料片和胶水；所述磨料片由磨料原料制备；所述磨料原料包括金刚石、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂、白刚玉、造孔剂、临时粘接剂；以磨料原料的重量为100%，金刚石为30～50%、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂为15～28%、白刚玉为16～50%、造孔剂为0.5～5%、临时粘接剂为余量；SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂由SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃制备，以SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃重量和为100%，SiO₂为40～60%、Al₂O₃为8～15%、ZrO₂为2～8%、Bi₂O₃为6～20%、P₂O₅为0.3～2%、Y₂O₃为余量；造孔剂为粒径15～25μm的PS交联微球。

2.根据权利要求1所述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮，其特征在于，所述胶水位于砂轮基体与磨料片之间以及相邻磨料片之间。

3.权利要求1所述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金刚石、SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂、白刚玉、造孔剂、临时粘接剂混合过筛，得到磨料原料；再将磨料原料冷压后烧结，得到磨料片；然后将磨料片粘接在基体表面，最后在磨料片之间填充胶水，固化后得到压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮。

4.根据权利要求3所述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮的制备方法，其特征在于，将SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Bi₂O₃、P₂O₅、Y₂O₃熔炼后粉碎制备SiO₂-Y₂O₃-Al₂O₃结合剂。

5.根据权利要求3所述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮的制备方法，其特征在于，冷压成型的压力为20MPa，时间为3～5s。

6.权利要求1所述压缩机滑片精磨专用陶瓷结合剂端面砂轮在压缩机滑片精磨中的应用。