CN112140014A

CN112140014A - 电化学辅助加工用树脂无心磨cbn砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN112140014A
Application number: CN202011106007.3A
Authority: CN
Inventors: 王健
Original assignee: Jiangsu Saiyang Precision Tools Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Saiyang Precision Tools Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明一种电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮及其制备方法，包括基体和磨料层，砂轮由内而外分别是紫铜基体，钢基体，磨料层，是整体结构，由钢和铜镶嵌在一起，且整个砂轮表面需要镀铜；磨料层是由树脂粉、铜粉以、石墨粉、镀铜CBN构成。相比普通白刚玉砂轮，提高了生产效率，提升了砂轮修整间隔，降低工人更换砂轮的频次，减轻由于普通砂轮的浪费造成的企业环保不达标现象。相比于普通树脂CBN砂轮，此种砂轮的锋利性好，效率高，修整间隔长，加工出的工件表面质量好，没有烧伤工件现象。

Description

电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬磨料砂轮领域，具体涉及一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮。

背景技术

砂轮是主要的磨削工具。通常我们有普通磨料砂轮和超硬磨料砂轮。超硬砂轮一般是用来加工一些硬脆材质的工件。而普通磨料则是用来加工软材质的工件。随着工业化水平的提升，越来越多的普通磨料砂轮被超硬砂轮取代。超硬砂轮加工出的工件表观质量优越，工件尺寸稳定性好，寿命长，环保等优点。然而，有部分材料由于其硬度较低、延展性好，一般的超硬砂轮不能加工此类的工件，但是普通砂轮又不能满足现有的加工需求。现有技术通过添加一定量由MO和稀土氧化物组成的烧结助剂，可有效优化氮化硅基导电陶瓷的微观结构，从而显著提高氮化硅基导电陶瓷的韧性和强度，提高氮化硅基导电陶瓷的导电率，可实现使用电火花加工技术加工氮化硅基导电陶瓷，并使应用该种氮化硅基导电陶瓷制作的陶瓷刀具适宜PVD涂层工艺，此外还起到增韧补强的作用，可制备出形状复杂的刀具，并可获得性能更优异的氮化硅陶瓷刀具。现有技术设计一种可导电的树脂结合剂砂轮，采用以下原料制备而成，以重量百分比计，双马来酰亚胺树脂粉10%-55%、锑粉17-45%、绿碳化硅微粉12%-20%、硅烷偶联剂1%-5%，余量为金刚石粉，相对于金属结合剂金刚石砂轮，磨削锋利性及工件表面质量等方面具有大幅改善提升的优势，相对于树脂结合剂金刚石砂轮，对于异型工作面的加工具有高效、高精度加工的优势，以满足超精密数控合金刀具、异型精密玻璃/陶瓷电子元器件等材料的高效、高精密加工要求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮，其能够加工不锈钢、铝合金、钛合金，在不降低砂轮锋利性的情况下，解决了现有碳化硅或者白刚玉砂轮无法适应电化学辅助加工的问题，此种砂轮能够显著提高磨削效率，提升产品的一次交验合格率，降低产品的废品率。

为达到上述目的，本发明具体的技术方案是：

一种电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，包括基体和磨料层，基体由钢基体、铜基体组成；磨料层由树脂粉、铜粉、石墨粉、镀铜CBN制备。

优选的，砂轮表面镀铜；本发明砂轮由内而外分别是紫铜基体、钢基体、磨料层，是整体结构，基体由钢和铜镶嵌在一起组成，且整个基体表面需要镀铜；本发明制备的砂轮具有很好的导电性能，通过检测砂轮磨料层的电阻值，磨料层的电阻值越小，砂轮的导电性越好，砂轮整体的导电性能好，可有效用于电化学辅助加工。

优选的，以树脂粉、铜粉、石墨粉的重量和为100%，树脂粉小于50%，铜粉大于50%，余量为石墨粉；进一步优选的，树脂粉为30～35%，铜粉为55～68%，余量为石墨粉。树脂粉具有很好的流动性以及耐磨性，比例合理，这个范围既可以使磨料层很好的结合在一起，又保证导电性好。

优选的，以树脂粉、铜粉、石墨粉的体积和为100%，镀铜CBN的体积用量为30%～150%，优选40%～100%；这样既可以增加砂轮的导电性，又可以增加结合剂对磨料的把持力。

优选的，树脂粉为高分子液晶改性聚酰亚胺树脂粉，对于电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，性能好于酚醛树脂粉以及其他聚酰亚胺树脂粉。

本发明公开了上述电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）将树脂粉、铜粉、石墨粉混合过筛后与镀铜CBN混合过筛，得到磨料层粉；

（2）将所述磨料层粉加入带有钢基体的模具中，压合后固化，得到砂轮成型体；

（3）将铜基体与所述砂轮成型体的钢基体嵌合，得到电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮。

优选的，嵌合后用螺丝紧固铜基体与钢基体；进一步优选的，将铜基体与所述砂轮成型体的钢基体嵌合，然后整体镀铜，得到电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮。

本发明中，基体由紫铜基体和钢基体镶嵌而成，可以使基体具有很好的导电性同时使砂轮整体刚性增强；两者结合在一起，使电化学辅助加工的树脂CBN无心磨在不降低砂轮刚性的情况下，具有良好的导电性。

本发明中，整个配方体系中，树脂粉的相对含量合理，其他导电材料的相对含量较高。

本发明中，压合为冷压后热压，优选的，热压时的加热方式为高频加热，用高频加热的方式进行烧结，有利于模具同时受热，这样砂轮的受热部位相对比较均一，由于砂轮整体高度很高，热电偶发热传热方式会造成砂轮上下已经完全固化，而砂轮中间部位还没有完全固化。本发明的无心磨砂轮整体高度在100mm以上，砂轮很高；基体用整体结构，而不是分片压制完成再进行组装，可以减小砂轮的电阻，增加砂轮的导电性。本发明在砂轮热压成型时，将100mm以上高度的磨料层一次热压成型。

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：

本发明首次公开了一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮。原材料以及配方的导电性能优越，相比于碳化硅或者白刚玉砂轮，提高了生产效率，提升了砂轮修整间隔，降低工人更换砂轮的频次，减轻由于普通砂轮的浪费造成的企业环保不达标现象。相比于一般树脂CBN无心磨砂轮，在加工软材质时，砂轮由于粘屑堵塞造成的磨不动、烧糊现象，提高了砂轮的修整间隔，降低了砂轮修整次数；同时被加工出的产品，具有更好的精度。

本发明的一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮，具有良好的导电性，从而使得砂轮在加工工件过程中，砂轮和工件由于有稳定的电化学辅助加工的作用，磨削稳定。砂轮的自锐性能良好。

本发明的一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮，首次描述了如何保证砂轮的具有良好的稳定性。基体选用里铜外钢的方式进行拼装，砂轮整体一次烧结完成，首次通过添加高分子液晶改性聚酰亚胺树脂粉，从而使改性后的树脂粉具有更好的流动性以及耐磨性。

本发明的一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮，首次描述了将电学方面的知识应用到树脂砂轮中，树脂砂轮的电阻值小。

本发明的一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮，描述了一次成型100mm厚度以上砂轮的方法，并通过高频加工的方式加热模具，使得砂轮的整个成型过程中，受热均一，保证了砂轮整体硬度和导电性均一。

本发明所公开的一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮的原材料均为市场通用材料。生产制作工艺均为砂轮制作行业中较为成熟，高频加热装置能够直接使用。

附图说明

图1为本发明电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮的结构示意图；

其中，钢基体1、铜基体2、磨料层3、螺丝4。

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：

本发明所有原料均为市售砂轮原料，其中高分子液晶改性的聚酰亚胺树脂（美国杜邦CP），镀铜CBN（美国元素六）；所涉及的具体操作方法以及测试方法为常规技术。

实施例一：制作一个1A1、254X115X31.75X10X115的电化学辅助加工的树脂CBN无心磨砂轮

参见附图1 所示，一种电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，包括基体和磨料层，基体由钢基体1、铜基体2组成，将铜基体镶嵌到钢基体内部，并采用螺丝4紧固；磨料层3由树脂粉、铜粉、石墨粉、镀铜CBN制备；砂轮表面镀铜，为常规方法，未标出。

其制备方法为：粗加工基体至要求的形状，与此同时混料、装模热压、烧结硬化，再将硬化后的砂轮成型体加工至图纸要求的形状和尺寸，砂轮表面整体镀铜，最后按超硬砂轮国家标准检验合格后入库。具体为：

（1）、车半成品基体：根据图纸以及配合模具，将钢基体毛坯车成图纸所需要的形状；

（2）、按照重量，称取30份高分子液晶改性的聚酰亚胺树脂粉，68份铜粉，2份石墨粉加入三维混料机中，机混2小时，机混时，球料比按照2∶1加入；料混好后，过40#筛，把球料分离，把结合剂装袋备用；

（3）、按体积，称取70份结合剂和30份镀铜CBN加入三维混料机中，球料比按照2∶1加入，混料1h，过80#筛网，成型料装袋备用；

上述所有的材料为市售商品，质量符合行业应用要求；

（4）、将（1）中钢基体放入模具中，称取步骤（3）中混好的成型料放入到模腔中，刮平，然后放入到冷压机中100吨压力冷压，然后放入热压机中，150吨压力热压成型；

热压时将现有高频加热装置放置到整个模具外面，设定红外探测温度为250℃±5℃，接通电源，开始加热，此过程持续2h，然后卸压、拆除高频装置，出模；

（5）、硬化：将（4）中热压完成的砂轮放入烘箱中继续硬化。硬化工艺：1h从室温升温至120℃±5℃，保温1h；接着1h升温至170℃±5℃，保温1h；最后1h升温至230℃±5℃，保温10h，冷却至室温取出，得到砂轮成型体；

（6）、将砂轮成型体常规精车到位，然后将铜基体镶嵌到钢基体内部，并采用螺丝紧固；最后，常规精车砂轮基体的基准面和孔径、将砂轮磨削到尺寸。

（7）、常规镀铜：将磨好的砂轮，放置到镀液中，砂轮整体镀铜；

按超硬砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格，得到电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮。

实施例二：制备砂轮的工艺与实施例一相同，具体为：制作一个1A1、203.2X101.6X31.75X10X101.6的电化学辅助加工的树脂CBN无心磨砂轮。与实施例一的区别在于：

①按重量，称取35份高分子液晶改性的聚酰亚胺树脂粉，55份铜粉，10份石墨粉；

②按体积，称取50份结合剂和50份镀铜CBN；

③冷压压力80吨、热压压力120吨；将高频加热装置放置到整个模具外面，设定红外探测温度为240℃±5℃；

其余一样，得到电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮。

对比例一

砂轮尺寸与实施例一一致，制备方法与实施例一的区别在于：

热压时采用常规热压机加热，250℃±5℃持续2h，不采用现有高频加热装置，然后卸压、出模；

其余一样，得到电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮。

以实施例一、实施例二、对比例一的电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮与现有市售树脂白刚玉砂轮、现有市售树脂CBN砂轮作对比，加工同样的不锈钢管，结果如表1。

其中，现有市售树脂CBN砂轮由两片砂轮拼接而成，因为现有方法没有10cm厚度的整体砂轮。砂轮电阻的测试仪器名称为低电阻测试仪器，测量方法为用夹子夹持砂轮上下两端进行多点测量求平均值，具体操作为现有技术，测量电阻的设备行程在5毫欧至50千欧。

从表1中，明显看出，在同样的转速下，本发明电化学辅助加工的树脂CBN砂轮的进刀量明显高于现有砂轮，因此电化学辅助加工的树脂CBN砂轮的加工效率高；工件的外观质量、尺寸精度明显好于其他砂轮。与此同时，砂轮修正间隔很长，从而砂轮被修整次数就会很少，因此砂轮的寿命（不间断工作）很长。而且现有市售白刚玉砂轮、分体式CBN砂轮为老式机床设备上的砂轮，不带有导电装置，直接进行粗磨。

在实施例一的基础上，将高分子液晶改性的聚酰亚胺树脂替换为常规砂轮用聚酰亚胺树脂粉（未改性），其余不变，制备的电化学辅助加工的树脂CBN砂轮进行上述同样的加工，进刀量为0.01mm，砂轮修整间隔为380个/次；在实施例一的基础上，将铜粉替换为钴粉，其余不变，制备的电化学辅助加工的树脂CBN砂轮，进行同样的加工，进刀量为0.015mm，砂轮修整间隔为300个/次；在实施例一的基础上，将基体替换为钢基体（即全部采用实施例一的钢基体而不镶嵌铜基体），其余不变，制备的电化学辅助加工的树脂CBN砂轮进行同样的加工，砂轮修整间隔为330个/次；在实施例一的基础上，将基体替换为铜基体（即全部采用实施例一的铜基体而不镶嵌钢基体），其余不变，制备的电化学辅助加工的树脂CBN砂轮进行同样的加工，进刀量为0.015mm、工件圆度0.015，且成本增加。

本发明开发出了一种电化学辅助加工的树脂无心磨CBN砂轮，这种砂轮是以电化学辅助加工的工件为主，砂轮磨削为辅的方式加工工件，在整个使用过程中，能够发挥超硬砂轮的优越性能。砂轮寿命长，不易堵塞，修整间隔长，被加工产品的尺寸精度高，完全替代了现有砂轮。

Claims

1.一种电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，包括基体和磨料层，基体由钢基体、铜基体组成；磨料层由树脂粉、铜粉、石墨粉、镀铜CBN制备。

2.根据权利要求1所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，砂轮表面镀铜。

3.根据权利要求1所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，以树脂粉、铜粉、石墨粉的重量和为100%，树脂粉小于50%，铜粉大于50%，余量为石墨粉。

4.根据权利要求3所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，树脂粉为30～35%，铜粉为55～68%，余量为石墨粉。

5.根据权利要求1所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，以树脂粉、铜粉、石墨粉的体积和为100%，镀铜CBN的体积用量为30%～150%。

6.根据权利要求1所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮，其特征在于，树脂粉为高分子液晶改性聚酰亚胺树脂粉。

7.权利要求1所述电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮的制备方法，其特征在于，嵌合后用螺丝紧固铜基体与钢基体；将铜基体与所述砂轮成型体的钢基体嵌合，然后整体镀铜，得到电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮。

9.根据权利要求7所述电化学辅助加工用树脂无心磨CBN砂轮的制备方法，其特征在于，压合为冷压后热压。

10.权利要求1所述电化学辅助加工用树脂CBN无心磨砂轮在电化学辅助加工中的应用。