CN112605902B - 一种易装配和修整的超硬材料制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种易装配和修整的超硬材料制品，包括基体和磨料块，磨料块胶合在基体上；磨料块上设置有注胶通孔，磨料块贴合在基体上的一侧设置有贯通槽，注胶通孔与贯通槽连通；向磨料块的注胶通孔内注入胶水，胶水通过贯通槽将磨料块牢固粘结在基体上。在本发明中，小规格的磨料块在未装成砂轮成品前，尺寸的一致性和平整度高；并且在本发明中粘结剂对磨料块在基体上的厚度影响基本不存在；这样组装成为砂轮后，砂轮的平整度和尺寸精度大幅提高，砂轮/耐磨材料的修整难度大幅降低。在本发明中，客户只需采购磨料块和固定盘，可自行安装和拆卸，基体可反复利用，且无需返厂制作，省去了来回运输的成本、运输时间和减少了基盘的配套用量。

Description

一种易装配和修整的超硬材料制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及超硬材料磨削和耐磨技术领域，尤其涉及一种易于装配和修整的超硬材料制品及制作方法。

背景技术

超硬磨料包含金刚石和CBN，前者是已知自然界最为坚硬的材料，适合非黑色金属的加工。后者具有极好的耐高温加工性能，并且不受铁系元素亲和反应，是加工黑色金属最佳的磨料。超硬材料作为制造业的关键材料，其延伸的制品在磨削、耐磨、导热、光学等诸多领域应用日渐广泛，涉及磨削和耐磨则是超硬磨料市场化的两大主要应用领域。

超硬材料砂轮是超硬制品最大的应用，现有砂轮磨削技术中，砂轮一般采用整体烧结或拼接磨料块的方式制备。前者适用于高分子（树脂、橡胶）结合剂、金属结合剂砂轮，后者往往适用于陶瓷结合剂或金属陶瓷结合剂砂轮，后者在产品直径大于∮200mm的产品，磨料块通常使用拼接方式。如：∮350mm的树脂平面磨砂轮，多以整体成型再烧结为主，而∮350mm的陶瓷平面磨砂轮，则多是将各烧结好的磨料块拼接胶合形成砂轮。

拼接磨料块砂轮一般适合于大规格砂轮。以双端面磨砂轮为例，磨料块的形状一般是方形、圆形、菱形或者其他形状，拼接粘结而形成整体。一般当砂轮直径大于500mm，基体成本高，具有较高回收再利用价值，双端面磨砂轮的各磨料块之间的交界处缝隙需要填充树脂，填充树脂后烧结固化成砂轮。双端面磨砂轮基体与磨料块以及树脂烧结结合形成整体，这种整体式的砂轮结合力好，对磨料块把持力牢固，但由于胶水对磨料块和砂轮基体的尺寸公差影响较大，砂轮的修整量和修整难度都较大。此外，使用后的基盘再利用时，需重新返厂进行磨料块的清理和胶合固化烧结。由于双端面研磨砂轮的直径普遍较大，一般在500mm甚至1000mm以上，就使得这种拼接式的砂轮首先就存在运输成本高昂的问题，也造成返修和再次利用的运输成本高和周期长。

拼接磨料块的砂轮，同样存在磨料块毛坯的公差较大的问题，此外，在磨料块和基体之间的胶水层对磨料块所组成砂轮成品面的公差影响较大，这往往需要组装成品后的精加工修整。超硬磨料本身就具极高的硬度，在被加工时就体现了其极好的硬度和难加工性，所以这种砂轮的修整和精度一直是限制这种砂轮使用的主要原因之一。

现有超硬耐磨材料技术中，超硬材料制品系列的产品的PCD/PCBN复合片和金刚石/CBN聚晶，正在日益应用广泛，例如径向轴承，钻头保径、TC轴承等等。超硬耐磨材料的市场化，最大的问题在于被加工的困难，从而造成加工成本高昂，特别是将超硬耐磨材料组装在大的或异型的产品结构之上，加工就更加艰难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种易于装配和修整的超硬材料制品及制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种易装配和修整的超硬材料制品，包括基体和磨料块，所述磨料块胶合在基体上；所述磨料块上设置有注胶通孔，磨料块贴合在基体上的一侧设置有贯通槽，所述注胶通孔与贯通槽连通；向磨料块的注胶通孔内注入胶水，胶水通过贯通槽将磨料块牢固粘结在基体上。

上述的易装配和修整的超硬材料制品，优选的，所述磨料块为高分子（树脂、橡胶）结合剂制品、金属结合剂砂轮片、陶瓷结合剂砂轮片、金属陶瓷结合剂砂轮片、金刚石聚晶和金刚石复合片的任意一种或多种。

上述的易装配和修整的超硬材料制品，优选的，所述磨料块为方形、扇形、圆形或菱形，所述磨料块上的磨料为金刚石或CBN的一种或多种。

上述的易装配和修整的砂轮，优选的，所述砂轮还包括由稀土、高分子胶结剂（树脂、橡胶）、塑胶、陶瓷或者金属材质制作而成的固定盘，固定盘连接在基体上，固定盘上设置有定位通孔，定位通孔为单个或多个通孔，磨料块粘于定位通孔内的基体上；所述磨料块的尺寸与固定盘上的定位通孔匹配。

上述的易装配和修整的超硬材料制品，优选的，所述磨料块上的注胶通孔使用高分子胶结剂（树脂、橡胶）、磨料（普通磨料、超硬磨料）、陶瓷、菱苦土或稀土的一种或多种，混合胶水和/或固化剂进行加压填充找平并固化。

一种易装配和修整的超硬材料制品的制备方法，包括以下步骤：

1）磨料块毛坯的制作：将磨料与结合剂通过配料、混料、压制和烧结/合成，制得磨料块毛坯；

2）将步骤1）得到的磨料块粗磨：将步骤1）得到的磨料块安装在平面磨床上，用碳化硅砂轮进行粗磨，使得所有磨料块的厚度尺寸公差达到：D≤±0.02mm；

3）将步骤2）得到的磨料块装在游星轮中，在双端面研磨机上使用碳化硅、金刚石、金刚砂游离磨料或者是金刚石研磨垫将磨料块进行研磨，使得所有磨料块的厚度尺寸公差达到：D≤±0.003mm；

4）基体的加工：精加工基体，使基体待粘结表面的表面光洁度达到Ra=1.0~3.0，基体待粘结表面的端向跳动小于0.01~0.05；

5）磨料块的粘结：将磨料块上有贯通槽的一面压紧在基体上，将胶水点入磨料块的注胶通孔内，胶水沿注胶通孔流入到磨料块与基体之间的贯通槽，完成磨料块与基体的粘结，静置或者加温固化。

上述的易装配和修整的砂轮的制备方法，优选的，还包括步骤6）；在步骤4）处理后的基体上，固定连接固定盘；

6）将磨料块粘于固定盘上的定位通孔内的基体上；所述基体上连接有固定盘，所述固定盘上设置有一个或者多个定位通孔，所述磨料块的尺寸与固定盘上的定位通孔匹配。

一种砂轮盘，包括上述易装配和修整的超硬材料制品。

一种修正盘，包括上述易装配和修整的超硬材料制品。

一种耐磨盘，包括上述易装配和修整的超硬材料制品。

一种耐磨条，包括上述易装配和修整的超硬材料制品。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，小规格的磨料块在未装成超硬材料制品成品前，尺寸的一致性和平整度高；并且在本发明中粘结剂对磨料块在基体上的厚度影响基本不存在；这样组装成为超硬材料制品后，超硬材料制品的平整度和尺寸精度大幅提高，超硬材料制品成品的修整难度大幅降低。

在本发明中，客户只需采购磨料块和固定盘，可自行安装和拆卸，基体可反复利用，且无需返厂制作，省去了来回运输的成本、运输时间和减少了基盘的配套用量。

附图说明

图1为实施例1中易装配和修整的超硬材料制品的结构示意图。

图2为实施例1中耐磨块的结构示意图。

图3为实施例2中耐磨盘的结构示意图。

图4为实施例2中耐磨块的结构示意图。

图5为实施例3中修正盘式的砂轮的结构示意图。

图6为实施例4中止推轴承的结构示意图。

图7为实施例4中耐磨块的结构示意图。

图8为实施例5中耐磨导板的结构示意图。

图9为实施例5中耐磨块的结构示意图。

图例说明

1、基体；2、耐磨块；3、注胶通孔；4、贯通槽；5、固定盘；6、定位通孔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示的一种易装配和修整的超硬材料制品，包括基体1和磨料块2，磨料块2胶合在基体1上；所述磨料块2上设置有注胶通孔3，磨料块2贴合在基体1上的一侧设置有贯通槽4，注胶通孔3与贯通槽4连通；向磨料块2的注胶通孔3内注入胶水，胶水通过贯通槽4将磨料块2牢固粘结在基体1上。

如图2所示，在本实施例中，贯通槽4为磨料块2上从左到右的一条通槽，贯通槽4呈梯形。在本实施例中，将26块磨料块2粘合在基体1上，基体1的外侧一侧的外沿刚好铺满磨料块2。

在本实施例中，磨料块2采用120目的金刚石和陶瓷结合剂制作而成。在本实施例中，磨料块2呈扇形；在磨料块2固定粘合在基体1上后，通过胶水将磨料块2上的注胶通孔3找平。在本实施例中，胶水采用AB胶。

本实施例的易装配和修整的砂轮的制作方法包括以下步骤：

1）磨料块2毛坯的制作，将120目的金刚石和陶瓷结合剂混合后，压制并且烧结形成毛坯，毛坯厚度的公差在10.5mm±0.1.

2）将一整个砂轮所需的磨料块2毛坯（本实施例为26块）装入平面磨床上，用70/80目碳化硅砂轮进行粗磨，使得所有磨料块的厚度尺寸公差达到：D≤±0.02mm；

3）将第2粗加工后的26块磨料块，一次装入到游星轮中，在双端面研磨机上，采用70/80目的绿碳化硅游离磨料，研磨盘转速30RPM/min进行双面研磨修整，配重20Kg。研磨120min，修磨至厚度D公差≤5±0.005mm，磨料块2平整度达到0.01mm。在实施例中，研磨机采用的是宇晶YJ-16B5L/PE双端面研磨机。

4）精加工基体，使基体待粘结表面的表面光洁度达到Ra=1.0~3.0，基体待粘结表面的端向跳动小于0.01~0.05。

5）用气枪吹干净基体1，将所需安装的磨料块2带贯通槽4的面朝下定位好布置于基体1上，压紧于基盘的装配位，将胶水点入砂轮片中心注胶通孔3，胶水沿注胶通孔3和贯通槽4均布于砂轮片和基盘之间，所有磨料块粘结好后，在磨料块2相连接处补胶，再静置或加温使胶水固化。

胶水在贯通槽4固化后对磨料块2和基体1牢固结合，但胶水只会浸润进入磨料块2和基体1的接触面缝隙，并不影响砂轮片和基盘的结合厚度，从而保证众多磨料块2在基体1粘结后的尺寸厚度公差的一致性。

砂轮在使用完成后，砂轮的磨料块2也基本使用完。这时客户无需重新采购砂轮，耐只需采购磨料块2，使用这种方法，继续粘结磨料块2于旧基盘即可完成新砂轮的成品。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种双端面研磨砂轮盘，在本实施例中，磨料块2采用230/270目的金刚石和树脂结合剂制作而成。如图4所示，磨料块2的直径为20mm，其中磨料块2上的注胶通孔3的直径为8mm，贯通槽4呈梯形设计，梯形下底宽8mm，上底宽5mm。

在本实施例中，在基体1上还连接有固定盘5，固定盘5的材质为稀土氧化铈，在固定盘5的一面上制作有背胶。固定盘5的直径为622mm，厚度（含背胶）为5mm；在固定盘5上含有100多个呈扇形分布的定位通孔6；定位通孔6的直径为20mm，并且保证磨料块2能够装进去，也就是说定位通孔6的直径比磨料块2的直径略大，以保证磨料块2能够顺利的装入到定位通孔6内。

在本实施例中，在安装固定盘5的时候，用酒精擦拭清洗基体1上需要粘贴的表面，撕去固定盘5的背胶保护膜，对应基体1外径粘结于基盘，热吹风加热压实，使胶合固化均匀。翻转贴好固定盘5的基体1，用钻头沿出水口在固定盘5上钻出通水孔。

在本实施例中，在安装磨料块2的时候，气枪吹干净基体1上固定盘5定位通孔6的内腔，将磨料块2的带贯通槽4一面朝下装入固定盘5定位通孔6内，压紧磨料块2，并将胶水点入磨料块2的注胶通孔3，胶水沿磨料块2的贯通槽4均布填充，使磨料块2与基体1胶合。并在在磨料块2和固定盘5接触面补胶，完成所有的粘结后，静置或加温使胶水固化。本实施例的其他地方与实施例1相同。

这种设计使得磨料块2和基体1的成型工艺相对于整体式结构砂轮更加简便。同时对于大规格如∮500mm及以上的砂轮盘，砂轮在使用完成后，砂轮的磨料块2也基本使用完。这时客户无需重新采购砂轮，耐只需采购磨料块2，继续在旧基盘上粘结固定盘5和磨料块2即可完成新砂轮成品的组装，省去了基体1来回周转的成本和周期。同时这种延续式的使用，基体的装配面的平整度极高，对于双端面砂轮盘在设备上的精度保证极其可控。

实施例3

如图5所示，本实施例提供一种用于双端面研磨砂轮盘修正的砂轮。在本实施例中，基体1采用不锈钢材质，直径为327mm，厚度为20mm，带有150齿。

在本实施例中，基体1的正反两面均连接有酚酫树脂材质的固定盘5，固定盘5的直径为310mm，厚度5mm，固定盘5上设置有32个定位通孔6。

如图6所示，在本实施例中，磨料块2采用金属结合剂金刚石磨料块，其中的磨料为100/120目的金刚石。在本实施例中，磨料块2的厚度为8mm，直径为15mm，厚度和直径的误差均在±0.01mm以内。

在本实施例中，安装的时候首先将基体1在双端面研磨机上用双端面研磨砂轮磨削找平，使基体待粘结表面的表面光洁度达到Ra=1.0~3.0，基体待粘结表面的端向跳动小于0.01~0.02。然后用AB胶将固定盘5粘结于基体1的正反两个平面，并静置或加温使胶水固化。

将磨料块2粘结在固定盘5的定位通孔6内，其方法和实施例2中的相同。

从上可以看出这种修正盘式的砂轮需要两面粘结固定盘5和磨料块2。这种修正盘式的磨料块2可以全部用完，大大提高了磨料的使用率；基盘可以多次反复使用，减少浪费；同时本实施例中装配精度大幅提高，并减少了成品的加工。

实施例4

如图7所示，本实施例提供了一种耐磨盘，这种耐磨盘为止推轴承。本实施例的耐磨盘1上的磨料块2为金刚石复合片，耐磨盘上设置有固定盘5；固定盘5的材质为CrMnMo合金材质，厚度为4mm。在固定盘5上均匀的开设有多个定位通孔6，定位通孔6的的直径为8mm。

如图6所示，在本实施例中，磨料块2的直径为8mm，但是要保证磨料块2可以装入到定位通孔6内。在本实施例中，耐模块底部的贯通槽4呈圆弧，圆弧R=1。

在安装的时候，首先用酒精将基体1上需要粘结固定盘5的擦拭干净，将固定盘5与基体1对应以基体1外径钎焊于基体1的粘结表面。然后将磨料块2按紧在固定盘5的定位孔内，在磨料块2上的注胶通孔3内点入胶水。本实施例中，胶水为含锡铜钎焊料的AB胶，适当固化后装入真空烘箱，在650度，真空处理，2h，完成胶水的固化。本实施例的其他方法与实施例2相同。

实施例5

如图8所示，本实施例提供一种耐磨导板，耐磨导板包括基体1和磨料块2。磨料块如图9所示，磨料块2为金刚石聚晶，磨料块2的长度为12mm，厚度为4mm，磨料块2上注胶通孔3的直径为2mm。在磨料块2的背面也就是与基体1接触的一面设置有贯通槽4。贯通槽4的宽度为2mm，深度为1mm；贯通槽4可以设置一条也可以设置两条，设置两条的时候最好两条贯通槽4呈90度布置。

本实施例中，基体1采用钢材质，在安装的时候，通过机械加工（例如：削磨、车铣等机械加工）使得基体1的磨料块2装配平面的平整度达到0.01mm。

在本实施例中，磨料块2和基体1之间粘合的胶水为AB胶和锡铜钎焊料的混合物。在胶结的时候，首先将磨料块2紧按在基体1的胶结位置上，然后通过磨料块2上的注胶通孔3内注入胶水。静置固化5小时，使胶水完成固化后装入真空烘箱，在650度，真空处理2h，完成磨料块2和基体1的钎焊。本实施例的其他地方与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种易装配和修整的超硬材料制品，其特征在于：包括基体和磨料块，所述磨料块胶合在基体上；所述磨料块上设置有注胶通孔，磨料块贴合在基体上的一侧设置有贯通槽，所述注胶通孔与贯通槽连通；向磨料块的注胶通孔内注入胶水，胶水通过贯通槽将磨料块牢固粘结在基体上；所述磨料块为高分子结合剂制品、金属结合剂砂轮片、陶瓷结合剂砂轮片、金属陶瓷结合剂砂轮片、金刚石聚晶和金刚石复合片的任意一种或多种。

2.根据权利要求1所述的易装配和修整的超硬材料制品，其特征在于：所述磨料块为方形、扇形、圆形或菱形，所述磨料块上的磨料为金刚石或CBN的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的易装配和修整的超硬材料制品，其特征在于：所述超硬材料制品还包括由稀土、高分子胶结剂、陶瓷或者金属材质制作而成的固定盘，固定盘连接在基体上，固定盘上设置有定位通孔，定位通孔为单个或多个通孔，磨料块粘于定位通孔内的基体上；所述磨料块的尺寸与固定盘上的定位通孔匹配。

4.根据权利要求1所述的易装配和修整的超硬材料制品，其特征在于：所述磨料块上的注胶通孔使用高分子胶结剂、磨料、陶瓷、菱苦土或稀土的一种或多种以及混合胶水和/或固化剂进行加压填充找平并固化。

5.根据权利要求1-4任一项所述的易装配和修整的超硬材料制品的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）磨料块毛坯的制作：将磨料与结合剂通过配料、混料、压制和烧结/合成，制得磨料块毛坯；

2）将步骤1）得到的磨料块粗磨：将步骤1）得到的磨料块安装在平面磨床上，用碳化硅砂轮进行粗磨，使得所有磨料块的厚度尺寸公差达到：D≤±0.02mm；

3）将步骤2）得到的磨料块装在游星轮中，在双端面研磨机上使用碳化硅、金刚石、金刚砂游离磨料或者是金刚石研磨垫将磨料块进行研磨，使得所有磨料块的厚度尺寸公差达到：D≤±0.003mm；

4）基体的加工：精加工基体，使基体待粘结表面的表面光洁度达到Ra=1.0~3.0，基体待粘结表面的端向跳动小于0.01~0.05；

5）磨料块的粘结：将磨料块上有贯通槽的一面压紧在基体上，将胶水点入磨料块的注胶通孔内，胶水沿注胶通孔流入到磨料块与基体之间的贯通槽，完成磨料块与基体的粘结，静置或者加温固化。

6.根据权利要求5所述的易装配和修整的超硬材料制品的制备方法，其特征在于：还包括步骤6）；在步骤4）处理后的基体上，固定连接固定盘；

6）将磨料块粘于固定盘上的定位通孔内的基体上；所述基体上连接有固定盘，所述固定盘上设置有一个或者多个定位通孔，所述磨料块的尺寸与固定盘上的定位通孔匹配。

7.一种砂轮盘，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述易装配和修整的超硬材料制品。

8.一种修正盘，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述易装配和修整的超硬材料制品。

9.一种耐磨盘，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述易装配和修整的超硬材料制品。

10.一种耐磨条，其特征在于，包括权利要求1~4任一项所述易装配和修整的超硬材料制品。

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