CN112809567B - 一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，包括酚醛‑环氧‑自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂、刚玉微粉混合磨料、尼龙纤维、造孔剂、抛光剂等组分，原料重量比为：酚醛‑环氧‑自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂20%~30%，刚玉微粉混合磨料60%~70%，造孔剂3%~7%，尼龙纤维0.5%~1%，抛光剂4%~9%；将上述原料按重量比经混料、热压成型后，制得用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮；采用本发明制备的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮加工汽车减震器镀铬连杆，在加工节拍为5~8秒/根的条件下，不仅能够保证一次磨削去除量5μm以上，同时表面粗糙度Ra达到30~40nm之间，尺寸精度更高、加工质量更优而且外观亮度更高。

Description

一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于树脂结合剂磨具领域，具体涉及用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮。

背景技术

轴承等机械基础零部件是装备制造业的重要基础件，直接决定着重大装备和主机产品的性能、水平、质量和可靠性，是实现我国装备制造业由大到强转变的关键；由于我国近年来大力发展机械制造业，轴承行业下游产业快速发展，对配套轴承的需求量进一步增加；近几年我国轴承工业已形成一整套独立完整的工业体系，无论从轴承产量，还是轴承销售额，我国都已经迈入轴承工业大国行列，位列世界第三；我国是轴承钢生产大国，但并不是强国，当前轴承行业现状具有以下三大问题：第一，行业生产集中度低；第二，研发和创新能力低；第三，制造技术水平低；轴承行业现状分析，轴承钢新钢种的研发，钢材质量的提高，润滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发，尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要求，因而造成工序能力指数低，一致性差，产品加工尺寸离散度大，产品内在质量不稳定而影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性；想要发展高参数、高精密度和高可靠性的轴承，就必须优先发展轴承钢冶炼技术和超精密磨削加工技术、提高轴承品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮及其制备方法，有助于轴类金属件的超精密磨削加工，提高轴承加工的精密度和可靠性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，由以下重量比的原料制成：酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂20%~30%、刚玉微粉混合磨料60%~70%、造孔剂3%~7%、尼龙纤维0.5%~1%、抛光剂4%~9%。

优选的，所述酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂的制备方法为：将重量比为环氧树脂∶自交联丁腈橡胶粉末∶酚醛树脂粉=15~25∶5~15∶60~80的三种树脂采用三维混料机混合均匀，之后加入密炼机进行密炼，密炼温度为120～140℃，密炼时间为5～10 min，密炼后冷却，取出，用粉碎机进行粉碎，过120#筛后即可。

优选的，所述刚玉微粉混合磨料包括白刚玉和单晶刚玉，粒度范围为w28-w5；

优选的，所述造孔剂是一种无机盐；

优选的，所述无机盐是KBF₆粉末；

优选的，所述抛光剂包括氧化铈粉末、氧化锌粉末，两种粉末的比例为氧化铈：氧化锌=40：60~30:70重量份；

优选的，所述尼龙纤维是尼龙6超细纤维，规格是3D、长度是5~8mm。

一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮的制备方法，包括下述步骤：

a、用浓度为0.8~1.2wt%的硅烷偶联剂KH-550酒精溶液，对刚玉微粉混合磨料进行表面处理，再经过喷雾干燥，得到预处理刚玉微粉混合磨料；

b、按重量比取预处理刚玉微粉混合磨料和酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂，采用三维混料机混合1~3小时，之后过120~140目筛，再加入按重量比取的KBF₆、氧化铈和氧化锌，通过三维混料机混合2~3小时，再混入尼龙纤维，得到混合均匀的成型料；

c、将步骤b得到的成型料分两次放入加两块垫铁的模具，经过摊料、捣实工序后，进行热压；

d、热压结束后脱模，进入烘箱固化。

所述热压的工艺是：压力为700~900KN，预热温度为150~155℃、预热时间为10~18分钟；预热结束后压制，分两次除去垫铁；排气2~4次，时间间隔为2~4分钟；然后升温至180~190℃、保压时间为40~50分钟。

所述固化的工艺为：55~65℃固化1~2小时，75~85℃固化1~2小时，95~105℃固化1.5~2.5小时、115~125℃固化2~4小时、125~135℃固化2~4小时、145~155℃固化1~3小时、165~175℃固化1~3小时、175~185℃固化5~7小时。

本发明取得的有益效果：

酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂实现了三种组分的分子间化学结合，形成均相结构，解决了不同树脂物理混合过程中出现的两相结构而导致磨削工件表面组织不均匀的问题，并可实现结合剂软硬程度的自由调控，使结合剂在具备一定的硬度保持磨削锋利性的同时，具备一定的弹性，从而赋予砂轮良好的抛光性，通过调控砂轮的软硬程度，使磨削工序与抛光工序同步实施，实现“磨-抛一体化”，磨削锋利，同时抛光效果优异，在加工节拍为5~8秒/根的条件下，不仅能够保证一次磨削去除量5~15μm，同时表面粗糙度Ra达到30~40nm之间，尺寸精度更高、加工质量更优而且外观亮度更高；同时砂轮具备疏松均匀的微观组织结构，并且树脂结合剂与磨料同步磨耗，赋予砂轮在磨削过程中自锐性好、不堵塞，同时易于排屑和散热，提高加工效果和加工效率，超细尼龙纤维起到了抛光和复合增强的效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

制备酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂：将重量比为环氧树脂∶自交联丁腈橡胶粉末∶酚醛树脂粉=20∶10∶70的三种树脂采用三维混料机混合均匀，之后加入密炼机进行密炼，密炼温度为130℃，密炼时间为10min，密炼后冷却，取出，用粉碎机进行粉碎，过120#筛后备用。

取酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂792g，W28白刚玉900g，W10白刚玉504g，W7单晶刚玉900g，KBF₆180g，氧化铈115.2g，氧化锌172.8g，超细尼龙纤维36g；

用浓度为1wt%的硅烷偶联剂KH-550酒精溶液，对刚玉微粉混合磨料进行表面处理，再经过喷雾干燥，得到预处理刚玉微粉混合磨料；按重量比取上述预处理磨料和树脂结合剂，采用三维混料机混合2小时，之后过120目筛，再加入按重量比取的KBF₆、氧化铈和氧化锌，通过三维混料机混合2小时，再混入超细尼龙纤维，得到混合均匀的成型料；将成型料分两次放入加两块垫铁的模具，经过摊料、捣实工序后，进行热压，热压压力为800KN，预热温度为150℃、预热时间为15分钟；预热结束后加压，分两次除去垫铁，排气3次，时间间隔为3分钟；然后升温至185℃、保压时间为45分钟；热压结束后脱模，进入烘箱固化，固化工艺为：60℃固化1.5小时，80℃固化1.5小时，100℃固化2小时、120℃固化3小时、130℃固化3小时、150℃固化2小时、170℃固化2小时、180℃固化6小时。

实施例 2

取酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂972g，W20白刚玉720g，W10白刚玉684g，W7单晶刚玉900g，KBF₆108g，氧化铈72g，氧化锌108g，超细尼龙纤维36g；

其他制备工艺步骤同实施例1。

对比例1：

对比例1与实施例1的主要区别在于：按照实施例1制备酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂的方法制备酚醛-环氧二元改性树脂结合剂，并将实施例1中的酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂替换为酚醛-环氧二元改性树脂结合剂，其他制备工艺不变。

对比例2：

对比例2与实施例1的主要区别在于：按照实施例1制备酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂的方法制备酚醛-自交联丁腈橡胶二元改性树脂结合剂，并将实施例1中的酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂替换为酚醛-自交联丁腈橡胶二元改性树脂结合剂，其他制备工艺不变。

对比例3：

对比例3与实施例1的主要区别在于：按照实施例1制备酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂的方法制备环氧-自交联丁腈橡胶二元改性树脂结合剂，并将实施例1中的酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂替换为环氧-自交联丁腈橡胶二元改性树脂结合剂，其他制备工艺不变。

对比例4：

对比例4与实施例1的主要区别在于：酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂是将“重量比为环氧树脂∶自交联丁腈橡胶粉末∶酚醛树脂粉=20∶10∶70的三种树脂直接采用三维混料机混合均匀”得到的混合物，其他制备工艺不变。

对比例5：

对比例5与实施例1的主要区别在于：固化工艺为：60℃固化1.5小时，100℃固化2小时、150℃固化2小时、180℃固化6小时；其他制备工艺不变。

对比例6：

对比例6与实施例1的主要区别在于：固化工艺为：60℃固化1.5小时，80℃固化1.5小时，100℃固化2小时、150℃固化2小时、180℃固化6小时；其他制备工艺不变。

对比例7：

对比例7与实施例1的主要区别在于：固化工艺为：60℃固化1.5小时，80℃固化1.5小时，100℃固化2小时、130℃固化3小时、150℃固化2小时、180℃固化6小时；其他制备工艺不变。

对比例8：

对比例8与实施例1的主要区别在于：固化工艺为：60℃固化1.5小时，80℃固化1.5小时，100℃固化2小时、120℃固化3小时、150℃固化2小时、180℃固化6小时；其他制备工艺不变。

采用以上实施例、对比例制备的以及目前市场上在售的砂轮，在荣光RC-18精密无心磨床上加工汽车减震器镀铬连杆，用德国霍梅尔T8000粗糙度仪检测汽车减震器镀铬连杆的表面粗糙度，磨削性能比较结果如表1所示：

表1

本发明所制备用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮完成一个连杆精密加工工序仅需5～8秒，加工的汽车减震器镀铬连杆合格率在97%以上，经过本发明所制备的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮加工后，表面粗糙度Ra为30~40nm，抛光效果优异，性能稳定，加工工件表面精度高。

应当理解的是，上述针对实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于，由以下重量比的原料制成：酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂20%~30%、刚玉微粉混合磨料60%~70%、造孔剂3%~7%、尼龙纤维0.5%~1%、抛光剂4%~9%；所述酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂的制备方法为：将重量比为环氧树脂∶自交联丁腈橡胶粉末∶酚醛树脂粉=15~25∶5~15∶60~80的三种树脂采用三维混料机混合均匀，之后加入密炼机进行密炼，密炼温度为120～140℃，密炼时间为5～10 min，密炼后冷却，取出，用粉碎机进行粉碎，过120#筛后即可。

2.根据权利要求1所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于：所述刚玉微粉混合磨料包括白刚玉和单晶刚玉，粒度范围为w28-w5。

3.根据权利要求1所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于：所述造孔剂是一种无机盐。

4.根据权利要求3所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于：所述无机盐是KBF₆粉末。

5.根据权利要求1所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于：所述抛光剂包括氧化铈粉末、氧化锌粉末，两种粉末的重量比为氧化铈：氧化锌=40：60~30:70。

6.根据权利要求1所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮，其特征在于：所述尼龙纤维是尼龙6超细纤维，规格是3D、长度是5~8mm。

7.如权利要求1-6任一所述的用于轴类金属件的高效高精密抛光砂轮的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

a、用浓度为0.8~1.2wt%的硅烷偶联剂KH-550酒精溶液，对刚玉微粉混合磨料进行表面处理，再经过喷雾干燥，得到预处理刚玉微粉混合磨料；

b、按重量比取预处理刚玉微粉混合磨料和酚醛-环氧-自交联丁腈橡胶三元改性树脂结合剂，采用三维混料机混合1~3小时，之后过120~140目筛，再加入按重量比取的KBF₆、氧化铈和氧化锌，通过三维混料机混合2~3小时，再混入尼龙纤维，得到混合均匀的成型料；

c、将步骤b得到的成型料分两次放入加两块垫铁的模具，经过摊料、捣实工序后，进行热压；

d、热压结束后脱模，进入烘箱固化。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤c中的热压工艺是：压力为700~900KN，预热温度为150~155℃、预热时间为10~18分钟；预热结束后压制，分两次除去垫铁；排气2~4次，时间间隔为2~4分钟；然后升温至180~190℃、保压时间为40~50分钟。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤d中的固化工艺为：55~65℃固化1~2小时，75~85℃固化1~2小时，95~105℃固化1.5~2.5小时、115~125℃固化2~4小时、125~135℃固化2~4小时、145~155℃固化1~3小时、165~175℃固化1~3小时、175~185℃固化5~7小时。