CN113199413B - 一种磨钨钢球砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磨钨钢球砂轮及其制备方法，属于固结磨具制造技术领域。其中磨钨钢球砂轮的制备方法包括如下步骤：（1）将碳化硅磨料、陶瓷结合剂、糊精粉和糊精液混合均匀得到混合料；所述碳化硅磨料与陶瓷结合剂的质量比为60‑70:30‑40，所述糊精粉的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的1‑2%，所述糊精液的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的5‑7%；（2）将混合料压制成型，在1240‑1300℃、氧化气氛条件下烧结。本发明的制备方法采用的碳化硅在高温和氧化气氛下分解成碳粒，并分散在陶瓷结合剂中，使砂轮在初期主要起到磨、研的作用，后期在分散的碳粒和陶瓷结合剂共同起到润滑抛光的作用，兼具磨削质量和加工效率，适用于钨钢球的磨削。

Description

一种磨钨钢球砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磨钨钢球砂轮及其制备方法，属于固结磨具制造技术领域。

背景技术

钨钢球是一种以合金原料制成的圆球形的合金材料，因其具有很好的耐磨性和抗腐蚀性被广泛应用于精密轴承、压铸件、仪器、仪表、制笔、喷涂机、水泵、机械配件、密封阀、制动泵、冲挤孔、油田、盐酸实验室、硬度测量仪、渔具、配重、装饰、精加工等高端行业。钨钢球的制备工艺为：制粉→按用途要求配方→经湿磨→混合→粉碎→干燥→过筛→加入成型剂→再干燥→过筛后制得混合料→制粒→冷等静压压制→成型→烧结→成型(毛坯)。其中对于钨钢球的毛坯的精磨目前采用先进的行星研磨加工技术：首先用双自转研磨加工方式，然后再用三行星精密研磨加工技术进行精密研磨。

钨钢球具有以下特点：1)材料采用中晶粒原生硬质合金粉末压制烧结而成；2)研磨精度高：精度在G10-G100之间；3)球形误差不超过0.3～0.5μm，公差不超过0.001mm，光洁度好，无麻点；4)抗腐蚀，不生锈，可在酸碱环境中正常使用，这一点是一般钢球无法比拟的；5)硬度高，最高可达HRA93度，耐磨性好使用寿命长、抗弯曲，可在恶劣环境中使用，可代替其它类钢球，使用寿命是普通钢球的十几倍或上百倍；6)耐高温，在1000℃高温下不变形，照常使用；7)具有良好的搞冲击抗震动性能，适合制作有较强冲击和震动的零部件。

从钨钢球的特性来看，用于钨钢球磨削的砂轮应具备磨、研、抛三个特性，在开始加工较大余量毛坯时应以磨削为主，随着加工余量的减少逐渐需要研磨为主，最后以抛光为主。为了得到好的钨钢球的磨削质量，又要保证较高的加工效率，选择合适的材料和生产工艺对磨钨钢球砂轮进行改进，才能更好地满足市场需求。目前国内生产的普通磨钢球砂轮，大多采用传统的陶瓷磨具结合剂，即粘土-长石-硼玻璃系列，并且生产过程中为达到磨钢球砂轮高硬度、高密度的特点，一般采用较大结合剂量(磨料和结合剂中结合剂占50％以上)，为了达到较高的成型密度在磨料中添加细粒度的碳化硅(150#～W0.5颗粒)，磨料中主要起磨削作用的细粒度刚玉占60％，细粒度碳化硅占40％。

采用这种方案在所制备的磨钢球砂轮主要存在以下问题：1)压制成型需要较高的压制压力15.0-20.0MPa，压制后的坯体各部位密度容易分布不均匀，坯体干燥时易产生裂纹废品；2)由于结合剂中细粒度的碳化硅磨料在高温下分解发泡，使得磨具制品烧成后表面有一层较厚的发泡层，这种发泡层在磨具进行磨削加工前必须除掉，因而要进行精加工及大量的修整，造成大量的人力物力浪费；3)由于采用的结合剂用量较大，烧成后的砂轮因过大收缩而容易产生扭曲、变形等现象，使废品率增加。

采用上述普通磨钢球砂轮很难满足磨削钨钢球的要求，主要体现在以下几个方面：1)普通砂轮有较多的发泡层，精加工较难，无法保证砂轮尺寸精度，因此无法满足磨削钨钢球的高精度的要求；2)砂轮烧成后因过大体积收缩率达10％以上，而且容易产生扭曲、变形等现象，不但废品增高，同样给加工带来较大的困难；3)由于采用较大的结合剂用量，虽然砂轮硬度为Y等级超硬，粗糙度能达到要求，但是切削效率不高，小于或等于8μm/h。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨钨钢球砂轮的制备方法，制备能够兼顾磨削质量和加工效率的磨钨钢球砂轮。本发明还提供了一种磨钨钢球砂轮。

为了实现上述目的，本发明的磨钨钢球砂轮的制备方法采用如下技术方案：一种磨钨钢球砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳化硅磨料、陶瓷结合剂、糊精粉和糊精液混合均匀得到混合料；所述碳化硅磨料与陶瓷结合剂的质量比为60-70:30-40，所述糊精粉的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的1-2％，所述糊精液的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的5-7％；

(2)将混合料压制成型，在1240-1300℃、氧化气氛条件下烧结。

本发明的制备方法中，采用碳化硅为磨料，碳化硅在高温下，一般烧成温度在1240-1300℃下少部分分解为碳和硅，在氧化气氛的作用下使所产生的碳以碳粒形式分散在陶瓷结合剂中。该砂轮在使用时，碳化硅磨料在初期主要起到磨、研的作用，后期在分散的碳粒和陶瓷结合剂共同起到润滑抛光的作用，在保证磨削质量的前提下，能够显著的提高加工效率，非常适合对钨钢球进行磨削处理。

本发明的制备方法所制备的磨削钨钢球砂轮，体积收缩率仅为1-2％，收缩较小，不易变形；切削率在11-15μm/h，能够兼顾磨削质量和加工效率。

本发明的制备方法中，所述氧化气氛为空气气氛，空气过剩系数为1.0～1.1。

本发明的制备方法中，采用碳化硅磨料与陶瓷结合剂质量比为60-70:30-40，相比普通砂轮陶瓷结合剂使用量较少，但是也可以保证砂轮的喷砂硬度等级为Y级或T级，完全能够满足磨削钨钢球的要求。其中采用的糊精粉和糊精液属于有机物，在制备方法中起到临时粘接剂的作用，在烧结过程中同样会造成少部分碳粒分散在陶瓷结合剂之中。

磨削钨钢球的砂轮与普通的磨削砂轮不同，使用的是砂轮的一侧面并非是砂轮的外圆，磨钨钢球砂轮的一侧面为工作面，另一侧面为粘结面，使用时不需要高速回转使用。在普通的碳化硅与陶瓷结合剂的砂轮制备过程中，也可能会产生碳粒，俗称“黑心”，但是这种现象往往是被认为是一种严重的质量缺陷，会降低砂轮的回转强度，一般是作为废品处理不能正常使用的，但是鉴于钨钢球的磨削使用方式，不需要进行高速回转使用，因此所产生的碳粒不仅不会影响砂轮的质量，反而能够与陶瓷结合剂共同起到润滑抛光的作用。

本发明的制备方法所制备的砂轮，碳粒的微观尺寸≤1μm，碳粒的含量为占砂轮总质量的0.15-0.18％，气孔率为9-12.5％，砂轮密度可根据磨削要求在2.8-3.2g/cm³的范围内任意调节。

作为进一步优化的方案，所述碳化硅磨料的粒度为100-180#，可以根据钨钢球工件的粗糙度指标要求，选用不同粒度级别的碳化硅磨料。

作为进一步优化的方案，所述陶瓷结合剂是由粘土和长石组成，所述粘土与长石的质量比为35-48:52-65。

作为进一步优化的方案，所述碳化硅磨料为绿碳化硅磨料(GC)或黑碳化硅磨料(C)。

本发明的磨钨钢球砂轮采用如下技术方案：一种磨钨钢球砂轮，包括砂轮本体，该砂轮本体是由碳化硅磨料堆积结合构成，所述碳化硅磨料颗粒的外表面以及碳化硅磨料颗粒之间设有结合抛光层，所述结合抛光层内分散有碳粒。

本发明的磨钨钢球砂轮中，碳粒的来源可有三方面提供：1)碳化硅高温分解而成；2)临时粘结剂不完全燃烧残留而成，如糊精液(浓度35～40％)和糊精粉(粒度80#～320#)等；3)需要更多碳粒存在时，可在混料时添加微米级碳粒，在不完全燃烧时而成。

作为进一步优化的方案，所述碳化硅磨料颗粒之间设有气孔。优选的，砂轮本体的气孔率为9-12.5％。

作为进一步优化的方案，所述碳化硅磨料颗粒的粒度为100-180#。

作为进一步优化的方案，所述碳粒的粒径不大于1μm。

作为进一步优化的方案，所述碳粒的含量为占砂轮总质量的0.15-0.18％。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施方式的砂轮本体和内部结构示意图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：1、碳化硅磨料；2、结合剂层；3、气孔；4、分散的碳粒。

具体实施方式

本发明磨钨钢球砂轮的具体实施方式如图1所示，包括砂轮本体和内部结构，该砂轮本体是由碳化硅磨料1堆积结合构成，所述碳化硅磨料颗粒的外表面以及碳化硅磨料颗粒之间设有结合抛光层2，所述结合抛光层2内分散有碳粒4。所述碳化硅磨料颗粒之间设有气孔3。其中碳化硅磨料颗粒的粒度为100-180#，可以根据钨钢球工件的磨削粗糙度进行相应的调整；碳粒的粒径≤1μm；碳粒的含量为占砂轮总质量的0.15-0.18％。

本发明磨钨钢球砂轮的制备方法具体实施方式如下：

将绿碳化硅(GC)或黑碳化硅(C)和陶瓷结合剂按照60-70:30-40的质量比混合，并以碳化硅和陶瓷结合剂总重量为计量基准，加入1.0-2.0％的糊精粉和5.0-7.0％的糊精液再混合均匀，在一定规模的模具内投料，经梳料刮平，用现已成熟压制成型技术通过压机压制成型，脱模、干燥、装窑，在1240-1300℃、氧化气氛条件下烧结，其中氧化气氛为空气气氛，空气过剩系数为1.0-1.1，最后加工至符合需求(GB/T2485-2016)。所述陶瓷结合剂是由粘土和长石组成，粘土和长石的质量比为35-48:52-65。所述碳化硅磨料的粒径为100-180#。其中糊精液的浓度为35-40％，糊精粉的粒度为80-320#。

在上述具体实施方式的基础上，以下结合具体实施例对本发明的制备方法进行详细说明。

实施例1-6

有关磨钨钢球砂轮制备方法的实施例表1所示。

表1实施例1～6磨钨钢球砂轮制备方法中的参数

*“砂：结”指的是碳化硅磨料与陶瓷结合剂的质量比。

实验例1

将实施例1-6制备所得的磨钨钢球砂轮进行性能参数测定，测定结果如表2所示。

各指标测定依据：1)硬度-喷砂硬度机；2)密度、气孔率-净水力学称重法；3)碳粒含量-XPS；4)碳粒粒径-SEM；5)烧结体积收缩率-卡尺测量计算。其中对比例1采用普通磨钢球砂轮。普通磨钢球砂轮规格、型号和基本参数为V-P800*100*360A/C 180/240Y。

表2实施例1-6所制备的砂轮的各项性能参数

经过性能参数测定，实施例1-6制备的磨钨钢球砂轮，具有较高的硬度，且密度紧密，磨削钨钢球精度稳定，砂轮耐用度高。

实验例2

将实施例1-6所制备的砂轮用于磨削钨钢球实验，所使用的钨钢球参数如表3所示。

表3钨钢球参数

牌号	YG6
		成分：WC，％	94
成分：Co，％	6
		密度g/cm<sup>3</sup>	14.5-14.9
硬度HRA	89.5
		抗磨强度N/cm<sup>2</sup>	1380
规格mm	0.3～50

磨削钨钢球实验结果如表4所示。其中对比例1采用普通磨钢球砂轮。普通磨钢球砂轮规格、型号和基本参数为V-P800*100*360A/C 180/240Y。

表4采用实施例1-6制备的磨钨钢球砂轮进行磨削实验结果

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种磨钨钢球砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将碳化硅磨料、陶瓷结合剂、糊精粉和糊精液混合均匀得到混合料；所述碳化硅磨料与陶瓷结合剂的质量比为60-70:30-40，所述糊精粉的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的1-2%，所述糊精液的用量为碳化硅磨料和陶瓷结合剂总质量的5-7%；

（2）将混合料压制成型，在1240-1300℃、氧化气氛条件下烧结；

所述氧化气氛为空气气氛，空气过剩系数为1.0~1.1；

所述陶瓷结合剂是由粘土和长石组成，所述粘土与长石的质量比为35-48:52-65；

所述磨钨钢球砂轮包括砂轮本体，该砂轮本体是由碳化硅磨料堆积结合构成，所述碳化硅磨料颗粒的外表面以及碳化硅磨料颗粒之间设有结合抛光层，所述结合抛光层内分散有碳粒；

所述碳粒的含量为砂轮总质量的0.15-0.18%。

2.根据权利要求1所述的磨钨钢球砂轮的制备方法，其特征在于，所述碳化硅磨料的粒度为100-180#。

3.一种如权利要求1所述的磨钨钢球砂轮的制备方法得到的磨钨钢球砂轮，其特征在于，包括砂轮本体，该砂轮本体是由碳化硅磨料堆积结合构成，所述碳化硅磨料颗粒的外表面以及碳化硅磨料颗粒之间设有结合抛光层，所述结合抛光层内分散有碳粒；所述碳粒的含量为砂轮总质量的0.15-0.18%。

4.根据权利要求3所述的磨钨钢球砂轮，其特征在于，所述碳化硅磨料颗粒之间设有气孔。

5.根据权利要求4所述的磨钨钢球砂轮，其特征在于，所述砂轮本体的气孔率为9-12.5%。

6.根据权利要求3所述的磨钨钢球砂轮，其特征在于，所述碳化硅磨料颗粒的粒度为100-180#。

7.根据权利要求3所述的磨钨钢球砂轮，其特征在于，所述碳粒的粒径不大于1μm。

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