CN113601407A - 金刚石砂轮片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石砂轮片，由以下重量份的原料组成：40～60份金刚石磨料、360～540份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括45～50份铜包铁粉、20～30份铁粉、17～23份铜锡合金粉、7～18份铝粉、15～22份陶瓷粉、4～7份聚酰亚胺颗粒球。本发明还公开了上述金刚石砂轮片的制备方法。本发明提供的金刚石砂轮片不仅有良好的金刚石把持力，同时自锐性好。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具领域。更具体地说，本发明涉及一种金刚石砂轮片及其制备方法。
背景技术
砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体。以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷作结合剂，制成的中央有通孔的圆形固结磨具称作金刚石砂轮。
传统的树脂金刚石砂轮虽然锋利性好，自锐性好，但是耐热性低，耐磨性不足，修整间隙短，影响生产效率；陶瓷金刚石砂轮虽然锋利性好，但是耐磨性差，难修整；金属金刚石砂轮虽然形状保持性好，但是自锐性不好，无法满足持续加工的需要。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种金刚石砂轮片及其制备方法，不仅有良好的金刚石把持力，同时自锐性好。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种金刚石砂轮片，由以下重量份的原料组成：40～60份金刚石磨料、360～540份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括45～50份铜包铁粉、20～30份铁粉、17～23份铜锡合金粉、7～18份铝粉、15～22份陶瓷粉、4～7份聚酰亚胺颗粒球。
优选的是，每份陶瓷粉包括49～54份二氧化硅、17～22份氧化铝、20～25份氧化硼、4～8份氧化锌、12～16份氧化钠、7～9份氧化锂以及1～6份二氧化钛。
优选的是，每份金刚石磨料包括22～26份200～300目金刚石颗粒、14～18份300～400目金刚石颗粒、7～13份400目以细金刚石颗粒。
本发明还提供上述金刚石砂轮片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于电磁烧结炉中烧结，先将磁场升至4T，升温至200～300℃，烧结20～30min，再将磁场升至7T，升温至500～600℃，烧结20～30min，接着将磁场升至9T，升温至750℃，烧结1h，然后随炉冷却至室温，同时将磁场匀速降至0T，制得砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
优选的是，所述陶瓷粉的制备方法包括：
S1、取重量份为49～54份二氧化硅、17～22份氧化铝、20～25份氧化硼、4～8份氧化锌、12～16份氧化钠、7～9份氧化锂以及1～6份二氧化钛混合，升温至1100～1300℃并保温1～3h，得陶瓷坯料；
S2、将陶瓷坯料降至室温，粉碎，球磨，过400目筛，得陶瓷粉。
优选的是，所述复合结合剂先进行预混，将上述重量份的铜包铁粉、铁粉、铜锡合金粉、铝粉、陶瓷粉、聚酰亚胺颗粒球置于三维混料机中混合15～20h。
优选的是，烧结过程处于氮气保护气氛下进行。
本发明至少包括以下有益效果：1、采用金属-陶瓷两种结合剂制备的金刚石砂轮，既保持了陶瓷结合剂金刚石砂轮的锋利性好，自锐性好的特性，又具有金属结合剂金刚石砂轮的刚性高、形状保持性好的优点，同时，采用铁基结合剂，并在现有铁基结合剂砂轮的基础上，降低了铁粉用量，避免过量铁粉在烧结过程渗入金刚石，加剧砂轮使用时的铁碳反应导致金刚石烧蚀严重，造成砂轮磨削寿命减短。
2、由于现有的磨料级金刚石均是采用铁、镍或者钴等金属材料做触媒在六面顶压机上通过高温高压制作出来的，金刚石中均含有铁、镍或者钴元素的包裹体，因此具有一定的铁磁性，加之复合结合剂中又使用了铁粉和铜包铁粉，在磁场中烧结，可以使金刚石、铁粉和铜包铁粉这些磁性材料有效的流动结合和排布取向，形成铁基对金刚石的良好把持，同时铜包铁粉均匀分布于金刚石周围，提高复合结合剂的结合强度与获取较好的微观结构。
3、采用不同粒度的金刚石磨料搭配，既保证了磨削效率又保证了磨削质量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
<实施例1>
一种金刚石砂轮片，由以下重量份的原料组成：40份金刚石磨料、360份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括45份铜包铁粉、20份铁粉、17份铜锡合金粉、7份铝粉、15份陶瓷粉、4份聚酰亚胺颗粒球，每份陶瓷粉包括49份二氧化硅、17份氧化铝、20份氧化硼、4份氧化锌、12份氧化钠、7份氧化锂以及1份二氧化钛，每份金刚石磨料包括22份200～300目金刚石颗粒、14份300～400目金刚石颗粒、7份400目以细金刚石颗粒。
上述金刚石砂轮片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于电磁烧结炉中，在氮气保护气氛下烧结，先将磁场升至4T，升温至200℃，烧结30min，再将磁场升至7T，升温至500℃，烧结30min，接着将磁场升至9T，升温至750℃，烧结1h，然后随炉冷却至室温，同时将磁场匀速降至0T，制得砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
其中，所述陶瓷粉的制备方法包括：
S1、取上述重量份的二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化锌、氧化钠、氧化锂以及二氧化钛混合，升温至1100℃并保温3h，得陶瓷坯料；
S2、将陶瓷坯料降至室温，粉碎，球磨，过400目筛，得陶瓷粉。
其中，所述复合结合剂先进行预混，将上述重量份的铜包铁粉、铁粉、铜锡合金粉、铝粉、陶瓷粉、聚酰亚胺颗粒球置于三维混料机中混合15h。
<实施例2>
一种金刚石砂轮片，由以下重量份的原料组成：60份金刚石磨料、540份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括50份铜包铁粉、30份铁粉、23份铜锡合金粉、18份铝粉、22份陶瓷粉、7份聚酰亚胺颗粒球，每份陶瓷粉包括54份二氧化硅、22份氧化铝、25份氧化硼、8份氧化锌、16份氧化钠、9份氧化锂以及6份二氧化钛，每份金刚石磨料包括26份200～300目金刚石颗粒、18份300～400目金刚石颗粒、13份400目以细金刚石颗粒。
上述金刚石砂轮片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于电磁烧结炉中，在氮气保护气氛下烧结，先将磁场升至4T，升温至300℃，烧结20min，再将磁场升至7T，升温至600℃，烧结20min，接着将磁场升至9T，升温至750℃，烧结1h，然后随炉冷却至室温，同时将磁场匀速降至0T，制得砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
其中，所述陶瓷粉的制备方法包括：
S1、取上述重量份的二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化锌、氧化钠、氧化锂以及二氧化钛混合，升温至1300℃并保温1h，得陶瓷坯料；
S2、将陶瓷坯料降至室温，粉碎，球磨，过400目筛，得陶瓷粉。
其中，所述复合结合剂先进行预混，将上述重量份的铜包铁粉、铁粉、铜锡合金粉、铝粉、陶瓷粉、聚酰亚胺颗粒球置于三维混料机中混合20h。
<实施例3>
一种金刚石砂轮片，由以下重量份的原料组成：50份金刚石磨料、450份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括48份铜包铁粉、25份铁粉、20份铜锡合金粉、13份铝粉、18份陶瓷粉、5份聚酰亚胺颗粒球，每份陶瓷粉包括52份二氧化硅、20份氧化铝、23份氧化硼、6份氧化锌、14份氧化钠、8份氧化锂以及3份二氧化钛，每份金刚石磨料包括24份200～300目金刚石颗粒、16份300～400目金刚石颗粒、10份400目以细金刚石颗粒。
上述金刚石砂轮片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于电磁烧结炉中，在氮气保护气氛下烧结，先将磁场升至4T，升温至250℃，烧结25min，再将磁场升至7T，升温至550℃，烧结25min，接着将磁场升至9T，升温至750℃，烧结1h，然后随炉冷却至室温，同时将磁场匀速降至0T，制得砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
其中，所述陶瓷粉的制备方法包括：
S1、取上述重量份的二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化锌、氧化钠、氧化锂以及二氧化钛混合，升温至1200℃并保温2h，得陶瓷坯料；
S2、将陶瓷坯料降至室温，粉碎，球磨，过400目筛，得陶瓷粉。
其中，所述复合结合剂先进行预混，将上述重量份的铜包铁粉、铁粉、铜锡合金粉、铝粉、陶瓷粉、聚酰亚胺颗粒球置于三维混料机中混合18h。
<对比例1>
一种金刚石砂轮片，其原料和制备方法基本与实施例3相同，区别在于，本例中每份复合结合剂包括47份铁粉。
<对比例2>
一种金刚石砂轮片，其原料基本与实施例3相同，区别在于，本例中制备方法包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于热压烧结炉中，在氮气保护气氛下烧结，烧结温度曲线为：压力20MPa，175秒升到600℃，接着升至最终烧结温度820℃，保温175秒，随炉冷却后得到砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
<对比例3>
一种金刚石砂轮片，其原料和制备方法基本与实施例3相同，区别在于，本例中金刚石磨料全为200～300目金刚石颗粒料。
<对比例4>
一种金刚石砂轮片，其原料和制备方法基本与实施例3相同，区别在于，本例中金刚石磨料全为400目以细金刚石颗粒料。
<实验例>
对实施例1～3和对比例2提供的金刚石砂轮进行实验，检测把持力、磨削效率、质量以及耐磨性，评价其自锐性。
1)把持力
结合剂对金刚石的把持力可由强度损失率来表征，两者呈反比关系。强度损失率计算公式如下：
其中，H为强度损失率，σ0、σD分别为结合剂烧结体和结合剂金刚石烧结体的抗弯强度，H越小说明结合剂对金刚石的把持力越高，结合剂烧结体采用与实施例3相同的金刚石砂轮制备方法烧结得到，只是不添加金刚石磨料。
抗弯强度采用三点抗弯强度法在SKZ-500型数显抗折试验机测试。
实验结果如表1所示。
表1
从表1不难看出，对比例2采用的常规烧结工艺制备得到的金刚石砂轮片的把持力明显低于实施例中采用在磁场中烧结得到的金刚石砂轮片的把持力，同时结合剂烧结体和金刚石砂轮片强度均有提升，这说明在磁场中烧结，可以使金刚石、铁粉和铜包铁粉这些磁性材料有效的流动结合和排布取向，形成铁基对金刚石的良好把持，同时铜包铁粉均匀分布于金刚石周围，提高复合结合剂的结合强度与获取较好的微观结构。
2)自锐性
自锐性是指相同磨削时间内砂轮工作面参与磨削的金刚石数量和出刃高度以及对应的磨削效率，一般用磨削效率间接代替。磨削效率通过金刚石磨具摩擦磨损试验获得，摩擦磨损试验在往复式摩擦磨损试验机上进行，磨具试样分别为按实施例1～3及对比例1、3、4制得的砂轮磨块，这里模具不再采用扇形的砂轮磨块模具，而是尺寸为40×10×10mm的磨块模具，摩擦面为40×10mm，摩擦对象为含钼铸铁。试验前，用100#砂纸将磨头开刃，在1.5kg载荷下摩擦30min，工件速度为20m/min。
磨削效率＝磨除工件质量/(砂轮磨损质量×磨削时间)
磨削质量为磨削后工件表面粗糙度，JB-4C表面粗糙度测试仪对被磨削工件的粗糙度进行了测量(取样长度为0.25mm)。
实验结果如表2所示。
表2
从表2不难看出，对比例1增加铁粉含量后制得的金刚石砂轮片的磨削效率和磨削质量相较于实施例都有降低，说明过量铁粉并不利于金刚石砂轮片，对比例3中均采用粗颗粒金刚石磨料虽然磨削效率不错，但是磨削质量较差，对比例4中均采用细颗粒金刚石磨料虽然磨削质量不错，但是磨削效率较差，而实施例则较好的平衡了磨削质量与磨削效率，在保证磨削效率的情况下也能取得较好的磨削质量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (7)
1.金刚石砂轮片，其特征在于，由以下重量份的原料组成：40～60份金刚石磨料、360～540份复合结合剂，其中，每份复合结合剂包括45～50份铜包铁粉、20～30份铁粉、17～23份铜锡合金粉、7～18份铝粉、15～22份陶瓷粉、4～7份聚酰亚胺颗粒球。
2.如权利要求1所述的金刚石砂轮片，其特征在于，每份陶瓷粉包括49～54份二氧化硅、17～22份氧化铝、20～25份氧化硼、4～8份氧化锌、12～16份氧化钠、7～9份氧化锂以及1～6份二氧化钛。
3.如权利要求1所述的金刚石砂轮片，其特征在于，每份金刚石磨料包括22～26份200～300目金刚石颗粒、14～18份300～400目金刚石颗粒、7～13份400目以细金刚石颗粒。
4.如权利要求1所述的金刚石砂轮片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取上述重量份的金刚石磨料和复合结合剂混合得混合料；
步骤二、将混合料至于模具中压制，制得砂轮磨块坯料；
步骤三、将砂轮磨块坯料置于电磁烧结炉中烧结，先将磁场升至4T，升温至200～300℃，烧结20～30min，再将磁场升至7T，升温至500～600℃，烧结20～30min，接着将磁场升至9T，升温至750℃，烧结1h，然后随炉冷却至室温，同时将磁场匀速降至0T，制得砂轮磨块；
步骤四、将砂轮磨块粘接至砂轮基体上，修整。
5.如权利要求4所述的金刚石砂轮片的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉的制备方法包括：
S1、取重量份为49～54份二氧化硅、17～22份氧化铝、20～25份氧化硼、4～8份氧化锌、12～16份氧化钠、7～9份氧化锂以及1～6份二氧化钛混合，升温至1100～1300℃并保温1～3h，得陶瓷坯料；
S2、将陶瓷坯料降至室温，粉碎，球磨，过400目筛，得陶瓷粉。
6.如权利要求4所述的金刚石砂轮片的制备方法，其特征在于，所述复合结合剂先进行预混，将上述重量份的铜包铁粉、铁粉、铜锡合金粉、铝粉、陶瓷粉、聚酰亚胺颗粒球置于三维混料机中混合15～20h。
7.如权利要求4所述的金刚石砂轮片的制备方法，其特征在于，烧结过程处于氮气保护气氛下进行。
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