CN113696108A - 一种高耐磨长寿命金刚石砂轮及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨长寿命金刚石砂轮及制备方法。采用本发明方法制备的金刚石砂轮，包括砂轮基体和磨料层。其中，砂轮基体采用钢材、铝材等材料，磨料层采用结构为六方体晶格，粒度为150～500μm的金刚石。制备的成品砂轮机械强度高，耐磨性好，使用寿命长，可实现对高硬度、高粘度等其他属性材料的高品质磨削加工，在铸造件打磨、切割等领域有很好的应用前景。

Description

一种高耐磨长寿命金刚石砂轮及制备方法
技术领域
本发明涉及磨料、磨具制备领域，特别是一种高耐磨长寿命金刚石砂轮及制备方法。
背景技术
随着航天航空、轨道交通、汽车船舶以及高档钟表等领域的蓬勃发展，其中关键零部件所用材料的硬度和脆性也逐步攀升，致使其研磨加工难度急剧增大。对于此类零部件的加工制造，早期一般采用研磨法，即用磨粉进行研磨；其缺点在于研磨过程中会产生大量的粉尘和污水，对环境造成严重污染，且磨粉的消耗量大、利用率低。
随着研磨技术的进步，采用金属结合剂将金刚石磨料与砂轮基体固结的方式被广泛认可，并得到了大量应用。其优点在于：采用金属结合剂有助于增强磨料与砂轮基体之间的粘合性，磨削时磨料不易脱落；金刚石磨料耐磨性好，在磨削过程中损耗量小，具有很高的使用寿命；在磨削硬、脆工件时，磨粒锋利的几何特征能够得到长久保持，容易切入工件，实现低应力磨削，磨削后的工件精度较高、一致性好。但需要指出的是：现有砂轮在进行高硬度材料(如40Cr)大余量磨削时，砂轮的寿命则会大大降低，其根本原因在于砂轮的耐磨性不足。因此，发明高耐磨、长寿命砂轮的制备技术是解决高硬度材料进行低成本磨削加工的必经之路。
发明内容
基于上述背景技术的回顾，针对现有砂轮存在的问题，本发明提出了一种高耐磨长寿命金刚石砂轮制备方法，解决现有技术中砂轮耐磨性不足寿命低的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高耐磨长寿命金刚石砂轮的制备方法，所述高耐磨长寿命金刚石砂轮包括砂轮基体和磨料层，其中，磨料层采用材料为金刚石；制备方法包含以下步骤：
1)根据强度、泊松比具体需求，选取钢材、铝材或其他材料中一种作为制备砂轮基体的毛坯；
2)根据所述砂轮基体大致尺寸需求，采用锻造方式对所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用过油、沾水方式进行调质处理；
6)采用车、铣方式对上述调质后的砂轮基体毛坯进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀,电镀液中混有所述磨料金刚石，电镀形成磨料层；所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸，所述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照200～500:15～40:2～6:1.2～2的质量比进行配比；
9)在步骤8)电镀后的砂轮上涂装防锈油，进行防锈处理。
所述步骤7)中去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2～3的质量比配成的混合物，pH值3.2～4.5。
所述步骤8)中电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为150～500μm。
采用搅拌机对步骤7)酸溶液和步骤8)电镀液进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为32～40rpm，在步骤8)中搅拌转速为220～300rpm。
所述步骤8)中电镀持续时间为30min～90min，电镀池温度25～45℃，电流密度150～400A/m2，pH值4.0～5.5，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为200～600μm。
上述方法制备得到的高耐磨长寿命金刚石砂轮。
本发明有益效果：
本发明中所述电镀液包含的氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照200～500:15～40:2～6:1.2～2进行配比，电镀池温度25～45℃，电流密度150～400A/m2，pH值4.0～5.5；上述条件使所述磨料金刚石与所述砂轮基体更易于结合，且结合力更大；采用所述搅拌机使所述砂轮基体去杂质、去污更彻底，使所述磨料金刚石在所述砂轮基体上分布更加均匀。
与传统电镀砂轮相比，本发明特有的制备方法，使得砂轮机械强度高，耐磨性好，使用寿命长。
本发明制备出的砂轮，可实现对高硬度、高粘度等其他属性材料的高品质磨削加工，在铸造件打磨、切割等领域有很好的应用前景。
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
本实施例中的电镀金刚石砂轮包括砂轮基体、磨料层以作为两者之间结合剂的镍层。
本实施例中金刚石砂轮制备方法包含以下步骤：
1)选取合金钢作为制备砂轮基体的毛坯；
2)采用锻造的方式对步骤1)中所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对步骤2)中所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用25℃水进行调质处理；
6)采用车的方式对步骤5)中调质后的砂轮基体进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)中所述去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀；
9)在步骤8)中所述电镀后的砂轮基体上涂装防锈油，进行防锈处理。
本实施例砂轮制备方法步骤7)中，所述去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2的质量比配成的混合物，pH值3.2；
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸。上述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照200:15:2:1.2的质量比进行配比。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为150μm。
本实施例砂轮制备方法步骤7)和步骤8)中，采用搅拌机对液体进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为32rpm，在步骤8)中搅拌转速为220rpm。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀持续时间为30min，电镀池温度25℃，电流密度150A/m2，pH值4.2，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为200μm。
实施例2
本实施例中的电镀金刚石砂轮包括砂轮基体、磨料层以作为两者之间结合剂的镍层。
本实施例中金刚石砂轮制备方法包含以下步骤：
1)选取合金钢作为制备砂轮基体的毛坯；
2)采用锻造的方式对步骤1)中所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对步骤2)中所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用25℃水进行调质处理；
6)采用车的方式对步骤5)中调质后的砂轮基体进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)中所述去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀；
9)在步骤8)中所述电镀后的砂轮基体上涂装防锈油，进行防锈处理。
本实施例砂轮制备方法步骤7)中，所述去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2.2的质量比配成的混合物，pH值3.5；
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸。上述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照300:25:3:1.4的质量比进行配比。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为200μm。
本实施例砂轮制备方法步骤7)和步骤8)中，采用搅拌机对液体进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为34rpm，在步骤8)中搅拌转速为240rpm。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀持续时间为40min，电镀池温度30℃，电流密度200A/m2，pH值4.5，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为300μm。
实施例3
本实施例中的电镀金刚石砂轮包括砂轮基体、磨料层以作为两者之间结合剂的镍层。
本实施例中金刚石砂轮制备方法包含以下步骤：
1)选取合金钢作为制备砂轮基体的毛坯；
2)采用锻造的方式对步骤1)中所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对步骤2)中所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用25℃水进行调质处理；
6)采用车的方式对步骤5)中调质后的砂轮基体进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)中所述去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀；
9)在步骤8)中所述电镀后的砂轮基体上涂装防锈油，进行防锈处理。
本实施例砂轮制备方法步骤7)中，所述去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2.4的质量比配成的混合物，pH值3.8；
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸。上述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照400:30:4:1.6的质量比进行配比。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为300μm。
本实施例砂轮制备方法步骤7)和步骤8)中，采用搅拌机对电镀液进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为36rpm，在步骤8)中搅拌转速为260rpm。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀持续时间为50min，电镀池温度35℃，电流密度300A/m2，pH值4.8，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为400μm。
实施例4
本实施例中的电镀金刚石砂轮包括砂轮基体、磨料层以作为两者之间结合剂的镍层。
本实施例中金刚石砂轮制备方法包含以下步骤：
1)选取铝合金作为制备砂轮基体的毛坯；
2)采用锻造的方式对步骤1)中所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对步骤2)中所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用25℃油进行调质处理；
6)采用车的方式对步骤5)中调质后的砂轮基体进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)中所述去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀；
9)在步骤8)中所述电镀后的砂轮基体上涂装防锈油，进行防锈处理。
本实施例砂轮制备方法步骤7)中，所述去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2.8的质量比配成的混合物，pH值4.2；
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸。上述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照500:40:5:1.8的质量比进行配比。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为400μm。
本实施例砂轮制备方法步骤7)和步骤8)中，采用搅拌机对电镀液进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为38rpm，在步骤8)中搅拌转速为280rpm。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀持续时间为70min，电镀池温度40℃，电流密度400A/m2，pH值4.2，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为500μm。
实施例5
本实施例中的电镀金刚石砂轮包括砂轮基体、磨料层以作为两者之间结合剂的镍层。
本实施例中金刚石砂轮制备方法包含以下步骤：
1)选取铝合金作为制备砂轮基体的毛坯；
2)采用锻造的方式对步骤1)中所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对步骤2)中所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用25℃油进行调质处理；
6)采用车的方式对步骤5)中调质后的砂轮基体进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)中所述去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀；
9)在步骤8)中所述电镀后的砂轮基体上涂装防锈油，进行防锈处理。
本实施例砂轮制备方法步骤7)中，所述去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:3的质量比配成的混合物，pH值4.5；
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸。上述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照500:40:6:2的质量比进行配比。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为500μm。
本实施例砂轮制备方法步骤7)和步骤8)中，采用搅拌机对电镀液进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为40rpm，在步骤8)中搅拌转速为300rpm。
本实施例砂轮制备方法步骤8)中，所述电镀持续时间为90min，电镀池温度45℃，电流密度400A/m2，pH值4.5，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为600μm。
试验例
按照实施例3中方法制备出的电镀金刚石砂轮和传统砂轮，对汽车轮毂铸造件上宽2mm、厚0.5mm的毛刺进行磨削去除，对比结果如表1所示。对比实验表明：采用本方法实施例3方法制备出的砂轮比传统砂轮耐磨性高、使用寿命长。
表1实施例3中砂轮与传统砂轮对比表
Figure BDA0003256630030000081

Claims (6)

1.一种高耐磨长寿命金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，所述高耐磨长寿命金刚石砂轮包括砂轮基体和磨料层，其中，磨料层采用材料为金刚石；制备方法包含以下步骤：
1)根据强度、泊松比具体需求，选取砂轮基体材料制备毛坯；
2)根据所述砂轮基体大致尺寸需求，采用锻造方式对所述毛坯进行成型；
3)在1000℃温度下对所述成型后的砂轮基体进行热处理；
4)室温自然冷却；
5)采用过油、沾水方式进行调质处理；
6)采用车、铣方式对上述调质后的砂轮基体毛坯进行粗、精加工；
7)采用酸溶液对上述精加工之后的砂轮基体进行去杂质、去污处理；
8)将步骤7)去杂质、去污之后的砂轮基体放入电镀液中进行电镀,电镀液中混有所述磨料金刚石，电镀形成磨料层；所述电镀液包含：氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸，所述氨基磺酸镍、硼酸、氯化钠、硫酸四种溶液按照200～500:15～40:2～6:1.2～2的质量比进行配比；
9)在步骤8)电镀后的砂轮上涂装防锈油，进行防锈处理。
2.根据权利要求1所述制备高耐磨长寿命金刚石砂轮方法，其特征在于，所述步骤7)中去杂质、去污处理的酸溶液是由硫酸溶液与硫酸铁溶液按照1:2～3的质量比配成的混合物，pH值3.2～4.5。
3.根据权利要求1所述制备高耐磨长寿命金刚石砂轮方法，其特征在于，所述步骤8)中电镀液中混有所述磨料金刚石，其结构为六方体晶格，粒度为150～500μm。
4.根据权利要求1所述制备高耐磨长寿命金刚石砂轮方法,其特征在于，采用搅拌机对步骤7)酸溶液和步骤8)电镀液进行搅拌；在步骤7)中搅拌转速为32～40rpm，在步骤8)中搅拌转速为220～300rpm。
5.根据权利要求1所述制备高耐磨长寿命金刚石砂轮方法，其特征在于，所述步骤8)中电镀持续时间为30min～90min，电镀池温度25～45℃，电流密度150～400A/m2，pH值4.0～5.5，电镀之后所述砂轮基体上磨料层的厚度为200～600μm。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述方法制备得到的高耐磨长寿命金刚石砂轮。
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