CN117182796A - 一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法 - Google Patents

一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法 Download PDF

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冯泽成
董德胜
李俊娇
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Abstract

本发明提出了一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,以解决传统砂轮在加工高铬钢、高速钢等高硬度轧辊时,容易对轧辊表面造成烧伤及划痕的问题;包括陶瓷砂轮由工作层与非工作层组成,所述工作层与非工作层分别由以下质量百分比的物质组成:磨料70‑95%,有机复合造孔剂1‑13%,湿润剂1‑4%,结合剂5‑20%,所述有机复合造孔剂由精萘、糊精粉、球状沥青组成,所述工作层中的磨料包括50%‑70%普通刚玉磨料和30‑50%陶瓷刚玉磨料;通过将砂轮分为工作层以及非工作层,工作层采用普通刚玉磨料以及陶瓷刚玉磨料结合的方法,在控制成本的同时,利用陶瓷刚玉的特性‑‑自锐性好,磨料晶粒细小,每一个晶粒都是锋利的切削刃,保证对高铬钢轧辊或高速钢轧辊的表面精度。

Description

一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷砂轮技术领域,特别是一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法。
背景技术
轧辊的磨削精度和表面质量除了依靠精良轧辊磨床工作的精度之外,主要还取决于特定轧辊需选用与之相匹配的砂轮进行磨削。随着冷轧轧辊磨削加工要求精度的提升,对于冷轧轧辊的材质铸件由传统的9Cr2Mo替换为高铬钢或高速钢。高铬钢或高速钢冷轧辊会添加Mo(钼)、V(钒)、W(钨)等强碳化物形成元素,这些元素与C形成碳化物后将大大提高冷轧辊的硬度和耐磨性。
但是现有的砂轮在对高铬钢或高速钢冷轧辊进行加工时,还存在以下问题:
1、传统砂轮在对轧辊表面进行加工时,由于轧辊表面硬度较高,致使砂轮在对其进行加工时需要更高的转速和更长的时间,此时砂轮会产生局部热应力集中,从而导致轧辊表面烧伤。
2、传统砂轮在加工轧辊时,其砂轮磨削面的磨削物会产生堵塞,致使轧辊表面产生划伤。
3、利用超软硬度砂轮对轧辊进行加工时,其成型时生胚强度低,无法夹取导致超软硬度的陶瓷砂轮制备困难。
发明内容
针对上述情况,为克服现有技术之缺陷,本发明提供一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,以解决传统砂轮在加工高铬钢、高速钢等高硬度轧辊时,容易对轧辊表面造成烧伤及划痕的问题。
为实现上述目的,本发明技术方案为:
超软大气孔陶瓷砂轮由工作层与非工作层组成,所述工作层与非工作层分别由以下质量百分比的物质组成:磨料70-95%,有机复合造孔剂1-13%,湿润剂1-4%,结合剂5-20%;
所述工作层中的磨料70-95%,其中分别包括50%-70%普通刚玉磨料和30-50%陶瓷刚玉磨料;
所述有机复合造孔剂由精萘、糊精粉、球状沥青组成;
所述砂轮的制备方法包括以下步骤:
(1)混料,在工作层制作中,首先将陶瓷刚玉磨料和普通刚玉磨料分别倒入逆流混料锅,搅拌3min,然后加入湿润剂,搅拌3min,其次加入结合剂,搅拌5min,最后加入有机复合造孔剂,搅拌5min;
在非工作层制作中,首先将普通刚玉磨料倒入逆流混料锅搅拌3min,然后加入湿润剂,搅拌3min,其次加入结合剂,搅拌5min,最后加入有机复合造孔剂,搅拌5min;
(2)成型,首先将步骤(1)中的混合原料,分别称取工作层与非工作层所需后,在砂轮成型机组上以7.5Mpa分两次压制成型,第一次为总压力的1/3,第二次以总压力压制,压制1min,得到砂轮胚料;
(3)修整,去除步骤(2)中砂轮胚料上端的凹凸部分,修整至规格大小;
(4)干燥,将步骤(3)中修整好的砂轮胚料放入窑炉内加热至110℃进行干燥,干燥36h后,自然冷却至室温;
(5)烧结,将步骤(4)中干燥好的砂轮胚料置于900℃窑炉内,烧制8h,得到砂轮成品件。
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
1、通过将砂轮分为工作层以及非工作层,工作层采用普通刚玉磨料以及陶瓷刚玉磨料结合的方法,在控制成本的同时,利用陶瓷刚玉的特性--自锐性好,磨料晶粒细小,每一个晶粒都是锋利的切削刃,保证对高铬钢轧辊或高速钢轧辊的表面精度。
2、通过引入有机复合造孔剂,在砂轮干燥过程中,110℃的温度下熔化后产生胶结作用,大大提升坯体强度,有机复合造孔剂内添加球状沥青,利用球状沥青内固定碳含量高、灰分低等特性,增强有机复合造孔剂的碳化程度和粘结性,在550-600℃温度下,有机复合造孔剂经碳化-氧化反应后,使得原位空洞-贯通孔洞相互叠加,在提升砂轮气孔率的同时,使得气孔分布更加均匀,在磨削时加快砂轮的散热、防止热应力的局部集中,以此避免砂轮对工件的烧伤。
3,通过添加陶瓷刚玉磨料,陶瓷刚玉磨料的晶粒尺寸小,磨粒磨损后在磨削力作用下发生沿晶断裂,脱落的是细小的晶粒,属于微观破坏,损失的磨料数量少,以此增加砂轮的使用寿命。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
在以下实施例中:
结合剂的成分为:硼玻璃20%,粘土40%,长石20%,锂酸盐10%。
实施例1:
以重量百分比计,称取工作层(超软层)中物料:其中磨料80%(普通刚玉磨料50%,陶瓷刚玉磨料50%),结合剂9%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂9.5%(精萘60%,糊精粉30,球状沥青10%);
称取非工作层(稍硬层)中物料:其中普通刚玉磨料81%,结合剂11%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂6.5%(精萘60%,糊精粉30,球状沥青10%);
首先将磨料、湿润剂、结合剂、有机复合造孔剂按上述比例混合,混合后的物料置于成型模具中,然后在油压机上以7.5Mpa分两次压制,第一次压制为总压力的1/3,第二次压制时按照总压力施压,保持1min,得到砂轮胚,压制成型后去除砂轮胚料上端的凹凸部分,其次将修整好的砂轮胚件放入110℃的窑炉内进行干燥,干燥36h后,自然冷却至室温,最后将干燥好的砂轮胚置于900℃的窑炉内,烧制8h后,自然冷却至室温,得到成品砂轮件。
实施例2:
以重量百分比计,称取工作层(超软层)中物料:其中磨料80%(普通刚玉磨料67%,陶瓷刚玉磨料33%),结合剂9%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂9.5%(精萘75%,糊精粉19%,球沥青6%);
称取非工作层(稍硬层)中物料:其中普通刚玉磨料81%,结合剂11%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂6.5%(精萘75%,糊精粉19%,球沥青6%);
制作步骤与实施例1内的步骤一致。
实施例2与实施例1的区别在于:工作层磨料中,普通刚玉磨料与陶瓷刚玉磨料的比例发生变化,且有机复合造孔剂内球状沥青的比例减少,精萘和糊精粉根据总质量进行等比例的添加,以保持有机复合造孔剂内含量百分比不变。
实施例3:
以重量百分比计,称取工作层(超软层)中物料:其中磨料80%(普通刚玉磨料100%),结合剂9%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂9.5%(精萘60%:糊精粉30%:球状沥青10%);
称取非工作层(稍硬层)中物料:其中普通刚玉磨料81%,结合剂11%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂6.5%(精萘80%:糊精粉15%:球状沥青5%);
制作步骤与实施例1中的步骤一致。
实施例3与实施例1的区别在于:在工作层磨料中,取消添加陶瓷刚玉磨料。
实施例4:
以重量百分比计,称取工作层(超软层)中物料:其中磨料80%(普通刚玉磨料50%,陶瓷刚玉磨料50%),结合剂9%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂9.5%(精萘80%,糊精粉20%);
称取非工作层(稍硬层)中物料:其中普通刚玉磨料81%,结合剂11%,湿润剂1.5%,有机复合造孔剂6.5%(精萘80%,糊精粉20%);
制作步骤与实施例1中的步骤一致。
实施例4与实施例1的区别在于:在有机复合造孔剂中取消添加球状沥青,精萘和糊精粉根据总质量进行等比例的添加,以保持有机复合造孔剂内含量百分比不变。
实施例5:
以重量百分比计,称取工作层(超软层)中物料:其中磨料90%(普通刚玉磨料50%,陶瓷刚玉磨料50%),结合剂7.5%,湿润剂2.5%;
称取非工作层(稍硬层)中物料:其中普通刚玉磨料88%,结合剂9.5%,湿润剂2.5%。
将磨料、湿润剂、结合剂按上述比例混合,混合后的物料置于成型模具中,然后在油压机上以7.5Mpa分两次压制,第一次压制为总压力的1/3,第二次压制时按照总压力施压,保持1min,压制成型后去除砂轮胚料上端的凹凸部分,最后将砂轮胚置于900℃的电炉内,烧制8h后,自然冷却至室温,得到砂轮件。
实施例5与实施例1的区别在于:取消工作层与非工作层中有机复合造孔剂的添加,磨料、结合剂、湿润剂根据总质量进行等比例的添加或减少,以保持含量百分比不变。
对比例1,不再区分工作层与非工作层,同时取消陶瓷刚玉磨料和有机复合造孔剂的添加:
以重量百分比计,称取普通刚玉磨料90%,结合剂8%,湿润剂2%;
将磨料、湿润剂、结合剂按上述比例混合,混合后的物料置于成型模具中,然后在油压机上以7.5Mpa分两次压制,第一次压制为总压力的1/3,第二次压制时按照总压力施压,保持1min,压制成型后去除砂轮胚料上端的凹凸部分,最后将砂轮胚置于900℃的电炉内,烧制8h后,自然冷却至室温,得到砂轮件。
以下对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5与对比例1做对比分析:
相同参数下,分别对成型的砂轮磨具的硬度、气孔率、砂轮消耗量、烧伤和磨削情况进行对比。
硬度采用喷砂硬度检测法进行检测。
砂轮消耗量是指砂轮工作层在磨工件的时候,砂轮磨削面上的磨料有磨削刃,刃发挥磨削作用(切割、切削等机械行为),一旦磨料的磨削刃被工件磨削完了,就需要使用金刚石修整笔对砂轮进行修整开刃,在修整过程中,砂轮会消耗,磨一个工件需要多次修整消耗砂轮,这个过程就是工作层砂轮消耗量。
烧伤检测以酸洗浸泡,经中和清洗后通过观察工件表面腐蚀情况,判断烧伤。
通过砂轮磨削面的磨削物的堵塞情况来判断被加工轧辊的表面划伤情况。
表1砂轮磨具的性能对比
由表1中的数据可知,本发明公开的加入有机复合造孔剂和陶瓷刚玉磨料制备出的超软大气孔陶瓷砂轮,在保证其超软工作层的基础上,解决了由于其超软砂轮组织疏松,生胚强度低的问题,同时使得砂轮具有对高铬钢轧辊及高速钢冷轧辊良好的加工精度,最后但同样重要的是,表现出较好的导热性,在磨削使用时,可有效降低砂轮磨具自身的温度,减少工件烧伤的情况发生。

Claims (5)

1.一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,其特征在于,陶瓷砂轮由工作层与非工作层组成,所述工作层与非工作层分别由以下质量百分比的物质组成:磨料70-95%,有机复合造孔剂1-13%,湿润剂1-4%,结合剂5-20%;
所述工作层中的磨料包括50%-70%普通刚玉磨料和30-50%陶瓷刚玉磨料;
所述有机复合造孔剂由精萘、糊精粉、球状沥青组成;
所述砂轮的制备方法包括以下步骤:
(1)混料,在工作层制作中,首先将陶瓷刚玉磨料和普通刚玉磨料分别倒入逆流混料锅,搅拌3min,然后加入湿润剂,搅拌3min,其次加入结合剂,搅拌5min,最后加入有机复合造孔剂,搅拌5min;
在非工作层制作中,首先将普通刚玉磨料倒入逆流混料锅搅拌3min,然后加入湿润剂,搅拌3min,其次加入结合剂,搅拌5min,最后加入有机复合造孔剂,搅拌5min;
(2)成型,首先将步骤(1)中的混合原料,分别称取工作层与非工作层所需后,在砂轮成型机组上以7.5Mpa分两次压制成型,第一次为总压力的1/3,第二次以总压力压制,压制1min,得到砂轮胚料;
(3)修整,去除步骤(2)中砂轮胚料上端的凹凸部分,修整至规格大小;
(4)干燥,将步骤(3)中修整好的砂轮胚料放入窑炉内加热至110℃进行干燥,干燥36h后,自然冷却至室温;
(5)烧结,将步骤(4)中干燥好的砂轮胚料置于900℃窑炉内,烧制8h,得到砂轮成品件。
2.根据权利要求1所述的一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,其特征在于,所述精萘、糊精粉、球状沥青通过机械搅拌的形式,混合制成有机复合造孔剂。
3.根据权利要求1所述的一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,其特征在于,所述工作层与非工作层中的磨料分别为46-150目数。
4.根据权利要求1所述的一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,其特征在于,所述湿润剂在水玻璃和糊精液中任选其一。
5.根据权利要求1所述的一种超软大气孔陶瓷砂轮制备方法,其特征在于,所述结合剂内包含硼玻璃1-4%,锂酸盐0.2-2%,粘土0.5-4%,长石2.5-10%。
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