CN117943982A - 一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，包括以下步骤：S1、将金刚石、铜基钎料粉末均匀混合，然后与石蜡基黏结剂充分混炼制备出喂料；S2、利用粉末注射成形技术对喂料进行注射成形，制备出纤维状的成形坯；S3、利用脱脂工艺对成形坯进行脱脂处理，将黏结剂从粉末中脱除,通过真空烧结使得钎料粉末与金刚石冶金结合，制备出金刚石纤维。本发明金刚石纤维磨轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂磨轮，加工表面完整性较好，宏观裂纹和表面损伤相对较少，当进给速度为40mm/s，磨削深度为40μm时,磨削WC/12Co涂层表面粗糙度为0.52μm，比普通树脂结合剂金刚石磨轮的加工表面粗糙度降低了20％。
Description
技术领域
本发明属于金刚石切削工具技术领域，尤其涉及一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法。
背景技术
金刚石是已知材料中硬度最高的材料，因而金刚石切削工具成为加工各种坚硬材料不可或缺的材料。金刚石切削工具是将金属粉末和人造金刚石颗粒相混合，经压制和烧结而成。而且随着社会不断发展，基础化建设规模不断扩大，也给金刚石工具提供了更加广阔的应用市场。而随着城市化进程的加快，基础建设规模不断扩大，房屋和道路开发建设给金刚石工具应用提供广阔市场。金刚石工具在道路切割，石材加工，陶瓷，多晶硅半导体加工，宝石加工市场发挥了至关重要作用，操作轻便，高效率，性价比好，一直是每个用户追求目标。
传统工艺制造的固结磨粒磨轮和电镀磨轮存在磨粒容易脱落、容屑空间小、工作面极易堵塞、磨削温度高等不足。
发明内容
本发明目的在于提供一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石、铜基钎料粉末均匀混合，然后与石蜡基黏结剂充分混炼制备出喂料；
S2、利用粉末注射成形技术对喂料进行注射成形，制备出纤维状的成形坯；
S3、利用脱脂工艺对成形坯进行脱脂处理，将黏结剂从粉末中脱除,通过真空烧结使得钎料粉末与金刚石冶金结合，制备出金刚石纤维；
S4、采用Cr12MoV作为节块模具材料，对其周向开孔，开孔后对模具进行热处理；
S5、将金刚石纤维一一定位排布于模具的周向小孔中，然后采用自制肥皂泥结合A-B胶实现对金刚石纤维的定位和黏结，并将磨轮胎体材料填充于其中；
S6、对步骤S5的整体热压成形制备出金刚石磨轮，并将金刚石磨轮放入电热干燥箱中于180℃保温10h以实现磨轮的二次固化，然后对金刚石磨轮进行修整。
优选地，所述步骤S1中金刚石粒度为90-109μm，铜基钎料为气雾化Cu-10Sn-5Ti粉末，平均粒径为8μm。
优选地，所述步骤S1中金刚石与铜基钎料粉末按1.0∶1.2体积比均匀混合，以粉末装载量为63％的配比与多组元石蜡基黏结剂均匀混炼成喂料。
优选地，所述多组元石蜡基黏结剂各成分的质量分数如下:石蜡69％，高密度聚乙烯10％，低密度聚乙烯20％，硬脂酸1％。
优选地，所述步骤S2中采用小型立式注射成形机进行注射成形，注射压力为12MPa，注射温度为150℃，保压时间为5s，注射速率为20cm3/s。
优选地，所述步骤S3中采用溶剂脱脂-热脱脂二步脱脂工艺对金刚石纤维生坯进行脱脂处理，溶剂脱脂采用正庚烷为脱脂溶剂。
优选地，所述步骤S3中真空烧结温度为920℃，保温时间为10min，升降温速率为5℃/min。
优选地，所述步骤S6中采用树脂结合剂作为金刚石磨轮的胎体材料，所述胎体材料各组分的质量分数如下:酚醛树脂50％，铜粉20％，Fe2O3 15％，MgO12％，冰晶石3％,并加入了质量分数为4％的造孔剂碳酸铵。
优选地，所述步骤S6中热压成形压力为10-12MPa，保压时间为60min，热压温度为170℃。
本发明的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法具有以下优点：
1.本发明金刚石纤维磨轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂磨轮，加工表面完整性较好，宏观裂纹和表面损伤相对较少，当进给速度为40mm/s，磨削深度为40μm时,磨削WC/12Co涂层表面粗糙度为0.52μm，比普通树脂结合剂金刚石磨轮的加工表面粗糙度降低了20％。
2.相对普通树脂结合剂磨轮，本发明中金刚石纤维磨轮的磨削表面残余应力下降了8％-12％，大大延长了金刚石磨轮的使用寿命。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而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实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明实施例的不同结构。为了简化本发明实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明实施例。此外，本发明实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面对本发明一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法做进一步详细的描述。
本发明的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，包括以下步骤：
S1、将金刚石、铜基钎料粉末均匀混合，然后与石蜡基黏结剂充分混炼制备出粉末分布均匀、流动性能优良的喂料；
S2、利用粉末注射成形技术对喂料进行注射成形，制备出纤维状的成形坯；
S3、利用脱脂工艺对成形坯进行脱脂处理，将黏结剂从粉末中脱除,通过真空烧结使得钎料粉末与金刚石冶金结合，制备出金刚石把持强度大、长径比大的金刚石纤维；
S4、采用Cr12MoV作为节块模具材料，对其周向开孔，开孔后对模具进行热处理；
S5、将金刚石纤维一一定位排布于模具的周向小孔中，然后采用自制肥皂泥结合A-B胶实现对金刚石纤维的定位和黏结，并将磨轮胎体材料填充于其中；在金刚石纤维的定向排布过程中，为了保证金刚石纤维辐射分布及等高性，试验在制备的节块模具上刻出每列小孔与节块圆心的连线，即为小孔的辐射方向，在纤维的排布过程中只要将纤维的定位方向与连线方向对齐即可；而在金刚石纤维的等高性控制方面,利用与节块模具配合的同心弧形块来实现，将金刚石纤维排布于小孔中后,将弧形块放于与节块同心位置，只需要用镊子将金刚石纤维与弧形块恰好接触就可实现金刚石纤维等高性控制在一定范围内，金刚石纤维定位排布后，将磨轮胎体材料填充于其中，实现对金刚石纤维的机械包埋，由于制备的金刚石纤维中的金刚石与金属钎料在真空烧结过程中产生了化学冶金结合,金刚石不易脱落，纤维的长径比大,与磨轮胎体材料的接触面积大，因此采用树脂结合剂已完全能实现对金刚石的有效把持，同时，树脂结合剂在磨削时自锐性好，结合剂自身还具有一定的弹性和抛光作用,加工表面质量好,因此采用树脂结合剂作为金刚石磨轮的胎体材料，胎体材料各组分的质量分数如下:酚醛树脂50％，铜粉20％，Fe2O315％，MgO12％，冰晶石3％,并加入了质量分数为4％的造孔剂碳酸铵，加入造孔剂碳酸铵形成的空隙尺寸较小且分布均匀，可有效提高磨轮容屑空间和散热能力。
S6、对步骤S5的整体热压成形制备出金刚石磨轮，并将金刚石磨轮放入电热干燥箱中于180℃保温10h以实现磨轮的二次固化，然后对金刚石磨轮进行修整，采用SD200#绿色碳化硅滚轮“顺修”形式对其进行修整，金刚石磨轮的线速度为600m/min，滚轮的转速为100r/min,整形的每行程的磨削深度依次为5μm、2μm和1μm,利用千分表检测磨轮的圆度误差,当磨轮的径向方向跳动控制在1μm以内时,可认为磨轮已修整好。
步骤S1中金刚石粒度为90-109μm，铜基钎料为气雾化Cu-10Sn-5Ti粉末，平均粒径为8μm，步骤S1中金刚石与铜基钎料粉末按1.0∶1.2体积比均匀混合，以粉末装载量为63％的配比与多组元石蜡基黏结剂均匀混炼成喂料，多组元石蜡基黏结剂各成分的质量分数如下:石蜡69％，高密度聚乙烯10％，低密度聚乙烯20％，硬脂酸1％，步骤S2中采用小型立式注射成形机进行注射成形，注射压力为12MPa，注射温度为150℃，保压时间为5s，注射速率为20cm3/s。
步骤S3中采用溶剂脱脂-热脱脂二步脱脂工艺对金刚石纤维生坯进行脱脂处理，溶剂脱脂采用正庚烷为脱脂溶剂，当脱脂温度为35℃，脱脂时间为2.5h时,脱脂率达到了92.1％，石蜡已大部分脱除。热脱脂在GSL1300X型高温管式炉中进行,脱脂工艺如下:以2℃/min的升温速率从室温升至165℃,保温60min后以2℃/min的升温速率升至350℃保温60min，然后以2℃/min的速率加热到550℃并保温60min,最后以3℃/min速率升至600℃保温60min后随炉冷却。经热脱脂后的注射件黏结剂已全部脱除，粉末在毛细管力和重力作用下产生颗粒重排，并形成一定的预烧结，脱脂过程中未发现鼓泡、崩塌等缺陷，步骤S3中真空烧结温度为920℃，保温时间为10min，升降温速率为5℃/min，通过真空烧结制备出无宏观缺陷的金刚石纤维,利用QUANTA200型扫描电子显微镜观测了金刚石纤维横断面微观形貌，铜基钎料粉末熔化铺展充分，金刚石颗粒边缘被钎料合金蔓延包覆，根部呈山丘状凸起,内部组织致密,实现了对金刚石高强度把持。
步骤S6中采用树脂结合剂作为金刚石磨轮的胎体材料，胎体材料各组分的质量分数如下:酚醛树脂50％，铜粉20％，Fe2O3 15％，MgO12％，冰晶石3％,并加入了质量分数为4％的造孔剂碳酸铵，步骤S6中热压成形压力为10-12MPa，保压时间为60min，热压温度为170℃。
本发明利用粉末注射成形和真空钎焊技术制备出金刚石把持力大的金刚石纤维,通过在磨轮胎体材料中添加造孔剂引入多孔隙结构以提高容屑空间，将金刚石纤维在磨轮胎体材料中进行有序排布，实现其排布参数的合理控制，然后对磨轮胎体材料进行热压成形制备出新型金刚石纤维磨轮。
本发明金刚石纤维磨轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂磨轮，加工表面完整性较好，宏观裂纹和表面损伤相对较少，当进给速度为40mm/s，磨削深度为40μm时,磨削WC/12Co涂层表面粗糙度为0.52μm，比普通树脂结合剂金刚石磨轮的加工表面粗糙度降低了20％。
相对普通树脂结合剂磨轮，本发明中金刚石纤维磨轮的磨削表面残余应力下降了8％-12％，大大延长了金刚石磨轮的使用寿命。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将金刚石、铜基钎料粉末均匀混合，然后与石蜡基黏结剂充分混炼制备出喂料；
S2、利用粉末注射成形技术对喂料进行注射成形，制备出纤维状的成形坯；
S3、利用脱脂工艺对成形坯进行脱脂处理，将黏结剂从粉末中脱除,通过真空烧结使得钎料粉末与金刚石冶金结合，制备出金刚石纤维；
S4、采用Cr12MoV作为节块模具材料，对其周向开孔，开孔后对模具进行热处理；
S5、将金刚石纤维一一定位排布于模具的周向小孔中，然后采用自制肥皂泥结合A-B胶实现对金刚石纤维的定位和黏结，并将磨轮胎体材料填充于其中；
S6、对步骤S5的整体热压成形制备出金刚石磨轮，并将金刚石磨轮放入电热干燥箱中于180℃保温10h以实现磨轮的二次固化，然后对金刚石磨轮进行修整。
2.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S1中金刚石粒度为90-109μm，铜基钎料为气雾化Cu-10Sn-5Ti粉末，平均粒径为8μm。
3.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S1中金刚石与铜基钎料粉末按1.0∶1.2体积比均匀混合，以粉末装载量为63％的配比与多组元石蜡基黏结剂均匀混炼成喂料。
4.根据权利要求3所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述多组元石蜡基黏结剂各成分的质量分数如下:石蜡69％，高密度聚乙烯10％，低密度聚乙烯20％，硬脂酸1％。
5.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S2中采用小型立式注射成形机进行注射成形，注射压力为12MPa，注射温度为150℃，保压时间为5s，注射速率为20cm3/s。
6.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S3中采用溶剂脱脂-热脱脂二步脱脂工艺对金刚石纤维生坯进行脱脂处理，溶剂脱脂采用正庚烷为脱脂溶剂。
7.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S3中真空烧结温度为920℃，保温时间为10min，升降温速率为5℃/min。
8.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S6中采用树脂结合剂作为金刚石磨轮的胎体材料，所述胎体材料各组分的质量分数如下:酚醛树脂50％，铜粉20％，Fe2O315％，MgO12％，冰晶石3％,并加入了质量分数为4％的造孔剂碳酸铵。
9.根据权利要求1所述的一种铸件打磨用金刚石磨轮制备方法，其特征在于：所述步骤S6中热压成形压力为10-12MPa，保压时间为60min，热压温度为170℃。
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