CN1314624C

CN1314624C - 立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘及其生产方法

Info

Publication number: CN1314624C
Application number: CNB2005100178683A
Authority: CN
Inventors: 李和聪; 张艳芳; 刘元锋; 吴宾; 秦艳强
Original assignee: Laimengte Abrasive Materials & Tool Co Ltd
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2025-08-08
Also published as: CN1746133A

Abstract

本发明是一种机械加工用的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘及其生产方法，有效解决高速钢难磨件的加工磨削问题，该研磨盘是在磨盘式金属基体圆平面上粘结立方氮化硼混合物层制成，立方氮化硼混合物层是由以重量百分计的：立方氮化硼44-52%、糊精粉1-2%、白刚玉23-31%、湿润剂3-4%、陶瓷结合剂19-21%，总量为100%制成；其生产方法是：配料——成型——干燥——烧结——测验——整形——粘结——硬化——加工——检验入库——包装，本发明产品硬度大、韧性大，高温强度高，耐磨性好，用途广，寿命长，加工部件质量高，效率高，成本低，工艺简单，易生产，应用市场广阔，开拓了金属部件磨削的新途径，有巨大的经济和社会效益。

Description

立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘及其生产方法

一、技术领域

本发明是涉及一种金属元件磨削机械加工用的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘及其生产方法。

二、背景技术

目前磨制金属构件多是采用碳化硅、刚玉制造的磨具加工，但随着科技的发展，新材料的出现和人们生活水平的提高，特别是空调、冰箱的广泛应用，而空调、冰箱的核心部件制冷压缩机的曲轴、滚轴、滑块、上下盖等都部件是由高速钢难磨材料制成，而且要求精度很高，采用碳化硅、刚玉制造的磨具加工效率低，修整频繁，且粗糙度难以达到要求，生产的压缩机噪音大，寿命短，成本高，采用进口压缩机价格高昂，很难为人们所接受，那么如何解决这些高速钢难磨件高质量、高精度、高效率、低成本的加工磨制需要呢？

三、发明内容

针对上述情况，本发明之目的就是提供一种机械加工用的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘及其生产方法，有效解决高速钢难磨件的加工磨削问题，该研磨盘是在磨盘式金属基体圆平面上粘结立方氮化硼混合物层制成，立方氮化硼混合物层是由以重量百分计的：立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白刚玉23-31％、湿润剂3-4％、陶瓷结合剂19-21％，总量为100％制成；其生产方法是：配料——成型——干燥——烧结——测验——整形——粘结——硬化——加工——检验入库——包装，本发明产品硬度大、韧性大，高温强度高，耐磨性好，用途广，寿命长，加工部件质量高，效率高，成本低，工艺简单，易生产，应用市场广阔，开拓了金属部件磨削的新途径，有巨大的经济和社会效益。

四、附图说明

图1为本发明产品的结构剖面主视图。

图2为本发明产品的生产工艺流程图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1给出，本发明研磨盘是在磨盘式金属基体1上圆平面粘结立方氮化硼混合物层2制成，立方氮化硼混合物层是由以重量百分计的：立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白刚玉23-31％、湿润剂3-4％、陶瓷结合剂19-21％，总量为100％制成；

实施例1：生产密度为2.258g/cm³、体积450cm³的研磨盘，其立方氮化硼混合物层是由立方氮化硼517.5g(占组份总重量的50.93％)、糊精粉13.5g(占组份总重量的1.33％)、白刚玉238.5g(占组份总重量的23.47％)、湿润剂39.6g(占组份总重量的3.90％)、陶瓷结合剂207g(占组份总重量的20.37％)，总量1016.1g(100％)。

实施例2：生产密度为2.260g/cm³、体积560cm³的研磨盘，其立方氮化硼混合物层是由立方氮化硼560g(占组份总重量的44.25％)、糊精粉22.4g(占组份总重量的1.77％)、白刚玉380.8g(占组份总重量的30.09％)、湿润剂50.4g(占组份总重量的3.98％)、陶瓷结合剂252g(占组份总重量的19.91％)，总量1265.6g(100％)

其中陶瓷结合剂为氧化硅或三氧化二铝或氧化锂或氧化镁；湿润剂是由每200g水中加入1g的糊精粉配制而成，立方氮化硼为市售的超强度磨料CBN如990CBN 80/110、850CBN 110/120，白刚玉为WA180型材料。

实现上述立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘，包括实施例1、实施例2的生产方法是，如图2所示，先将金属基体按要求用车床加工成所需的磨盘体备用(包括在基体上打孔开槽)，再将立方氮化硼混合物层粘结在金属基体1上圆平面，所说的立方氮化硼混合物层是按以下方法制成：

首先进行混合配料，按组方要求，在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼44-52％与白刚玉23-31％混匀后，加入湿润剂3-4％充分混合，使每颗砂粒都被湿润剂浸润，根据料的多少和粗细决定混料时间长短，一般500克左右的料需搅拌40分钟，然后加入陶瓷结合剂19-21％、糊精粉1-2％，用力进行充分搅拌混匀，同时要经常用毛刷清理混料工具(如研钵)，500克混料搅拌一般需40分钟，与湿混时间基本一样，混配好后，过30-60号筛，装入袋中备用(最好是称好重量，贴上标签，写明粒度及时间等)；若是230/270以细料湿混时，先把立方氮化硼44-52％、白刚玉23-31％、陶瓷结合剂19-21％、糊精粉1-2％混合在一起，混配时间为40-100分钟，然后加入湿润剂3-4％，混合搅拌40-100分钟，再过60-80号筛，装入袋中备用；

配混料后，选择所需成型模具，将混料装入模具内进行成型，装料应分次进行，一般要3-5次，投料时要进行搅拌、刮平、捣料，捣料时要由轻到重慢慢地均匀进行，最后一次无需捣料，如模具采用组合模具，成型槽磨条成六方块时，必须进行捣料；如一次成型数种规格的研磨盘，要按研磨盘的粒度由细到粗的成型顺序进行，而且根据立方氮化硼混合物层的薄厚来决定投料次数，并选择合适的模具垫块，一般情况，研磨盘高度H＝15-30mm时，垫块厚度h＝1.5-2.5mm；H＝31-55mm时，h＝2.6-4mm；

成型后的立方氮化硼混合物层，置于烤箱内进行干燥，若是体积小的研磨盘采用槽磨条和六方块成型后可当天进行分级干燥，其干燥温度为40-140℃，累计时间为8小时，具体见下表：

干燥曲线1：

温度(℃)	40	60	80	100	120	140
温度(℃)	40	60	80	100	120	140	时间(h)	1	1	2	2	1	1

内、外元磨头，当外径D＞30mm时，需凉至24小时后再进行干燥，干燥分级进行，干燥温度40-140℃，累计时间11小时，具体见下表：

干燥曲线2：

温度(℃)	40	60	80	100	120	140
温度(℃)	40	60	80	100	120	140	时间(h)	2	2	2	2	1	2

当烘箱(干燥箱)温度降至40℃以下后，取出所干燥后的混合物硼层体，即立方氮化硼混合物层体；

干燥好后的立方氮化硼混合物层装入窖或烧炉中进行烧结，烧结时，耐火板要平整无粗大颗粒，垫砂要撒均匀，所有CBN制品放平整后，再在制品上均匀撒一层垫砂；体积小的研磨盘必须全部埋砂；耐火板及CBN制品要平稳地放入高温炉中，以避免碰撞而造成CBN制品的移动和错位。CBN制品直径在25mm以下时，温度为100-770℃，分12级烧结，累计时间为8小时35分钟，详见下表：

温度(℃)	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700	770
温度(℃)	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700	770	时间(min)	40	40	40	40	40	40	40	40	60	45	45	45

CBN制品直径Φ≥30mm时，温度为100-770℃，分13级烧结，累计时间为9小时45分钟，详见下表：

温度(℃)	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	620	680	770
温度(℃)	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	620	680	770	时间(min)	40	40	40	40	40	40	45	50	50	50	50	50	50

烧结好后，经测验，包括重量、尺寸、强度合格后，再进行整形，使之符合形体要求，然后将金属基体与(CBN)立方氮化硼制成的立方氮化硼混合物层体进行粘结，使其成为一体，粘结具体方法是：

1、准备好粘接胎具，调整好尺寸，做好粘结的前期准备工作；

2、基体检查合格后，进行喷砂、清洗，放烘箱干燥，干燥温度在55-60℃；

3、对CBN砂轮体进行详细检查后，进行喷砂(视情况而定)、清洗、干燥，干燥温度55-60℃；

4、先把粘接用胶进行预热，温度不高于60℃，其胶可为市售的二合一胶合剂或胶结剂，严格按照1∶1的比例调胶，并在胶内加入胶重量的6％的填料，填料是由白刚玉、陶瓷结合剂、糊精粉制成，配比为：白刚玉28.5份，陶瓷结合剂18.6份和糊精粉1.8份。充分调均匀后，即可进行粘接。

5、粘接好的制品，在室温下放置1-2小时后，再放入烘箱进行硬化，硬化温度为55-60℃；硬化时间12小时。硬化后的制品经测验合格的制品再进行细加工，之后即可检验入库，包装待售(用)。

实现实施例1(或2)的生产方法根据上述是，先进行混合配料，按组方要求，在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼517.5g(或560g)与白刚玉238.5g(或380.8g)混匀后，加入湿润剂39.6g(或50.4g)充分混合，使每颗砂粒都被湿润剂浸润，根据料的多少和粗细决定混料时间长短，一般500克左右的料需搅拌40分钟，然后加入陶瓷结合剂207g(或252g)、糊精粉13.5g(或22.4g)，用力进行充分搅拌混匀，同时要经常用毛刷清理混料工具(如研钵)，500克混料搅拌一般需40分钟，与湿混时间基本一样，混配好后，过30-60号筛，装入袋中备用(最好是称好重量，贴上标签，写明粒度及时间等)；若是230/270以细料湿混时，先把立方氮化硼517.5g(或560g)、白刚玉238.5g(或380.8g)、陶瓷结合剂207g(或252g)、糊精粉13.5g(或22.4g)混合在一起，混配时间为40-100分钟，然后加入湿润剂39.6g(或50.4g)，混合搅拌40-100分钟，再过60-80号筛，装入袋中备用；然后再如前述进行成型、干燥、烧结、检验和整形。

本发明产品经国家权威的质检部门检测，其质量完全达到或超过规定标准，研磨盘平行度、平面度及研磨盘外圆对基准内孔面的跳动均不超过0.02mm，研磨盘外圆基体内孔表面和端面粗糙度小于Ra0.8，其余表面粗糙度最大允许值为Ra3.2，砂轮在1500rpm的不平衡量＜0.5g.cm，研磨盘表面无裂纹、凹坑、发泡及两个以上长、宽大于1mm的崩刃，研磨盘内孔的极限偏差为h7，外径极限偏差为±0.2mm，厚度极限偏差为±0.3mm，磨具磨削锋利，耐磨性能好，单位磨损量极小。磨削钢材时的磨削比为4000-10000，是普通磨料高速磨料的120-150倍，被磨削工件的耐用度能提高30-50％，而且经试用，本发明产品立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘

还具有以下突出的优点：

1、立方氮化硼对黑色金属，特别是硬度大，韧性大，高温强度高，热传导率低的材料具有良好的磨削性能，其金属磨除率是金刚石的10倍，解决了硬而韧的难磨材料的加工问题。

2、同一磨具可以磨削不同材料，不同规格工件，不必更换磨具，机床参数，加工条件不必经常变更，且磨具寿命长，特别适用于多品种、中、小批量磨具生产和CNC、FMS、CIM以及FA加工使用。

3、表面质量得到提高，一般无裂纹，不易烧伤，并且可获得残余压应力，显著地提高工件的疲劳强度。

4、立方氮化硼磨具磨削容易保持尺寸精度，更重要的是其导热性比刚玉大得多，因而能将磨削热迅速导出，减少工件热变形。

5、立方氮化硼虽然初始成本高，但因磨损小，寿命长，效率高，分摊到每一个工件的磨具成本费反而比普通磨具低。

总之本发明的研制成功，必为空调、冰箱生产及高速钢部件廉价、高效、高质量磨削加工作出突出的创造性贡献，开创砂轮生产的广阔天地，并产生巨大的经济和社会效益。

Claims

1、一种立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘，其特征在于，是磨盘式金属基体(1)上圆平面粘结立方氮化硼混合物层(2)制成，立方氮化硼混合物层是由以重量百分比计的：立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白刚玉23-31％、湿润剂3-4％、陶瓷结合剂19-21％，总量为100％制成。

2、根据权利要求1所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘，其特征在于，所说的立方氮化硼混合物层是由立方氮化硼517.5g、糊精粉13.5g、白刚玉238.5g、湿润剂39.6g、陶瓷结合剂207g制成。

3、根据权利要求1所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘，其特征在于，所说的立方氮化硼混合物层是由立方氮化硼560g、糊精粉22.4g、白刚玉380.8g、湿润剂50.4g、陶瓷结合剂252g制成。

4、实现权利要求1所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘的生产方法，其特征在于，先将金属基体用车床制成磨盘体，再将立方氮化硼混合物层粘结在金属基体上圆平面上，所说的立方氮化硼混合物层是按以下方法制成：

先进行混料，按组方要求，在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼44-52％与白刚玉23-31％混匀后，加入湿润剂3-4％混匀，然后加入陶瓷结合剂19-21％、糊精粉1-2％搅拌混匀，过30-60号筛；在230/270以细料湿混时，先把立方氮化硼44-52％、白刚玉23-31％、陶瓷结合剂19-21％、糊精粉1-2％混合在一起，混配时间为40-100分钟，然后加入湿润剂3-4％，混合搅拌40-100分钟，再过60-80号筛，将混料装入模具成型，成型后的立方氮化硼混合物层，置于烤箱内进行分级干燥，干燥温度为40-140℃，烘箱温度降至40℃以下时，取出混合物硼层体，再置入烧炉中进行分级烧结，烧结温度为100-770℃，再经检验、整形即为成品。

5、根据权利要求4所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘的生产方法，其特征在于，该研磨盘是先将金属基体用车床加工成磨盘体，再将由立方氮化硼517.5g、糊精粉13.5g、白刚玉238.5g、湿润剂39.6g、陶瓷结合剂207g混合制成的立方氮化硼混合物层粘结在金属基体上圆平面上，所说的立方氮化硼混合物层的生产方法是：先进行混合配料，在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼517.5g与白刚玉238.5g混匀后，加入湿润剂39.6g混合拌匀，然后加入陶瓷结合剂207g、糊精粉13.5g，再搅拌混匀，混配好后，过30-60号筛，在230/270以细料湿混时，先把立方氮化硼517.5g、白刚玉238.5g、陶瓷结合剂207g、糊精粉13.5g混合均匀，然后加入湿润剂39.6g，拌匀后再过60-80号筛，然后再进行成型、干燥、烧结、检验和整形。

6、根据权利要求4或5所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘的生产方法，其特征在于，所说的干燥是分级进行的，在温度40℃下干燥1小时、温度60℃下干燥1小时、温度80℃下干燥2小时、温度100℃下干燥2小时、温度120℃下干燥1小时、温度140℃下干燥1小时，累计干燥8小时；当立方氮化硼混合物层直径＞30mm，所说干燥是，在温度40℃下干燥2小时、温度60℃下干燥2小时、温度80℃下干燥2小时、温度100℃下干燥2小时、温度120℃下干燥1小时、温度140℃下干燥2小时，累计干燥11小时。

7、根据权利要求4或5所述的立方氮化硼陶瓷结合剂研磨盘的生产方法，其特征在于，所说的烧结是分级进行的，当立方氮化硼混合物层直径25mm以下时，是在温度100℃下烧结40分钟、温度150℃下烧结40分钟、温度200℃下烧结40分钟、温度250℃下烧结40分钟、温度300℃下烧结40分钟、温度350℃下烧结40分钟、温度400℃下烧结40分钟、温度450℃下烧结40分钟、温度500℃下烧结60分钟、温度600℃下烧结45分钟、温度700℃下烧结45分钟、温度770℃下烧结45分钟；当立方氮化硼混合物层直径Φ≥30mm时，是在温度100℃下烧结40分钟、温度150℃下烧结40分钟、温度200℃下烧结40分钟、温度250℃下烧结40分钟、温度300℃下烧结40分钟、温度350℃下烧结40分钟、温度400℃下烧结45分钟、温度450℃下烧结50分钟、温度500℃下烧结50分钟、温度550℃下烧结50分钟、温度620℃下烧结50分钟、温度680℃下烧结50分钟；温度770℃下烧结50分钟。