CN1724218A

CN1724218A - 立方氮化硼内圆砂轮及其生产方法

Info

Publication number: CN1724218A
Application number: CN 200510017802
Authority: CN
Inventors: 李和聪; 张艳芳; 刘元锋; 吴宾; 秦艳强
Original assignee: FULAITE SUPERHARD GRINDING Co Ltd ZHENGZHOU
Current assignee: Henan Flint Superhard Abrasives Co., Ltd
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: CN100377838C

Abstract

本发明是一种机械加工用的立方氮化硼内圆砂轮及其生产方法，有效解决空调、冰箱压缩机高速钢部件的加工磨削问题该砂轮是金属圆柱形基体外竖面上有粘结层，粘结层上粘结有立方氮化硼圆环柱体，其生产方法是，配混料——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，工艺简单，易生产，加工部件质量高，效率高，成本低，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

立方氮化硼内圆砂轮及其生产方法

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内圆砂轮及其生产方法(立方氮化硼简称为CBN，以下同)。

二、背景技术

随着人们生活和经济条件的提高，空调、冰箱已为广而用之，而空调、冰箱的核心部件制冷压缩机的曲轴、滚轴、滑块、上下盖等都要求很高的精度，而且所用的材料一般都为高速钢等难磨材料。原采用碳化硅、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，特别是随着科学技术的快速发展，新材料的不断出现，机械加工范围不断扩大，加工质量要求更高，那么如何解决机械加工的高质量、高精度、高效率、低成本的需要呢？

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内圆砂轮及其生产方法，有效解决空调、冰箱压缩机高速钢部件的加工磨削问题该砂轮是金属圆柱形基体外竖面上有粘结层，粘结层上粘结有立方氮化硼圆环柱体，其生产方法是，配混料----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，工艺简单，易生产，加工部件质量高，效率高，成本低，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为本发明产品的俯视图。

图3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，本发明立方氮化硼内圆砂轮是圆柱形金属基体1外竖面上有粘结层2，粘结层2上粘结有立方氮化硼圆环柱体3，本产品可视需要制成系列产品，圆环柱体3直径一般为15-45mm，高(或长)为16-70mm，金属基体1直径为8-25mm，粘结层2是将圆环柱体3牢固的粘装在金属基体1外壁上。

其生产方法是，如图3所示，将金属基体1按要求用车床加工成所需的圆柱体备用；立方氮化硼圆环柱体3和粘结层2的生产方法是，首先制作立方氮化硼圆环柱体3，先配混料，其料配比以重量百分比计为：

立方氮化硼45.2％、糊精粉1.8％、白刚玉28.5％、湿润剂4.1％、核桃壳粉1.8％、结合剂18.6％，总量为100％。

其中结合剂可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。组份中凡固体成份均是已加工好的或市售的粉状物。

在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼与白刚玉混匀后，加入湿润剂充分混合，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，然后加入结合剂、糊精粉、核桃壳粉，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、白刚石、结合剂、核桃粉、糊精粉混合在一起，混配时间为40-100分钟，然后加入湿润剂，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，成型槽磨条和六方块时，必须进行捣料；如一次成型数种规格的砂轮，要按砂轮的粒度由细到粗的成型顺序进行，而且根据砂轮的高低(即立方氮化硼圆环粒体的长短)来决定投料次数，并选择合适的模具垫块，一般情况，砂轮高度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圆环柱体3置于烤箱内进行干燥，若是小砂轮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(min)	2	2	2	2	1	2

当烘箱(干燥箱)温度降至40℃以下后，取出所干燥后的砂轮体，即立方氮化硼圆环柱体3；

干燥好后的砂轮体装入窖及烧炉中进行烧结，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；小磨头砂轮必须全部埋砂；凸轮轴砂轮块及类似制品，需放在相应的砂轮上摆放整齐。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(mim)	50	50	50	50	50	50	50	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)立方氮化硼制成的砂轮体进行粘结，使其成为一体，粘结具体是：

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、核桃壳粉、结合剂、糊精粉制成，配比为：白刚玉28.5份，核桃壳粉1.8份，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)。

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，磨头表面无裂纹，凹坑，发泡及一个以上长、宽大于0.5mm的崩刃，磨头的尺寸偏差均符合要求，见下表：

砂轮体直径		砂轮体长度(高)		金属基体直径
砂轮体直径		砂轮体长度(高)		金属基体直径		基本尺寸	极限偏差	基本尺寸	极限偏差	基本尺寸	极限偏差
4-24mm	+0.15mm0	3-25mm	+0.15mm0	3-18mm	+0.14mm0	基本尺寸	极限偏差	基本尺寸	极限偏差	基本尺寸	极限偏差
4-24mm	+0.15mm0	3-25mm	+0.15mm0	3-18mm	+0.14mm0	＞24-50mm	+0.25mm0	＞25-75mm	+0.20mm0	＞18-40mm	+0.18mm0

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提高30-50％，而且经试用，本发明产品立方氮化硼砂轮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。

我国从九十年代开始，压缩机行业越来越认识到采用CBN砂轮的必要性。目前大部分压缩机是由CBN砂轮磨削加工生产的，但由于开发费用较高，技术难度大，国内大多企业没有能力开发生产，无法满足市场需求。目前所用的大部分砂轮是从日本三井、三菱等公司进口。每年花费近10亿万元的外汇，且因价格昂贵等原因影响了CBN砂轮在国内压缩机行业的推广应用。因此，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、一种立方氮化硼内圆砂轮，其特征在于是圆柱形金属基体(1)外竖面上有粘结层(2)，粘结层(2)上粘结有立方氮化硼圆环柱体(3)。

2、根据权利要求1所述的立方氮化硼内圆砂轮，其特征在于，所说的圆环柱体(3)直径为15-45mm，高为16-70mm，金属基体(1)直径为8-25mm。

3、实现权利要求1或2所述的立方氮化硼内圆砂轮的生产方法，其特征在于是，将金属基体(1)加工成圆柱体，再将立方氮化硼圆环柱体(3)经粘结层(2)粘结在金属基体(1)的外面，立方氮化硼圆环柱体(3)是按以下步骤制成的：先配混料，其料配比以重量百分比计为：立方氮化硼45.2％、糊精粉1.8％、白刚玉28.5％、湿阔剂4.1％、核桃壳粉1.8％、结合剂18.6％，总量为100％，在200/230以粗料湿混时，将立方氮化硼与白刚玉混匀后，加入湿润剂充分混合，使每颗砂粒都被湿润剂浸润，500克的料需搅拌40分钟，然后加入结合剂、糊精粉、核桃壳粉，用力进行充分搅拌混匀，同时用毛刷清理混料工具，500克混料搅拌40分钟，混配好后，过30-60号筛，装入袋中备用；230/270以细料湿混时，先把立方氮化硼、白刚石、结合剂、核桃粉、糊精粉混合在一起，混配时间为40-100分钟，然后加入湿润剂，混合搅拌40-100分钟，再过60-80号筛，装入袋中备用；

配混料后，将混料装入模具内进行成型，装料应分3-5次进行，投料时要进行搅拌、刮平、捣料，捣料时由轻到重慢慢地均匀进行，成型后的立方氮化硼圆环柱体(3)置于烤箱内分级干燥，干燥温度为40-140℃，累计时间为8小时；外径＞30mm时，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；当烘箱温度降至40℃以下后，取出砂轮体；干燥好后的砂轮体装入窖中进行烧结，烧结时，耐火板要平整无粗大颗粒，垫砂要撒均匀，制品放平后再在制品上均匀撒一层垫砂，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；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，烧结好后，进行整形，然后将金属基体与立方氮化硼制成的砂轮体进行粘结，使其成为一体，粘结按以下步骤进行：将金属基体进行喷砂、清洗，放烘箱干燥，干燥温度在55-60℃，对砂轮体进行喷砂、清洗、干燥，干燥温度55-60℃，在60℃以下遇热粘接胶，并加入胶重量的6％的填料，制成粘结层(2)，由粘结层将圆柱金属基体(1)与立方氮化硼圆环柱体(3)粘结在一起，置在室温下放置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。

4、根据权利要求3所述的立方氮化硼内圆砂轮的生产方法，其特征在于，所说的填料是由重量计的：白刚玉28.5份，核桃壳粉1.8份，结合剂18.6份和糊精粉1.8份制成。

5、根据权利要求3所述的立方氮化硼内圆砂轮的生产方法，其特征在于，所说的结合剂为氧化硅或三氧化二铝或氧化锂或氧化镁。

6、根据权利要求3所述的立方氮化硼内圆砂轮的生产方法，其特征在于，所说的湿润剂是由每200g水中加入1g的糊精粉制成。