CN1795078A - 瓷胶结砂轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓷胶结砂轮及其制造方法，该瓷胶结砂轮具有基于预先设定的研磨加工效率和加工精度的孔隙度(优选30至70体积百分比)、研磨粒浓度(优选50至160)和研磨粒直径(优选10至90μm)，优选的加工精度范围为0.1至1.6Rz(μm)，加工效率范围为0.1至2.0mm3/(mm·sec)。

Description

瓷胶结砂轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种由陶瓷粘结剂粘结研磨粒的瓷胶结砂轮及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种在研磨工件小直径内表面时具有较好研磨加工精度和加工效率的瓷胶结砂轮及其制造方法。

背景技术

由于瓷胶结砂轮的粘结剂和组分的比例容易调整，以及它们防水，耐碱和油，所以广泛应用于研磨和抛光加工，包括高精度研磨。

例如，小直径内圆研磨中，其中诸如发动机喷射嘴的小直径喷嘴内表面受到研磨，砂轮的外圆速度受限制，主轴硬度变低。这样，为了保持较好的研磨，就要求砂轮的直径尽可能的大。由于这些原因，直径接近被加工研磨工件内径的砂轮被用来进行小直径内圆研磨。然而，这种研磨中，磨屑的长度增加，堵塞容易发生。这样的倾向在研磨效率增加时特别明显。

图2显示了内圆研磨时研磨的有效切削刃距和容屑槽之间的关系。如图2所示，研磨时为了防止堵塞和提高加工效率，相比标准值(图2(A))来增加磨粒直径和增加有效切削刃距尺寸We和容屑槽P的方法(图2(B))是可以想到的。然而，这种方法中，由于有效切削刃距We变宽，加工精度(表面光洁度)最终会下降。另一方面，为了增加加工精度，相比标准值(图2(A))减小磨粒直径和减少有效切削刃距尺寸We和容屑槽P的方法也是可以想到的(图2(C))。然而，这种方法中，由于减小了容屑槽P的体积，结果容屑槽很快被研磨工件的碎屑填满。这种情况下进而继续研磨时，砂轮阻塞，导致失效。由于这种提高研磨的加工效率和加工精度之间的矛盾，同时获得两者是困难的。

按照惯例，想要同时获得研磨的加工效率和加工精度的努力一直在进行。例如，通过降低由砂轮里研磨粒的比率所提供的研磨粒浓度来增加砂轮加工效率和加工精度的方法已经设想过。然而，当研磨粒的浓度降低，研磨粒之间粘结性也降低，为研磨粒之间的粘合带来了问题。另外，研磨粒的分散度降低，导致研磨粒不能均匀散布在砂轮里的问题。这样，通过降低研磨粒浓度的方法很难同时获得研磨的加工效率和加工精度的提高。

用空心无机物代替一部分cBN研磨粒的方法也是已知的(见日本未审查专利公开(KOKAI)Showa No.62-251077)。这种方法中，在研磨过程中，空心无机物被研磨成粉而形成孔隙，期望其可以产生类似于容屑槽的作用。然而，砂轮中，其中一部分cBN研磨粒被空心无机物替代且研磨粒的浓度制成大约100，由于研磨粒浓度的下降，研磨粒的散布情况恶化，要获得研磨粒均匀散布的砂轮就变得困难。另外，由于空心无机物也由陶瓷粘结剂保持，原本粘结cBN研磨粒的陶瓷粘结剂最终被截留在了空心无机物里。这样，当使用空心无机物材料时，就必须使用比通常更多的陶瓷粘结剂，导致了低孔隙度的缺陷。另外，当研磨过程中空心无机物被破坏，那些用来粘结空心无机物的陶瓷粘结剂最终保留在砂轮里，造成遭破坏砂轮的缺陷形式。

通过使用象胡桃木，木屑和类似的有机孔隙形成材料来形成孔隙的方法是已知的。孔隙形成材料在煅烧前就混合进模制品，然后在煅烧阶段燃尽，煅烧后在砂轮里获得孔隙。这样一种孔隙形成材料的使用理想之处在于，当诸如空心无机物的填料混合进砂轮时不会有缺陷发生，并允许低浓度的获得。

然而，因为其研磨粒不是氧化物且包含大量的陶瓷粘结剂，依靠所用孔隙形成材料的类型，有比普通砂轮更大幅的收缩倾向的缺陷，普通砂轮中使用WA研磨粒(白色氧化铝研磨粒)的氧化铝基(A基)研磨粒和类似物。此外进一步的缺陷在于，传统孔隙成形材料的应用使得孔隙很难均匀分布，不适合陶瓷cBN砂轮，因为它要求研磨粒的分布比普通砂轮更加均匀。

近年来，为了提高传统孔隙成形材料的性能，即使在制造瓷胶结砂轮时也使用煅烧和均匀散布孔隙的方法来减少收缩，其中研磨粒的浓度制成小于200的技术是已知的(例如，日本未审查专利公开(KOKAI)No.2000-317844)。应用这样的方法所获砂轮的优点在于，即使当研磨粒的浓度很低，小于200，且研磨速比很高，研磨烧毁和失效也不趋发生，且使用方便。

然而，即使在前述的方法中，当浓度过低，也就是，当孔隙形成材料的直径比所述研磨粒的平均磨粒直径大时，磨粒间的距离变大，于是有效切削刃距增加。结果，就出现了不能保持良好加工精度的问题。上述的方法也出现了砂轮中孔隙和磨粒不均匀的问题。相应地，就需要进一步改善上述方法，即使是砂轮的浓度进一步降低时，也维持较好的加工效率和加工精度。

发明内容

本发明的目是提供一种瓷胶结砂轮，即使使用小直径研磨粒，也要保持上述的孔隙度以及研磨粒和孔隙均匀散布。

本发明的另一个目的是提供一种制造瓷胶结砂轮的方法，即使使用小直径研磨粒，也能够使砂轮保持上述的孔隙度，获得砂轮的研磨粒和孔隙均匀散布。

本发明为了解决上述的问题，同时获得好的研磨加工效率和加工精度，对磨粒的有效切削刃距和容屑槽体积之间的关系进行了广泛的研究。结果发现，先设定研磨的加工效率和加工精度，然后基于预先设定的研磨的加工效率和加工精度设置孔隙度，研磨粒的浓度和磨粒直径，可以获得一个可以同时提高研磨效率和加工表面光洁度的方法；本发明就是基于此做出的。

也就是，本发明的目的通过下面介绍的瓷胶结砂轮达到。

(1)一个至少包含磨粒和陶瓷粘结剂的瓷胶结砂轮，其特征在于：具有基于预定研磨加工效率和加工精度的孔隙度、研磨粒浓度和磨粒直径。

(2)根据(1)所述的瓷胶结砂轮，其中当所述研磨加工精度范围是0.1至1.6Rz(μm)时，研磨加工效率的范围是0.1至2.0mm³/(mm·sec)。

(3)根据(1)或(2)所述的瓷胶结砂轮，其中相对于砂轮的全部体积，所述孔隙度的范围是30至70体积百分比。

(4)根据(1)至(3)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述孔隙度包括基于孔隙形成材料燃烧形成的燃尽孔的压力孔隙度。

(5)根据(4)所述的瓷胶结砂轮，其中相对于砂轮的全部体积，所述压力孔隙度的范围是5至35体积百分比。

(6)根据(4)或(5)所述的瓷胶结砂轮，其中所述孔隙形成材料的尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至3倍。

(7)根据(1)至(6)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中尺寸是研磨粒的平均磨粒直径的1至3倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是20至70体积百分比。

(8)根据(1)至(6)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至1倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是30至70体积百分比。

(9)根据(4)至(8)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述孔隙形成材料是一种聚合体化合物。

(10)根据(1)至(9)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述研磨粒的平均磨粒直径范围是10至90μm。

(11)根据(1)至(10)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述研磨粒的浓度范围是50至160。

(12)根据(1)至(11)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述研磨粒是立方氮化硼研磨粒。

(13)一种瓷胶结砂轮，至少包含研磨粒和陶瓷粘结剂，其中尺寸是研磨粒平均磨粒直径的1至3倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是20至70体积百分比。

(14)一种瓷胶结砂轮，至少包含研磨粒和陶瓷粘结剂，其中尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至1倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是30至70体积百分比。

(15)根据(13)或(14)所述的瓷胶结砂轮，所述研磨粒的平均磨粒直径范围是10至90μm。

(16)根据(13)至(15)中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其中所述研磨粒的浓度范围是50至160。

本发明另外的一个目的是通过下面介绍的瓷胶结砂轮制造方法达到的。

(17)一种瓷胶结砂轮的制造方法，至少包含研磨粒和陶瓷粘结剂，包括如下步骤；

设置研磨的加工效率和加工精度，以及

基于研磨效率和研磨精度设置孔隙度、研磨粒浓度和研磨粒直径。

(18)根据(17)所述的制造方法，其中所述研磨加工精度范围设置为0.1至1.6Rz(μm)，所述研磨加工效率的范围设置为0.1至2.0mm3/(mm·sec)。

(19)根据(17)或(18)所述的制造方法，其中相对于砂轮的全部体积，所述孔隙度的范围设置为30至70体积百分比。

(20)根据(17)至(19)中任何一项所述的制造方法，其中所述孔隙度包括基于孔隙形成材料燃尽所形成的燃尽孔的压力孔隙度。

(21)根据(20)所述的制造方法，其中相对于砂轮的全部体积，所述压力孔隙度的范围设置为5至35体积百分比。

(22)根据(20)或(21)所述的制造方法，其中一种尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至3倍的孔隙形成材料用作所述孔隙形成材料。

(23)根据(17)至(22)中任何一项所述的制造方法，其中一种聚合体化合物用作所述孔隙形成材料。

(24)根据(17)至(23)中任何一项所述的制造方法，其中一种平均磨粒直径范围是10至90μm的研磨粒用作所述研磨粒。

(25)根据(17)至(24)中任何一项所述的制造方法，其中所述研磨粒的浓度范围设置为50至160。

(26)根据(17)至(25)中任何一项所述的制造方法，其中一种立方氮化硼磨粒用作所述研磨粒。

在本发明中，研磨的加工效率和加工精度是预先设定的。这样，本发明可以提供基于前述研磨加工效率和加工精度具有一定孔隙度，一定研磨粒浓度和磨粒直径的瓷胶结砂轮及其制造方法。例如，本发明可以提供一种砂轮，即使研磨加工效率大于等于0.3mm³/(mm·sec)时，也具有小于等于1.0Rz(μm)这样良好的加工精度。另外，本发明可以提供一种砂轮，其中研磨粒和孔隙均匀散布且具有50至160的浓度，并且，即使在使用平均磨粒直径是10至90μm的小直径研磨粒时，通过包含5至35体积百分比基于燃尽孔的压力孔隙度也能具有30至70体积百分比的孔隙度。因此，即使使用小直径磨粒，本发明也可提供与大直径磨粒相当的均匀切削刃距，并且维持容屑槽容积。这样，就提供了一种瓷胶结砂轮，其中研磨的时候阻塞不趋发生，可防止失效，同时获得较好的研磨效率和研磨精度，以及提供了其制造方法。

附图说明

图1为本发明的瓷胶结砂轮的示意性放大剖视图。

图2为示意图，显示了砂轮进行内圆研磨时有效的切削刃距We和容屑槽P之间的关系。

图3为示意性放大剖视图，显示了用传统燃烧材料制造的砂轮的结构。

图4为示意性放大说明图，显示了不使用燃烧材料制造的砂轮的结构。

图5为说明图，显示了本发明的砂轮和传统砂轮的研磨效率比率和有效切削刃距之间的关系。

图6为描述本发明中研磨粒排列和有效切削刃距的说明图。

图7为示意图，显示了本发明的优选实施例和对照例中有效切削刃距为0.1mm时研磨效率之比。

图8(1)至(3)表示使用示例1至3和对照例2的砂轮，以0.3mm³/(mm·sec)的研磨加工效率进行内圆研磨时的结果(功率消耗，表面光洁度，磨损情况)。

图9(1)至(3)表示使用示例1和2的砂轮，以0.7mm³/(mm·sec)的研磨加工效率进行内圆研磨时的结果(功率消耗，表面光洁度，磨损情况)。

具体实施方式

本发明的瓷胶结砂轮及其制造方法将在下面做更详细说明。

[瓷胶结砂轮]

<研磨的加工效率和加工精度>

本发明公开的砂轮具有基于预定研磨加工效率和加工精度的孔隙度、研磨粒浓度和研磨粒直径。研磨的加工效率由宽度为1mm的砂轮每秒钟的研磨量来表示，一般用单位mm³/(mm·sec)来表示。研磨的加工精度可以用表面光洁度来表示，一般用单位十个点的平均光洁度Rz(μm)来表示。

例如，内圆研磨时，当想要获得小于等于1Rz(μm)的研磨精度时，通常的研磨效率大约是0.3mm³/(mm·sec)。相反，本发明的砂轮中，当研磨精度小于等于1Rz(μm)时也可以获得大于等于0.3mm³/(mm·sec)的研磨效率。更具体地，即使当研磨精度设置在0.1至1.6Rz(μm)，优选0.2至1.0Rz(μm)，更优选0.3至0.5Rz(μm)，研磨效率也可以设置为0.1至2.0mm³/(mm·sec)，优选0.2至1.0mm³/(mm·sec)，更优选0.3至0.7mm³/(mm·sec)。

这里，研磨效率比率和有效切削刃距We之间的关系显示在图5中，以描述上述研磨精度和有效切削刃距We之间的关系。例如，如图5所示，当普通砂轮的有效切削刃距为0.1mm时，研磨效率比率小于2。相反，当本发明的砂轮有效切削刃距为0.1mm时，可以使研磨效率比率大于等于2(优选大于等于2.5，更优选大于等于3.0)。(图5显示了当有效切削刃距为0.1mm时，研磨效率比率大于等于3的示例。)本发明公开的砂轮，选择规定尺寸的研磨粒(优选10至90μm)，磨粒不象普通砂轮的磨粒那样一个接一个的排列(参见图2)，而是象图6所示那样不规则排列着，保留一定的有效切削刃距。这样，本发明的砂轮可以获得更好的研磨效率(研磨效率比率)同时保持规定的研磨精度。

<孔隙度>

在本说明书里，“孔隙度”的意思是除去研磨粒、粘合剂和其他填料等的孔隙(空间)的体积和整个砂轮的体积比。在本发明里，孔隙度包括压力孔隙度和自然孔隙度。这里，“压力孔隙度”表示燃尽孔的体积和所有孔隙的体积的比率，其中燃尽孔是在至少包含研磨粒、陶瓷粘结剂和孔隙形成材料的模制品在煅烧步骤中煅烧时，由孔隙形成材料燃尽而形成。“自然孔隙度”是全部孔隙度减去上述压力孔隙度得到的孔隙度，是煅烧前模制品的研磨粒中、陶瓷粘结剂中、和孔隙形成材料中间隙部分的比率。

本发明的瓷胶结砂轮，孔隙度的范围落在30至70体积百分比，优选40至60体积百分比，更优选45至55体积百分比。当孔隙度大于等于30体积百分比时，由于容屑槽的体积合适，研磨时不会发生堵塞，失效不会发生。本发明中由于在煅烧时孔隙成形材料燃尽，比起来那些没有孔隙形成材料的砂轮，可以保证更好的孔隙度，可以获得70以上体积百分比的孔隙度。

在这样的孔隙度下，压力孔隙度就适宜地落在整个砂轮体积的5至35体积百分比的范围内，优选20至35体积百分比，更优选25至35体积百分比。在本发明的瓷胶结砂轮中，孔隙形成材料形成的压力孔隙使得研磨加工效率提高。当压力孔隙度大于等于5体积百分比时，研磨可以良好进行。当压力孔隙度小于等于35体积百分比时，砂轮可以制造的坚固。

本发明公开的瓷胶结砂轮，通过燃尽孔隙形成材料而形成的压力孔隙的尺寸极大地影响砂轮性能。例如，压力孔隙越小，砂轮的研磨粒和孔隙的散布就越好。由于增加研磨粒和孔隙的散布性稳定了切削刃距，磨屑的排出性能就会增加，研磨时的功率消耗就会减少，这些都被认为是对生产效率的提高有益。另外，由于砂轮的强度增加，砂轮由于研磨产生的磨损减小，提高了耐用性。本发明的瓷胶结砂轮可以包含孔隙(包括压力孔隙和自然孔隙)，尺寸是研磨粒的平均磨粒直径的1至3倍的孔隙，相对于所有孔隙的体积占20至70体积百分比的比率，优选30至60体积百分比，更优选30至50体积百分比。本发明的瓷胶结砂轮可以是包含孔隙的砂轮，尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至1倍的孔隙，相对于所有孔隙的体积占30至70体积百分比的比率，优选40至70体积百分比，更优选50至70体积百分比。具有理想尺寸的孔隙的比率可以通过适当设置孔隙形成材料的尺寸和增加其含量来调整。具有期望尺寸的孔隙的比率可以通过限制砂轮的幅度来计算，用一个可以进行三位测量的显微镜来测量其断面获得三维数据，然后分析其剖面形状。

<孔隙形成材料>

本发明使用的孔隙形成材料并不作具体限制，只要其在煅烧阶段可以被燃尽。最好所用孔隙形成材料的燃烧开始温度大于等于下文描述的陶瓷粘结剂的临界温度，燃烧结束温度小于陶瓷粘结剂煅烧温度范围最大值。

比如，使用燃烧开始温度最少比陶瓷粘结剂的临界温度高5℃(10℃较好，20℃更好)，燃烧结束温度最少比包括陶瓷粘结剂在内的砂轮初始材料的煅烧温度范围的最大值低5℃(10℃较好，20℃更好)的孔隙形成材料是合适的。

理想的孔隙形成材料具有一定的强度，从而在制造砂轮的过程中避免初始材料的破碎。只要具有一定的强度可以避免破碎的材料都可以使用，不论其是实心的还是空心的。

孔隙形成材料的比重最好大于等于1(例如1至2.5，1至1.5较好)。孔隙形成材料的比重大于等于1时，搅拌时它不会浮于初始材料之上，而且可以在初始材料内均匀散布。

孔隙形成材料的尺寸最好根据理想的压力孔隙尺寸来选择。如上文所述，压力孔隙越小，研磨时的功率消耗越小，可以获得的生产效率就越高。另外，压力孔隙越小，砂轮的强度越大，研磨时砂轮的磨损越轻，获得好的耐用性。然而，当压力孔隙直径过小时，研磨时的加工效率降低。基于上面的观点，孔隙形成材料的尺寸是研磨粒的平均磨粒直径的0.1至3倍比较合适。特别地，基于研磨时功率消耗和砂轮耐用性的考虑，孔隙形成材料的尺寸是研磨粒的平均磨粒直径的0.16至1倍更好。例如，在使用cBN研磨粒做为研磨粒时，若研磨粒的平均磨粒直径是22至36μm时，可用尺寸是3.5至36μm的孔隙形成材料。

孔隙形成材料的形状不做具体限制。然而，优选具有正球形的研磨粒，其可在制造工艺中分散良好。

初始材料中的孔隙形成材料的含量，也就是体积百分比，优选10百分比至50百分比，更优选15百分比至45百分比，进一步优选15百分比至40百分比。当其体积百分比大于等于10时，可以获得燃尽孔的形成。当其体积百分比小于等于50百分比时，可以制造出具有合适强度和耐用性的砂轮。

孔隙形成材料的具体示例是：诸如聚甲基丙烯酸脂和聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物组分，和含碳量为90质量百分比或更多的碳组分。优选使用聚甲基丙烯酸甲酯作为孔隙形成材料。

<研磨粒>

本发明中提到的研磨粒的磨粒直径可以基于上述研磨加工效率和加工精度由浓度与孔隙度之间的关系来确定。例如，在上述研磨效率和研磨加工精度范围内，使用平均磨粒直径在10至90μm范围的研磨粒比较合适，优选18至60μm，更优选20至55μm，最优选25至45μm。当研磨粒的平均磨粒直径大于等于10μm时，研磨粒之间的粘结就没有问题，研磨的加工效率也不会急剧下降。当研磨粒的平均磨粒直径小于等于90μm时，可以保持上述的切削刃距，提高加工精度。

除平均磨粒直径落在上述范围内之外，研磨粒的类型不做其它特殊限定。例如，cBN研磨粒，A基(氧化铝基)、C基(金刚砂基)研磨粒都可以。当研磨高精度零件的内表面时，cBN研磨粒较合适，上述研磨粒可以单独使用，也可以两种或三种混合使用。

当使用cBN研磨粒做为研磨粒时，需要一种或几种普通研磨粒和空心无机材料做为填充料。然而，在这种情况下，适当调整填充料的量，使得cBN研磨粒的浓度范围为50至160。

另外，当使用金刚砂研磨粒做为磨粒时，应该选择合适的陶瓷粘结剂类型和孔隙形成材料的类型以及煅烧温度这样的生产条件，以防止金刚砂研磨粒变质。

研磨粒的浓度应该适当地选择在50至160，优选75至150，更有选100至125。这里，术语“浓度”表示研磨粒在整个砂轮里的比率。例如，使用金刚砂研磨粒时，4.4ct/cm³使100的浓度对应于25体积百分比，相应地，200的浓度对应于50体积百分比。当研磨粒具有与上述金刚砂研磨粒的密度不同时，密度与金刚砂研磨粒的不同就被考虑在内，浓度根据以上这些来确定。使用cBN研磨粒做为研磨粒时，与金刚砂研磨粒一样，100的浓度对应于25体积百分比，200的浓度对应于50体积百分比。

在本发明中，如上所述，浓度在相对低的范围50至160内调整，同时孔隙度在30至70体积百分比的范围内调整，从而在进行高效研磨时保持或增加容屑槽的体积并防止砂轮的堵塞和熔化。

<陶瓷粘结剂>

在本发明中，陶瓷粘结剂可以根据磨粒的类型进行适当选择。例如，当制造以cBN研磨粒做为研磨粒的陶瓷cBN砂轮时，陶瓷粘结剂例如可以是硼硅酸盐玻璃或者结晶玻璃。结晶玻璃的一个例子就是沉淀的硅锌矿石。为了获得合适的保持强度，考虑到研磨粒的热膨胀系数，陶瓷粘结剂的热膨胀系数期望落在±2×10^-6(1/K)(室温达到500℃)的范围内。

当采用一种用于超级研磨粒的陶瓷粘结剂做为陶瓷粘结剂时，用于煅烧包含粘合剂的砂轮初始材料的温度要根据所含用于超级研磨粒的陶瓷粘结剂的类型来选择。由于用于超级研磨粒的陶瓷粘结剂的转变温度比用于普通研磨粒的陶瓷粘结剂的转变温度低，煅烧包含用于超级研磨粒的陶瓷粘结剂的砂轮初始材料的温度优选落在650至1000℃的范围，更优选700至950℃的范围。当温度大于等于650℃时，即使在煅烧过后，具有一定强度的砂轮也可获得。温度小于等于1000℃，超级研磨粒不会恶化。

用于超级研磨粒的陶瓷粘结剂的优选组分的示例是，SiO₂：40至70的质量百分比，Al₂O₃：10至20的质量百分比，B₂O₃：10至20的质量百分比，M¹O：2至10的质量百分比，M² ₂O：2至10的重量百分比。这里，M¹表示一种或多种选自碱土金属的金属，M²表示一种或多种选自碱金属的金属。

陶瓷粘结剂的含量可以适当选择。例如，关于初始材料的体积，陶瓷粘结剂的含量可以选择13至35的体积百分比范围，优选18至22的体积百分比范围。

在本发明的瓷胶结砂轮里，其用于研磨的部分至少含有上述的组分就足够了。相应地，本发明的瓷胶结砂轮例如包括那些砂轮，其中包含研磨粒和陶瓷粘结剂的瓷胶结砂轮部分提供在不包含研磨粒的由陶瓷制成的支承表面上。

另外，当本发明的瓷胶结砂轮是陶瓷超级磨粒砂轮时，陶瓷超级磨粒砂轮通常包括一些添加物，例如脆化剂和固体润滑剂，希望的话以适当的量一起混合。

[瓷胶结砂轮的制造方法]

本发明的瓷胶结砂轮的制造方法将在下面做详细说明。

本发明的制造方法的步骤包括设置研磨的加工效率和加工精度，设置基于加工效率和加工精度的孔隙度，研磨粒的浓度，和磨粒直径。考虑到研磨的加工效率和加工精度、孔隙度、研磨粒的浓度以及磨粒直径，上述的瓷胶结砂轮无需变化即可使用。另外，上述设定的用于本发明瓷胶结砂轮的研磨粒、陶瓷粘结剂、孔隙形成材料可适合用作本发明之制造方法中的研磨粒、陶瓷粘结剂、孔隙形成材料。

本发明的制造方法可包括煅烧步骤，其中模制品至少包含研磨粒、陶瓷粘结剂和将在煅烧时燃尽的孔隙形成材料。在本发明的制造方法中，至少包含研磨粒、陶瓷粘结剂和孔隙形成材料的模制品的煅烧方法最好是这样，其中模制品通过在一段时间内保持一定的温度而煅烧以燃尽孔隙形成材料。这种方法最好之处在于，煅烧阶段中陶瓷粘结剂在融化之前孔隙形成材料燃尽，避免由于粘合剂和磨粒的自由移动使得研磨粒煅烧收缩和瓦解。

上述保持时段最好足够长以使前述包含在模制品里的孔隙形成材料得以燃尽。足以使孔隙形成材料燃尽的时段可以根据所制砂轮的形状和直径来适当选择。

将前述模制品保持在陶瓷粘结剂煅烧温度下时，其被保持的温度落在了煅烧温度的范围内。只要这温度保持在煅烧的温度范围内，温度的变化(例如，随时间升温)是允许的。

煅烧过程中保持一定时段的温度最好大于等于孔隙形成材料的燃尽结束温度(优选比燃尽结束温度高5℃的温度，更优选比燃尽结束温度高10℃的温度)。煅烧模制品的温度(煅烧阶段的最高温度)可以是在陶瓷粘结剂的煅烧范围内的一个温度，同时大于等于孔隙形成材料的燃尽结束温度。

在本发明的制造方法中，在模制品煅烧阶段模制品的尺寸最好是足以使所用孔隙形成材料燃尽的尺寸。例如，当模制品的形状是长方体时，其厚度(长方体最薄处的尺寸)最好设置为小于等于10mm(优选小于等于5mm，更优选小于等于3mm)。做为另一个实施例，当模制品的形状是圆柱体，其边厚(圆柱体的壁厚)可以设置为小于等10mm(优选小于等于5mm，更优选小于等于3mm)。

在本发明的制造方法中，煅烧阶段的空气使孔隙形成材料可以在其中充分燃烧。当孔隙形成材料含碳时，可使用含氧空气，普通空气足矣。

在本发明的制造方法中，煅烧步骤之前可插入生产模制品的步骤。

模制品最好通过混合和搅拌至少如下材料获得：研磨粒、陶瓷粘结剂粉末、含有诸如糊状粘结剂的初始粘合剂的孔隙形成材料，以得到混合物，其中每种组分都均匀分布，并通过压制和烘干来模制该混合物。

当制造陶瓷超级研磨粒砂轮时，诸如脆化剂、固体润滑剂和模制辅助剂这些通常用于陶瓷超级研磨粒砂轮的理想添加物，可以以适当的量混合进上述初始材料。

依照上述制造方法获得的瓷胶结砂轮可以作各种研磨设备的砂轮。即使被研磨对象直径很小，也可以获得高的研磨效率和研磨精度。这样，它适合用来进行内圆研磨。本发明砂轮的应用示例包括燃料喷射装置和压力校准器喷嘴的内表面和薄面研磨，以及轴承内外轮轴的研磨。

示例

下面将通过示例详细描述本发明。

对示例中描述的材料、使用量、比率、步骤内容以及步骤次序进行适当的调整是可能的且不脱离本发明的精神。因此，本发明的保护范围不能被限制解释为以下具体示例。

1.砂轮及其结构的制造

显示在表示在实施例1至3与对照例1和2中以下混合的初始材料是通过压模成形并在空气中经过24小时900℃(在这过程中温度保持在900℃一个小时)的煅烧以获得瓷胶结砂轮。在示例1中，在以10℃/分钟的速度升温的情况下测量质量的减少，聚甲基丙烯酸甲酯的初始燃烧温度(质量减少10百分比)是300℃，燃烧结束温度(质量减少90百分比)是500℃。所述陶瓷粘结剂的转变温度是550℃，特定的煅烧温度是850至950℃。

<示例1的初始材料及其混合>

cBN研磨粒                                 55.1份体积

(磨粒平均直径：30μm(#600)，浓度：160)

聚甲基丙烯酸甲酯                          17.4份体积

(磨粒平均直径：30μm，真比重：1.2)

陶瓷粘结剂                                27.5份体积

糊状粘结剂                                14.5份体积

<示例1的砂轮煅烧后的结构>

cBN研磨粒                                 40.0份体积

孔隙                                            40.0份体积

燃尽孔隙(压力孔隙)：10.0份体积

自然孔隙：30.0份体积

尺寸是研磨粒的磨粒平均直径的1至3倍的孔隙的比率：37体积百分比

陶瓷粘结剂                                      20.0份体积

<示例2的初始材料及其混合>

cBN研磨粒                                       55.1份体积

(磨粒平均直径：30μm(#600)，浓度：160)

聚甲基丙烯酸甲酯                                17.4份体积

(磨粒平均直径：5μm，真比重：1.2)

陶瓷粘结剂                                      27.5份体积

糊状粘结剂                                      14.5份体积

<示例2的砂轮煅烧后的结构>

cBN研磨粒                                       40.0份体积

孔隙                                            40.0份体积

燃尽孔隙(压力孔隙)：10.0份体积

自然孔隙：30.0份体积

尺寸是研磨粒的磨粒平均直径0.1至1倍的孔隙的比率：67体积百分比

陶瓷粘结剂                                      20.0份体积

<示例3的初始材料及其混合>

cBN研磨粒                                       56.5份体积

(磨粒平均直径：30μm(#600)，浓度：160)

聚甲基丙烯酸甲酯                                21.0份体积

(磨粒平均直径：5μm，真比重：1.2)

陶瓷粘结剂                                      22.5份体积

糊状粘结剂                                      14.5份体积

<示例3的砂轮煅烧后的结构>

cBN研磨粒                                       40.0份体积

孔隙                                            40.0份体积

燃尽孔隙(压力孔隙)：14.0份体积

自然孔隙：30.0份体积

陶瓷粘结剂                                      16.0份体积

<对照例1的初始材料及其混合>

cBN研磨粒                                       55.1份体积

(磨粒平均直径：30μm(#600)，浓度：160)

含碳纤维(150μm)                            17.4份体积

陶瓷粘结剂                                  27.5份体积

糊状粘结剂                                  14.5份体积

<对照例1的砂轮煅烧后的结构>

cBN研磨粒                                   43.7份体积

孔隙                                        40.0份体积

燃尽孔隙(压力孔隙)：10.0份体积

自然孔隙：30.0份体积

陶瓷粘结剂                                  16.3份体积

<对照例2的初始材料及其混合>

cBN研磨粒                                   69.2份体积

(磨粒平均直径：30μm(#600)，浓度：180)

陶瓷粘结剂                                  30.8份体积

糊状粘结剂                                  14.3份体积

<对照例2的砂轮煅烧后的结构>

cBN研磨粒                                   45.0份体积

孔隙(自然孔隙)                              35.0份体积

陶瓷粘结剂                                  20.0份体积

图1，3和4是示例1和对照例1和2的砂轮煅烧后的结构示意性的放大剖视图。如图1所示，本发明的砂轮是一种砂轮，其中cBN研磨粒1被陶瓷粘结剂3粘结，并具有燃尽孔隙(压力孔隙)2和自然孔隙4。如图3所示，对照例1的砂轮是一种砂轮，其中cBN研磨粒21和燃尽孔隙22被陶瓷粘结剂23粘结，并具有孔隙24。如图4所示，对照例2的砂轮是一种砂轮，其中cBN研磨粒31被陶瓷粘结剂32粘结，并具有孔隙33。

当本发明砂轮的结构与对照例砂轮的结构进行对比，图1所示的示例1中的砂轮与对照例1和2中的砂轮相比，研磨粒和孔隙分布更加均匀且具有更大的孔隙度。相反，图3所示的对照例1中的砂轮尽管具有高孔隙度，但其研磨粒分布不均匀。图4所示的对照例2的砂轮研磨粒分布不均匀但孔隙度低。这表明本发明的砂轮是一种具有良好容屑槽尺寸同时保持一定有效切削刃距的砂轮。

2.对瓷胶结砂轮的评价(1)

由示例1获得的砂轮和对照例1和2获得的砂轮来进行内圆研磨，检查他们的研磨效率比率和有效切削刃距尺寸之间的关系。图7给出了结果。被研磨对象、加工条件和修整条件如下所示。

<被研磨对象>

材料：                          SCM415

尺寸：                          内径φ3.95mm

研磨误差：                      φ0.05mm

<加工条件>

使用的机器：                    内圆磨床

研磨类型：                      液冷却振荡研磨

砂轮的外圆速度：                22.6m/s

被研磨对象的外圆速度：          0.5m/s

研磨效率比率：                  1-3.2

振动：                          打开

研磨油：                        油基

<修整条件>

修整器：                        φ50平方圆柱旋转

磨削的修整深度：                φ1μm/道次

转速：                          0.004mm/转

在图7中，为了得到相同的有效切削刃距We(0.1mm)，示例1中普通研磨的研磨效率比率可以提高到3.2。相反，对照例1和3中普通研磨的研磨效率比率只能提高到1.9。这表明在同样的研磨精度情况下，本发明的瓷胶结砂轮是传统砂轮研磨效率的1.7倍。

3.对瓷胶结砂轮的评价(2)

在研磨效率为0.3mm³/(mm·sec)时，使用由示例1至3以及对照例2获得的砂轮进行内圆研磨试验，检查它们的功率消耗、表面光洁度和磨损。功率消耗的变化如图8(1)所示，表面光洁度的测量结果如图8(2)所示，磨损的测量结果如图8(3)所示。示例1和2获得的砂轮以0.7mm³/(mm·sec)的研磨效率进行内圆研磨试验，检查它们的功率消耗、表面光洁度和磨损。功率消耗的变化如图9(1)所示，表面光洁度的测量结果如图9(2)所示，磨损的测量结果如图9(3)所示。然而，由于对照例2的砂轮在修整之后的加工中立刻发生失效，所以就没做后续实验。

被研磨对象，加工条件和修整条件如下所示。

<被研磨对象>

材料：                          SUJ-2

尺寸：                          内径φ28.3mm

研磨误差                        φ0.36mm

<加工条件>

使用的机器：                    内圆磨床

研磨类型：                液冷却振荡研磨

砂轮的外圆速度：          45m/s

被研磨对象的外圆速度：    1.25m/s

振动：                    打开

研磨油：                  水溶性

<修整条件>

修整器：                  φ25平方圆柱旋转

磨削修整深度：            φ4μm/道次

转速：                    0.030mm/转

(i)功率消耗

如图8(1)所示，对照例2的砂轮在最初的内圆研磨中功率消耗极大并发生失效，不能继续研磨。相对地，如图8(1)和9(1)所示，示例1至3的砂轮功率消耗在较低水平，研磨过程中可以保持稳定，不会失效，可以连续研磨。

(ii)表面光洁度

如图8(2)所示，示例1至3的砂轮在研磨效率为0.3mm³/(mm·sec)情况下，获得了小于等于0.7Rz(μm)的研磨精度。

另外，如图9(2)所示，示例1和2的砂轮在研磨效率为0.7mm³/(mm·sec)情况下，获得了小于等于0.8Rz(μm)的研磨精度。

(iii)磨损

比较图8(3)和9(3)所示的示例1和2，示例2的砂轮，其具有较小直径(即，较小压力孔隙)的孔隙形成材料，具有更好的强度，于是磨损就小。比较示例2和3，其中使用具有同一直径的孔隙形成材料，如图8(3)所示，示例2的砂轮，含有更多粘合剂、更硬且因此磨损更小。

工业实用性

如上所述，本发明的瓷胶结砂轮具有孔隙度、研磨粒浓度和基于预定研磨加工效率和加工精度的磨粒直径。这样，本发明的砂轮提供被加工表面光洁度的精密加工，同时提高研磨的加工效率，这在以前被认为是砂轮相互抵触的指标。

本发明的瓷胶结砂轮加工方法中，砂轮的研磨加工效率和加工精度被预先设定。基于该研磨加工效率和加工精度，设定孔隙度、研磨粒浓度和磨粒直径。这样，本发明的加工方法允许在砂轮中研磨粒和孔隙的均匀散布，从而允许砂轮的制造同时保证研磨加工效率和加工精度。

Claims (26)

1.一种瓷胶结砂轮，至少包括研磨粒和陶瓷粘结剂，其特征在于：具有基于预先设定的研磨加工效率和加工精度的孔隙度、研磨粒浓度和磨粒直径。

2.根据权利要求1所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：当所述研磨精度范围是0.1至1.6Rz(μm)时，研磨效率的范围是0.1至2.0mm³/(mm·sec)。

3.根据权利要求1或2所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：相对于砂轮的全部体积，所述孔隙度的范围是30至70体积百分比。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述孔隙度包括基于孔隙形成材料燃烧形成的燃尽孔的压力孔隙度。

5.根据权利要求4所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：相对于砂轮的全部体积，所述压力孔隙度的范围是5至35体积百分比。

6.根据权利要求4或5所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述孔隙形成材料的尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至3倍。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：尺寸是研磨粒平均磨粒直径的1至3倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是20至70体积百分比。

8.根据权利要求1至6中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至1倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是30至70体积百分比。

9.根据权利要求4至8中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述孔隙形成材料是一种聚合体化合物。

10.根据权利要求1至9中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述研磨粒平均磨粒直径范围是10至90μm。

11.根据权利要求1至10中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述研磨粒的浓度范围是50至160。

12.根据权利要求1至11中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述研磨粒是立方氮化硼研磨粒。

13.一种瓷胶结砂轮，至少包括研磨粒和陶瓷粘结剂，其特征在于，尺寸是研磨粒平均磨粒直径的1至3倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是20至70体积百分比。

14.一种瓷胶结砂轮，至少包括研磨粒和陶瓷粘结剂，其特征在于，尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至1倍的孔隙相对于所有孔隙的体积的比率范围是30至70体积百分比。

15.根据权利要求13或14所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述研磨粒的平均磨粒直径范围是10至90μm。

16.根据权利要求13或15中任何一项所述的瓷胶结砂轮，其特征在于：所述研磨粒的浓度范围是50至160。

17.一种瓷胶结砂轮的制造方法，至少包括研磨粒和陶瓷粘结剂，其包括如下步骤；

设置一个研磨加工效率和加工精度，以及

设置基于研磨加工效率和加工精度的孔隙度、研磨粒浓度和磨粒直径。

18.根据权利要求17所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：所述研磨加工精度范围设置为0.1至1.6Rz(μm)，所述研磨加工效率的范围设置为0.1至2.0mm³/(mm·sec)。

19.根据权利要求17或18所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：相对于砂轮的全部体积，所述孔隙度的范围设置为30至70体积百分比。

20.根据权利要求17至19中任何一项所述的制造方法，其特征在于：所述孔隙度包括压力孔隙度，压力孔隙度基于孔隙形成材料燃烧形成的燃尽孔。

21.根据权利要求20所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：相对于砂轮的全部体积，所述压力孔隙度的范围设置为5至35体积百分比。

22.根据权利要求20或21所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：一种尺寸是研磨粒平均磨粒直径的0.1至3倍的孔隙形成材料用作所述孔隙形成材料。

23.根据权利要求17至22中任何一项所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：一种聚合体化合物用作所述孔隙形成材料。

24.根据权利要求17至23中任何一项所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：一种平均磨粒直径范围是10至90μm的研磨粒用作所述研磨粒。

25.根据权利要求17至24中任何一项所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：所述研磨粒的浓度范围设置为50至160。

26.根据权利要求17至25中任何一项所述的瓷胶结砂轮的制造方法，其特征在于：一种立方氮化硼研磨粒用作所述研磨粒。

Images