一種硬質砂輪以及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明公開一種硬質砂輪及其制備方法，屬于硬質模具技術領域。
【背景技術】
[0002]砂輪又稱固結磨具，砂輪是由結合劑將普通磨料固結成一定形狀(多數為圓形，中央有通孔)，并具有一定強度的固結磨具。其一般由磨料、結合劑和氣孔構成，這三部分常稱為固結磨具的三要素。按照結合劑的不同分類，常見的有陶瓷砂輪、樹脂砂輪、橡膠砂輪。砂輪是磨具中用量最大、使用面最廣的一種，使用時高速旋轉，可對金屬或非金屬工件的外圓、內圓、平面和各種型面等進行粗磨、半精磨和精磨以及開槽和切斷等。
[0003]砂輪是在磨料中加入結合劑，經壓坯、干燥和焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質量、生產率和經濟性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。
[0004]磨料是制造砂輪的主要原料，它擔負著切削工作。因此，磨料必須鋒利，并具備高的硬度、良好的耐熱性和一定的韌性。砂輪中用以粘結磨料的物質稱為結合劑，砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性及抗腐蝕能力主要決定于結合劑的性能。常用的結合劑有:陶瓷(耐熱性、耐腐蝕性好、氣孔率大、易保持輪廓、彈性差)，應用廣泛，適用于乂 < 35m/s的各種成形磨削、磨齒輪、磨螺紋等。樹脂強度高、彈性大、耐沖擊、堅固性和耐熱性差、氣孔率小；適用于V > 50m/s，可制成薄片砂輪，用于磨槽、切割等。橡膠的強度和彈性更高、氣孔率小、耐熱性差、磨粒易脫落；適用于無心磨的砂輪和導輪、開槽和切割的薄片砂輪、拋光砂輪等。
[0005]砂輪的硬度是指砂輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難以程度。砂輪的硬度軟，表示砂輪的磨粒容易脫落，砂輪的硬度硬，表示磨粒較難脫落。砂輪的硬度和磨料的硬度是兩個不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的砂輪，它主要決定于結合劑的性能、數量以及砂輪制造的工藝、磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”，選擇砂輪的硬度，實際上就是選擇砂輪的自銳性。
[0006]砂輪的組織是指組成砂輪的磨粒、結合劑、氣孔三部分體積的比例關系。通常以磨粒所占砂輪體積的百分比來分級。
[0007]砂輪的外徑應盡可能選擇大一些，以提高砂輪的圓周速度，這樣對提高磨削加工生產率與表面粗糙度有利。此外，在機床剛度及功率許可的條件下，如選用寬度較大的砂輪，同樣能收到提高生產率和降低粗糙度的效果，但是在磨削熱敏性高的材料時，為避免工件表面的燒傷和產生裂紋，砂輪的寬度適當減小。
[0008]
【發明內容】
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本發明提供一種成本低、制備方法簡便且耐磨的硬質砂輪。
[0009]上述硬質砂輪中各組分的重量份比:
銅粉50~70份
單晶剛玉 10~25份立方氮化硼7~15份酚醛樹脂 10~25份環氧樹脂 10~17份二硫化鉬 0.5-2.5份氟鋁酸鉀 2.5-6份三氧化二鐵2.5-6份氧化鋅 1.5-4份氧化鋁 1.5-4份陶瓷釉 8~15份。
優選的，上述各組分的重量百分比為:
銅粉66份
單晶剛玉 17份立方氮化硼12份酚醛樹脂 18份環氧樹脂 12份二硫化鉬 1.5份氟鋁酸鉀 4份三氧化二鐵5份氧化鋅 2.5份氧化鋁 3份陶瓷釉 12份。
[0010]本發明以銅粉、單晶剛玉和立方氮化硼為磨料，酚醛樹脂和環氧樹脂為結合劑，二硫化鉬、氟鋁酸鉀、三氧化二鐵、氧化鋅和氧化鋁為添加劑，增加陶瓷釉以提高砂輪的耐磨性。
[0011]具體地，上述磨料的粒度為20~40 μ m。
[0012]立方結構的氮化硼，分子式為BN，其晶體結構類似金剛石，硬度略低于金剛石，為HV72000?98000兆帕，常用作磨料和刀具材料。
[0013]立方氮化硼磨具的磨削性能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，且有利于嚴格控制工件的形狀和尺寸精度，還能有效提高工件的磨削質量，顯著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲勞強度，延長了使用壽命，增加了可靠性。
[0014]酚醛樹脂又稱電木，電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿，遇強酸發生分解，遇強堿發生腐蝕。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有機溶劑中。苯酚醛或其衍生物縮聚而得。本發明選用堿性酚醛樹脂，堿性酚醛樹脂主要做鑄造黏結劑。酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫，即使在非常高的溫度下，也能保持其結構的整體性和尺寸的穩定性。酚醛樹脂是一種多功能，與各種各樣的有機和無機調料都能相容的物質。熱處理會提高固化樹脂的玻璃化溫度，可以進一步改善樹脂的各項性能。玻璃化溫度與結晶固體如聚丙烯的熔化狀態相似。
[0015]環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶的具有三向網狀結構的高聚物。凡分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環氧樹脂。固化后的環氧樹脂具有良好的物理、化學性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優異的粘接強度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶劑穩定。
[0016]二硫化鉬是重要的固體潤滑劑，特別適用于高溫高壓下。二硫化鉬用于摩擦材料主要功能是低溫時減摩，高溫時增摩，燒失量小，在摩擦材料中易揮發。二硫化鉬是經過化學提純綜合反應而得，其pH值為7-8，略顯堿性。它覆蓋在摩擦材料的表面，能保護其他材料，防止它們被氧化，尤其是使其他材料不易脫落，貼附力增強。
[0017]磨料的粒度主要與加工表面粗糙度和生產率有關。粗磨時，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應選用較粗的磨粒。因為磨粒粗、氣孔大，磨削深度較大，砂輪不易阻塞和發熱。精磨時，余量較小，要求粗糙度值較低，可選取較細磨粒。一般而言，磨粒越細、磨削表面粗糙度越好。
[0018]本發明上述粒度的磨料適合的范圍為精磨、超精磨、螺紋磨和珩磨。
[0019]上述加入陶瓷釉的濃度為68~70波美，其中釉的比重為1.83-1.88Kg/L。
[0020]本發明的上述砂輪的磨粒率為61~63%，應用于精磨和成型磨。
[0021]本發明的另一個目的是提供了上述砂輪的制備方法:
1)按照上述配方將各組分裝入混料機中，混合1-2小時，充分混勻以形成混合物；
2)混合物攪拌均勻后刮平，蓋上模板后壓制到所需厚度；然后進行熱處理和壓力變化處理。
[0022]進一步地，將混料壓制成所需的厚度后，先由室溫升溫至200~350°C并加壓至2~5MPa，保溫保壓2~5min ;然后升溫680~720°C，其中壓力升至10~15MPa，保溫保壓1~2小時，然后降溫至100~140°C，同時壓力減壓至2~5MPa，然后升溫至700~800°C，壓力保持為11-13 MPa，保持此溫度和壓力下20~40min ;最后降溫減壓至溫度為室溫，壓力調整至標準大氣壓。
[0023]具體地，上述由室溫升溫至200~350°C的升溫速率為5~10°C /min。
[0024]具體地，上述由溫度為200~350°C升溫至680~720°C的升溫速率為3~7°C /min。
[0025]具體地，上述由溫度為680~720°C降溫至100~140°C的降溫速率為5~7°C /min。
[0026]具體地，上述由溫度為100~140°C升溫至700~800°C的升溫速率為3~7°C /min。
[0027]具體地，上述由溫度為700~800°C降溫至室溫的降溫速率為3~6°C /min。
[0028]上述步驟2)的緩慢升溫與緩慢降溫以及加壓和減壓操作是為了使得混合物成型為砂輪更加密實、使得制備得到的砂輪的耐磨性增強。
[0029]熱壓完畢后冷卻至成型砂輪的密度2.50-2.55g/cm3。
[0030]本發明上述