CN105563355B - 一种用于工件表面快速打磨的砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工件表面快速打磨的砂轮及其制备方法；本发明砂轮是由下述重量份的原料组成：一级棕刚玉20～30，一级镀铱白刚玉15～20，一级单晶刚玉35～45，一级锆刚玉10～15，酚醛树脂液5～6，酚醛树脂粉12.5～13.5，钾冰晶石4～7，钠冰晶石3～4，立德粉1～2，氧化铁红0.1～0.3，硫酸钙晶须5～7，硫化铁2～4；本发明所用的原料都是市售工业原料，便于采购和组织生产，无国家限制或禁用的材料，不会造成环境污染；本发明制备工艺简单，所采用的设备都是标准设备，可以节省投资，节约能源；本发明产品成本与同类产品相比基本持平，具有极大的社会效益和经济效益。

Description

一种用于工件表面快速打磨的砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于固结砂轮磨具技术领域，具体是一种用于工件表面快速打磨的砂轮及其制备方法。

背景技术

当前在工业生产中用于工件表面打磨的主要有两种产品，一种是固结磨具中的钹型砂轮，此砂轮主要用于焊接钢结构件的焊瘤、焊渣粗打磨，铸造件的表面冒口去除、表面清砂，钢件表面的除锈、除氧化物及其他不能机械加工的表面加工等。此砂轮片的优点是效率高，缺点是不能保证被加工工件表面的平整度及粗糙度。另一种是涂附磨具中的百叶砂轮片，此砂轮片主要用于工件表面的除锈、除氧化物、工件表面的痕迹去除。其优点是具有较高的表面光洁度，缺点是不能保证工件表面的平整度，不耐用、效率低、成本高。

目前，一般生产钹型砂轮的大多数厂家都是采用低粒度的棕刚玉磨料，因为磨料越粗越锋利，磨痕也就越大，振动力也就越大，磨料越细锋利度越差，磨痕也就越小，振动力也就越小。随着现代工业的发展，对工件表面的粗糙度、平整度要求越来越高，市场竞争越来越激烈，企业越来越注重生产效率、生产成本，迫切要求有一种砂轮磨片既能快速打磨工件，又能保证工件光洁度、平整度，且成本较低的新型砂轮。怎样既能提高砂轮的锋利度，又不在工件表面产生磨痕，没有振动力，这就要在磨料、配方、产品外形、生产工艺上下功夫。

发明内容

本发明的目的就是针对目前的砂轮磨片不能兼顾打磨效率和打磨效果的问题，提供一种砂轮抛光磨片及其制备方法，本发明砂轮磨片打磨效率高，生产成本低，打磨后工件表面具有良好的光洁度和平整度。

本发明的一种用于工件表面快速打磨的砂轮，包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 20～30 一级镀铱白刚玉 15～20

一级单晶刚玉 35～45 一级锆刚玉 10～15

酚醛树脂液 5～6 酚醛树脂粉 12.5～13.5

钾冰晶石 4～7 钠冰晶石 3～4

立德粉 1～2 氧化铁红 0.1～0.3

硫酸钙晶须 5～7 硫化铁 2～4。

本发明的一种用于工件表面快速打磨的砂轮，其优选配方包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 25 一级镀铱白刚玉 17.5

一级单晶刚玉 40 一级锆刚玉 12.5

酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 13

钾冰晶石 7 钠冰晶石 4

立德粉 1.6 氧化铁红 0.2

硫酸钙晶须 6 硫化铁 3。

所述一级棕刚玉和一级单晶刚玉是采用粒径为60目的原料；所述的一级镀铱白刚玉和一级锆刚玉是采用粒径为70目的原料。

所述酚醛树脂液和所述酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2828B的树脂粉，所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2828B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：85-105℃，聚速：65-90s/150℃，流动度：30-40mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。

本发明的一种用于工件表面快速打磨的砂轮的制备方法，包括下述步骤：

（1）混料 首先将一级棕刚玉、一级镀铱白刚玉、一级单晶刚玉、一级锆刚玉加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钾冰晶石、钠冰晶石、氧化铁红、硫化铁，搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过46目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度为5-25℃，空气湿度＜50%；

（2）成型 采用28工位自动成型机热压成型，首先将机床加热至65℃，设置机床压力为8MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到50℃后，先向模具中倒入第一道成型料，摊刮均匀后加网布压平，再倒入第二道成型料，摊刮均匀，装孔，机压1S，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格放晾至室温后装入砂轮烘烤工装，上紧螺栓准备进入下一道工序；

（3）砂轮硬化 将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：

软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，保温1h，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；

缩聚阶段：控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；

硬化阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，控制炉温1h匀速升温至170℃，保温3h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温降温至100℃；随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得。

本发明中所使用的磨料，是采用以下几种原料：

一级棕刚玉，俗名又称金刚砂，是用矾土、焦炭(或无烟煤)、铁屑三种原料在2000℃以上的电炉中经过融化还原而制得的棕褐色人造刚玉。棕刚玉主要化学成份是AL₂O₃，其含量在94.5%-97%，颗粒形状呈不规则菱柱体，显微硬度为1800～2200Kg/ mm²，韧性好，能承受较大的压力，抗破碎能力强。

一级镀铱白刚玉，外观为玫瑰色，主要成分是AL₂O₃，其含量≥98.5%，比重为3.98，硬度2300～2400Kg/ mm²，比普通白刚玉（2200～2300Kg/ mm²）硬，一级镀铱白刚玉是在普通白刚玉的基础上外表加一层金属铱，经过2200℃的高温锻烧而成。它能填补普通白刚玉因煅烧而产生的裂痕 ，降低了脆性，增加了韧性、硬度，自锐性好，发热量较少，磨削能力强，效率高，并且没有磨痕。

一级单晶刚玉，颗料由单晶体组成，AL₂O₃≥98%，比重3.98，硬度2200～2400Kg/mm²，具有良好的多棱切削刃，较高的韧性，磨削能力强，磨削发热量少，成本较高。

一级锆刚玉，Al₂O₃≥60%，ZrO₂ 20～40%,为X- Al₂O₃和Al₂O₃-ZrO₂的共晶体化合物，比重为4.05，硬度2200 Kg/ mm²，其特点是硬度略低，但韧性大，强度高，通常晶体尺寸较细，耐磨性好。

本发明是根据磨料的特性，采用混合磨料的方式，选用切削率较高的粒径为60-70目的单晶刚玉、锆刚玉磨料与棕刚玉、镀铱白刚玉混合使用，来提高砂轮的切削率和锋利度、自锐性，同时达到不烧伤工件，没有磨痕的目的。

棕刚玉磨料中加入适量的单晶刚玉和镀铱白刚玉会增加砂轮锋利度、硬度，提高研磨能力，同时由于单晶刚玉有多棱切削刃，有较高的韧性，并且磨料粒度较小，在磨削中当工作压力增大到一定程度时，也不会出现发黑与磨痕，从而获得较高的工件表面精度；加入适量锆刚玉，可以增加砂轮的韧性和耐磨性，进一步减少磨痕，提高工件表面精度。

本发明中所使用的结合剂，是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的酚醛树脂液和型号为2828B的酚醛树脂粉，加入树脂的目的是因为树脂经过一定的温度变化后能与磨料紧紧粘贴在一起，而山东圣泉新材料股份有限公司生产的2508树脂液流动性非常好，容易将磨料搅拌均匀，不空易吸收空气中的潮气，不容易退化，存放时间较长。2828B树脂粉熔点较低，流动性好，容易与磨料均匀结合，不空易吸收空气中的潮气，不容易退化，存放时间较长。

本发明中所使用的填料，是采用钾冰晶石、钠冰晶石、立德粉、氧化铁红、硫酸钙晶须和硫化铁。用立德粉取代了传统砂轮配方中的半水石膏，能有效防止砂轮氧化、退化；钾冰晶石、钠冰晶石在砂轮中主要起增加切削力和延长砂轮寿命的作用；硫化铁在砂轮中主要起软化工件，降低工件温度及起填充料的作用；硫酸钙晶须，能提高砂轮的耐磨性、耐热性，有效防止工件被烧伤；氧化铁红起到染色作用。

本发明砂轮在制备时，根据本发明中所采用的原料特性，设计了专门的固化升温程序，当砂轮坯体进入硬化炉，开始加热时，在80-100℃时处于软化阶段，此时坯体的强度最低，易发生变形，需要一定的保温时间来彻底软化，达到树脂与磨料完成融合的目的；随着温度的升高，至100-130℃时，坯体逐渐变硬，此时树脂的缩聚反映加快，挥发物大量排出，磨具最易起泡和裂纹，同时在此期间大量水份随空气挥发出来，此时需开启硬化炉左右侧门及顶盖，让水蒸汽完全排出；当温度升至170℃高温时，经一定时间保温后，坯体即可完全硬化，成为坚硬的固体，在此期间应关闭侧门和顶盖，防此热空气散出。保温时间完后烘箱即自动停止加热，风扇还需继续扇动，让硬化炉内热空气到处流动，待硬化炉温度降至100℃以下后再停烘箱开箱门，在空气中自动冷却到常温后出箱，即得到成品砂轮。在上述硬化过程中，结合剂内树脂分子进一步缩聚和交联，由小分子的低聚物等线型聚合缩合交联成大分子量的网状体型高聚物，同时有一部分挥发物（如氨、游离酚、水等）从砂轮坯体里挥发出来，得到合格的砂轮产品。

本发明砂轮磨片打磨效率高，生产成本低，打磨后工件表面具有良好的光洁度和平整度，且本发明所用的原料都是市售工业原料，便于采购和组织生产，且无国家限制或禁用的材料，不会造成环境污染；本发明制备工艺简单，所采用的设备都是标准设备，可以节省投资，节约能源；本发明产品成本与同类产品相比基本持平，具有极大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例1中砂轮硬化工序的升温曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种用于工件表面快速打磨的砂轮，包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 25 一级镀铱白刚玉 17.5

一级单晶刚玉 40 一级锆刚玉 12.5

酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 13

钾冰晶石 7 钠冰晶石 4

立德粉 1.6 氧化铁红 0.2

硫酸钙晶须 6 硫化铁 3。

所述一级棕刚玉和一级单晶刚玉是采用粒径为60目的原料；所述的一级镀铱白刚玉和一级锆刚玉是采用粒径为70目的原料。

所述酚醛树脂液和所述酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2828B的树脂粉，所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2828B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：85-105℃，聚速：65-90s/150℃，流动度：30-40mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。

本实施例的一种用于工件表面快速打磨的砂轮的制备方法，包括下述步骤：

（1）混料 首先将一级棕刚玉、一级镀铱白刚玉、一级单晶刚玉、一级锆刚玉加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钾冰晶石、钠冰晶石、氧化铁红、硫化铁，搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过46目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度为5-25℃，空气湿度＜50%；

（2）成型 采用28工位自动成型机热压成型，首先将机床加热至65℃，设置机床压力为8MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到50℃后，先向模具中倒入第一道成型料，摊刮均匀后加网布压平，再倒入第二道成型料，摊刮均匀，装孔，机压1S，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格放晾至室温后装入砂轮烘烤工装，上紧螺栓准备进入下一道工序；

（3）砂轮硬化 将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：

软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，保温1h，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；

缩聚阶段：控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；

硬化阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，控制炉温1h匀速升温至170℃，保温3h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温降温至100℃；随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得。

本发明实施例1制得的砂轮与现有其他厂家生产的同类型砂轮的性能比较见下表1。

表1 不同生产厂家的同类型砂轮与本实施例制得的砂轮的性能比较

上表1中100*6是指砂轮的直径为100mm，厚度为6mm。由上表1可以看出本实施例制得的砂轮与国内几家驰名品牌的同类型砂轮相比，材料去除率最高，表面粗糙度最低，磨削比最高，并且加工完之后工件表面没有黑点，光洁度、平整度均比较理想，并且经上述几种砂轮打磨后的工件进行试用，本实施例砂轮加工的工件寿命最长。

实施例2

一种用于工件表面快速打磨的砂轮，包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 20 一级镀铱白刚玉 20

一级单晶刚玉 35 一级锆刚玉 15

酚醛树脂液 5 酚醛树脂粉 13.5

钾冰晶石 4 钠冰晶石 4

立德粉 1 氧化铁红 0.3

硫酸钙晶须 5 硫化铁 4。

所述一级棕刚玉和一级单晶刚玉是采用粒径为60目的原料；所述的一级镀铱白刚玉和一级锆刚玉是采用粒径为70目的原料。

所述酚醛树脂液和所述酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2828B的树脂粉，所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2828B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：85-105℃，聚速：65-90s/150℃，流动度：30-40mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。

所述制备方法同实施例1。

实施例3

一种用于工件表面快速打磨的砂轮，包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 30 一级镀铱白刚玉 15

一级单晶刚玉 45 一级锆刚玉 10

酚醛树脂液 6 酚醛树脂粉 12.5

钾冰晶石 7 钠冰晶石 3

立德粉 2 氧化铁红 0.1

硫酸钙晶须 7 硫化铁 2

所述一级棕刚玉和一级单晶刚玉是采用粒径为60目的原料；所述的一级镀铱白刚玉和一级锆刚玉是采用粒径为70目的原料。

所述酚醛树脂液和所述酚醛树脂粉是采用山东圣泉新材料股份有限公司生产的型号为2508的树脂液和型号为2828B的树脂粉，所述2508树脂液的技术要求为固体含量：＞73%，游离酚含量：＜18%，粘度：500-600mPa.s/25℃，pH：8-8.5，外观：棕红色透明液体，水分：＜15%；所述2828B树脂粉的技术要求为游离粉：＜5.5%，熔点：85-105℃，聚速：65-90s/150℃，流动度：30-40mm，外观：淡黄色粉末，乌洛托品：6-8%，粒度：200#筛余＜1%。

所述制备方法同实施例1。

Claims (4)

1.一种用于工件表面快速打磨的砂轮，其特征在于包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 20～30 一级镀铱白刚玉 15～20

一级单晶刚玉 35～45 一级锆刚玉 10～15

酚醛树脂液 5～6 酚醛树脂粉 12.5～13.5

钾冰晶石 4～7 钠冰晶石 3～4

立德粉 1～2 氧化铁红 0.1～0.3

硫酸钙晶须 5～7 硫化铁 2～4。

2.根据权利要求1所述的一种用于工件表面快速打磨的砂轮，其特征在于包括下述重量份的原料：

一级棕刚玉 25 一级镀铱白刚玉 17.5

一级单晶刚玉 40 一级锆刚玉 12.5

酚醛树脂液 5.5 酚醛树脂粉 13

钾冰晶石 7 钠冰晶石 4

立德粉 1.6 氧化铁红 0.2

硫酸钙晶须 6 硫化铁 3。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于工件表面快速打磨的砂轮，其特征在于：所述一级棕刚玉和一级单晶刚玉是采用粒径为60目的原料；所述的一级镀铱白刚玉和一级锆刚玉是采用粒径为70目的原料。

4.如权利要求1或2所述的一种用于工件表面快速打磨的砂轮的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）混料 首先将一级棕刚玉、一级镀铱白刚玉、一级单晶刚玉、一级锆刚玉加入混料器中搅拌，边搅拌边加入树脂液，充分搅拌均匀后再依次加入钾冰晶石、钠冰晶石、氧化铁红、硫化铁，搅拌均匀，再加入硫酸钙晶须和立德粉搅拌均匀，最后加入树脂粉，搅拌均匀后过46目筛即得成型料，成型料转入储存室储存，储存室温度为5-25℃，空气湿度＜50%；

（2）成型 采用28工位自动成型机热压成型，首先将机床加热至65℃，设置机床压力为8MPa，启动机床，将模具放在机床上，机床空转5-10分钟，至模具温度达到50℃后，先向模具中倒入第一道成型料，摊刮均匀后加网布压平，再倒入第二道成型料，摊刮均匀，装孔，机压1S，压平后退出模具卸模、检验成型砂轮坯体厚度和孔径合格放晾至室温后装入砂轮烘烤工装，上紧螺栓准备进入下一道工序；

（3）砂轮硬化 将装有砂轮坯体的砂轮烘烤工装放入砂轮硬化炉内加热，开启风扇及加热器，砂轮坯体在硬化炉内依次经过软化阶段、缩聚阶段和硬化阶段，即得到成品砂轮，具体情况如下：

软化阶段：打开硬化炉的顶盖和侧门，先控制硬化炉内炉温1h匀速升温至60℃，保温1h，然后控制炉温1h匀速升温至70℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至100℃，保温2h；

缩聚阶段：控制炉温1h匀速升温至120℃，保温1h；

硬化阶段：关闭硬化炉侧门，控制炉温1h匀速升温至140℃，保温1h，再控制炉温1h匀速升温至150℃，保温1h；关闭硬化炉顶盖，控制炉温1h匀速升温至170℃，保温3h，关闭加热管电源，风扇保持运转，使炉温降温至100℃；随后关闭硬化炉电源，打开顶盖和侧门，使砂轮在空气中自然降温至室温即得。