CN110883705A

CN110883705A - 一种可导电的树脂结合剂砂轮及其制备工艺

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Publication number: CN110883705A
Application number: CN201911266448.7A
Authority: CN
Inventors: 史林峰; 张高亮; 赵延军; 刘超
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-03-17

Abstract

本发明是基于树脂结合剂金刚石砂轮的使用要求和制造方法，设计一种可导电的树脂结合剂砂轮，采用以下原料制备而成，以重量百分比计，双马来酰亚胺树脂粉10%‑55%、锑粉17‑45%、绿碳化硅微粉12%‑20%、硅烷偶联剂1%‑5%，余量为金刚石粉。相对于金属结合剂金刚石砂轮，磨削锋利性及工件表面质量等方面具有大幅改善提升的优势，相对于树脂结合剂金刚石砂轮，对于异型工作面的加工具有高效、高精度加工的优势，以满足超精密数控合金刀具、异型精密玻璃/陶瓷电子元器件等材料的高效、高精密加工要求。

Description

一种可导电的树脂结合剂砂轮及其制备工艺

技术领域

本发明属于金刚石砂轮技术领域，具体涉及一种可导电的树脂结合剂砂轮及其制备工艺。

背景技术

树脂结合剂金刚石砂轮因具有良好的自锐性、锋利性、耐热性、耐酸性以及微弹性等优点，在硬质合金、石材、陶瓷、玻璃、稀土金属、有色金属等材质工件精细磨削加工领域得到了广泛的应用。随着5G技术的成熟及推广应用，先进的移动通信技术及精密电子技术对配套的硬件设施也提出了更高的要求，进而对相关配件需求的超精密数控硬质合金刀具、异型精密玻璃/陶瓷电子元器件等元素的技术要求也大幅提升。

目前市场上常见的异型、精密硬质合金刀具及玻璃/陶瓷等材料的磨削加工通常有两种结合剂金刚石砂轮可用。一是树脂结合剂金刚石砂轮，树脂砂轮具有良好的自锐性和锋利性以及微弹性，所以在加工硬脆材料时，可兼顾高磨削效率和良好的表面质量、及较高成品率等优点；但树脂砂轮的问题在于其异型（包括内凹、圆弧等型面）尺寸精度差，难以通过常规修整达到亚微米级尺寸及形位精度，更难以实现异型电子元器件的批量稳定生产。二是金属结合剂砂轮，金属砂轮因具备良好的导电性而可将异型磨削面的形位精度控制在亚微米等级，能够满足异型精密电子元器件的特殊磨削加工需求；但金属砂轮的结合剂硬度高，砂轮层刚性大，在软弹性磨削应用中具有一定的局限性。

发明内容

本发明是基于树脂结合剂金刚石砂轮的使用要求和制造方法，设计一种可导电的树脂结合剂砂轮，相对于金属结合剂金刚石砂轮，磨削锋利性及工件表面质量等方面具有大幅改善提升的优势，相对于树脂结合剂金刚石砂轮，对于异型工作面的加工具有高效、高精度加工的优势，以满足超精密数控合金刀具、异型精密玻璃/陶瓷电子元器件等材料的高效、高精密加工要求。

本发明采用如下技术方案：

一种可导电的树脂结合剂砂轮，采用以下原料制备而成，以重量百分比计，双马来酰亚胺树脂粉10%-55%、锑粉17-45%、绿碳化硅微粉12%-20%、硅烷偶联剂 1%-5%，余量为金刚石粉。

优选地，所述双马来酰亚胺树脂粉的粒度为15-35μm。

优选地，所述锑粉的粒度为35-55μm；本发明的磨削对象为金刚石砂轮，磨削对象为硬脆材质如合金、石材、玻璃、陶瓷等等，锑粉在本发明中起的主要作用是导电，同时考虑到当磨削对象为硬质合金时，硬质合金材料的主要成分为钴、钨等金属元素，同类元素的存在会严重影响砂轮磨削锋利性和耐磨性。因此本发明的金刚石砂轮选用锑粉。

优选地，所述绿碳化硅微粉的粒度为3-6μm。

优选地，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A171，该偶联剂分子结构中有一个含有不饱和双键结构的乙烯基官能团和三个可水解的烷氧基，可通过金刚石与有机高分子材料双向化学反应提高两者的结合强度，有助于提升复杂型面金刚石砂轮的型面保持能力。

优选地，所述金刚石粉的粒度为45-53μm。

所述可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将所述硅烷偶联剂以1:10-1:30的重量比与甲醇混合并搅拌均匀，制成润湿剂；此处偶联剂与甲醇混合时的温度优选70℃，70℃有助于甲醇与偶联剂在共混过程中释放反映活性，温度过高会造成硅烷偶联剂失效、甲醇挥发过快，温度过低则难以保证混合物活性；后续的混合步骤同样优选70℃；

(2)将所述金刚石粉与步骤(1)制成的润湿剂以100-120:1的重量比混合均匀，然后烘干至恒重；

(3)将所述锑粉与步骤(1)制成的润湿剂以100-120:1的重量比混合均匀，然后烘干至恒重；

(4)将所述绿碳化硅微粉与步骤(1) 制成的润湿剂以100-120:1的重量比混合均匀，然后烘干至恒重；

(5)将所述双马来酰亚胺树脂粉、步骤(3)处理后的锑粉以及(4)处理后的绿碳化硅粉混合后，过180#标准筛网，再在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；

(6)将步骤(2)处理后的金刚石粉与步骤(5)得到的结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过150#标准筛网多次，完成配混料，备用。

(7)以步骤（6）所得配混料为原料，在热压机上完成超硬金刚石砂轮磨料层的压制；

(8)使用40Cr材质的钢板经过车、铣、钳等工序，制备成本发明所需要含安装孔的高强度钢基体；

(9)将(7)所得磨料层与(8)所得高强度钢基体粘接在一起，即可制备得到所述可导电的树脂结合剂砂轮。

本发明的有益效果如下：

本发明旨在设计并制造出一种可导电的树脂结合剂砂轮，既保证其具备树脂结合剂的高锋利性和微弹性的砂轮特性，又可利用其附加的导电性，实现树脂砂轮复杂型面的电加工修整，及难加工材料的电加工和磨削加工的有效结合，进而满足高精度、异型电子元器件的高效、批量加工，符合目前先进通信科技行业应用的发展潮流，对于金刚石砂轮领域的技术提升也具有重大的现实意义。

为实现本发明所述砂轮的可导电性，本发明选择了锑粉，锑粉自身微观结构和化学性能满足电火花加工以及与金刚石砂轮的匹配性需求，能够满足树脂结合剂金刚石砂轮异型工作层结构设计及以及对合金、精密陶瓷等材料高精度、高耐磨性的加工需求。且300目5N级的锑粉与金刚石粉粒度相近、高品级（99.999%）的锑粉能够在改善树脂砂轮导电性的同时，很好的保证砂轮自身的强度，使砂轮能够在异型工作面上保证自身的型面保持能力，避免尖角形貌的砂轮在加工过程中出现剥离和脱落情况。

进一步地，为使本发明所述砂轮在磨削作业时具备良好的型面保持能力，特引入微粉级（W5）绿碳化硅填料，并采用偶联剂对绿碳化硅、金刚石、锑粉进行表面处理，以增加树脂粉、绿碳化硅微粉、金刚石以及锑粉之间的粘结力，保证磨削加工异型工件时砂轮自身的强度和型面保持能力。

因此本发明通过选择合适品级及粒度的金刚石磨粒，添加可提升树脂金刚石砂轮保型性和导电性的金属粉，设计高强度树脂结合剂配方体系，以上成分的存在可保证本发明设计的金刚石砂轮具备可电加工的能力，使其满足电加工的工艺需求，避免二次装卡影响砂轮精度的问题，可实现砂轮良好的型面保持能力和可加工性，制造出具有良好锋利性、保型性以及异型工作面的树脂结合剂金刚石砂轮，满足异型合金、精密玻璃/陶瓷电子元器件等对象的精密加工需求。

附图说明

图1为本发明设计超硬砂轮的剖面图；

图2为图1中I处的异型细节图；

其中 1-超硬磨料层，2-高强度钢基体，3-安装孔。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

实施例1至4优选采用以下原料：

武汉泰格斯公司生产的超细增韧聚酰亚胺树脂（15-35μm）；

郑州磨料磨具磨削研究所有限公司自己开发的3S金刚石粉（270/325）；

四川高纯材料科技有限公司购置的（300目）5N锑粉；

白鸽集团有限公司购置绿碳化硅微粉（W5）；

南京奥诚化工有限公司购置的硅烷偶联剂（A171）。

实施例1至4均采用如下的砂轮制作工艺，具体步骤如下：

(1)将偶联剂以1:20的重量比与甲醇混合并保持70℃均匀搅拌，制成润湿剂；

(2)将金刚石磨料与步骤(1)制成的润湿剂以120:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(3)将锑粉与步骤(1)制成的润湿剂以120:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(4)将绿碳化硅微粉与步骤(1) 制成的润湿剂以120:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(5)将双马来酰亚胺树脂粉与步骤(3)处理后的锑粉、步骤(4)处理后的绿碳化硅微粉混合，过180#标准筛网，再在三维混料机中混合均匀，形成均匀的结合剂体系；

(6)将步骤(2)中处理后的金刚石磨料与步骤(5)中处理后的结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过150#标准筛网三次，完成配混料；

(9)将(7)所得磨料层与(8)所得高强度钢基体粘接在一起，即可制备得到砂轮半成品；

(10)接下来按照砂轮所需求的形状制作对偶形貌的铜质电极；

(11)将步骤(9)制成的砂轮半成品及步骤(10)制成的铜电极安装至电火花修整设备，通过两者接触进行电修整，可获得所需复杂型面的树脂结合剂砂轮；本实施例制备的异型面（如图1和图2所示）仅为举例说明，采用本发明的配方，可以制备任何所需形状的异型面；

(12)将步骤(11)所得砂轮制品清理、打包，即完成制作。

以上步骤7至12并非本发明改进点，采用砂轮制作的常规工序即可。

根据以上工艺制备出的金刚石砂轮，能够满足砂轮型面圆弧度0.05mm以下偏差的技术需求，在磨削应用过程中体现出良好的磨削性能、耐磨性、自锐性和型面保持能力。

下面结合具体的配方实施例来详细说明：

实施例1

双马来酰亚胺树脂粉55%，3S金刚石粉15%，5N锑粉17%，绿碳化硅微粉12%，偶联剂1%；采用上述工艺制备得到可导电的树脂结合剂砂轮，经试验，砂轮电阻率0.78×10⁶ Ω·cm，异型圆弧精度0.100mm，磨削时有工件烧伤以及耐磨性差等情况。

实施例2

双马来酰亚胺树脂粉10%，3S金刚石粉20%，5N锑粉45%，绿碳化硅微粉20%，偶联剂5%；采用上述工艺制备得到可导电的树脂结合剂砂轮，经试验，砂轮电阻率1.12×10³Ω·cm，异型圆弧精度0.050mm，磨削时有砂轮结构剥落以及耐磨性差等情况。

实施例3

双马来酰亚胺树脂粉21%，3S金刚石粉35%，5N锑粉28%，绿碳化硅微粉14%，偶联剂2%；采用上述工艺制备得到可导电的树脂结合剂砂轮，经试验，砂轮电阻率0.55×10⁵Ω·cm，异型圆弧精度0.070mm，磨削时砂轮锋利性好、偶有砂轮结构剥落等情况，耐磨性良。

实施例4

双马来酰亚胺树脂粉16%，3S金刚石粉31%，5N锑粉39%，绿碳化硅微粉12%，偶联剂2%；采用上述工艺制备得到可导电的树脂结合剂砂轮，经试验，砂轮电阻率0.92×10⁴Ω·cm，异型圆弧精度0.040mm，磨削时砂轮锋利性好，没有发生工件烧伤以及砂轮层剥落情况，耐磨性优。

注：本发明采用不同配方比例设计的CBN砂轮在相同工艺的电加工过程中表现有所不同，这是因为不同配方比例设计的CBN砂轮并不都满足同样工况的磨削需求，选择配方的依据在于①使用条件对砂轮的精度需求；②锋利性需求。本发明所提供的配方比例均可满足复杂型面树脂结合剂砂轮的生产制造，都可以应用异型、复杂型面钢材等工程装配用金属材料的磨削加工。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims

1.一种可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，采用以下原料制备而成，以重量百分比计，双马来酰亚胺树脂粉10%-55%、锑粉17-45%、绿碳化硅微粉12%-20%、硅烷偶联剂 1%-5%，余量为金刚石粉。

2.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述双马来酰亚胺树脂粉的粒度为15-35μm。

3.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述锑粉的粒度为35-55μm。

4.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述绿碳化硅微粉的粒度为3-6μm。

5.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A171。

6.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮，其特征在于，所述金刚石粉的粒度为45-53μm。

7.权利要求1至6所述可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将所述硅烷偶联剂以1:10-1:30的重量比与甲醇混合并搅拌均匀，制成润湿剂；

(5)将所述双马来酰亚胺树脂粉、步骤(3)处理后的锑粉以及(4)处理后的绿碳化硅粉混合后，过筛，再混合均匀，形成均匀的结合剂体系；

(6)将步骤(2)处理后的金刚石粉与步骤(5)得到的结合剂体系混合均匀，过筛，完成配混料，备用。