CN110900473B - 一种可导电的树脂结合剂砂轮及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是基于树脂结合剂CBN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，采用以下原料制备得到，以重量百分比计，酚醛树脂粉10%‑50%、钴粉19%‑45%、白刚玉微粉14%‑34%、硅烷偶联剂1%‑5%，余量为CBN磨料。相对于电铸CBN砂轮，其在加工成本和尺寸稳定性等方面具有大幅改善提升的优势，相对于普通树脂结合剂CBN砂轮，其在异型工作面加工方面具有高效、高精度加工的优势，以满足轴承套圈沟道槽、精密液压夹具沟道以及淬火后齿轮等材料的高效、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CBN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CBN砂轮因具有良好的自锐性、锋利性、加工效率高和不易堵塞等优点，适用于轴承钢、模具钢、铸铁、高速钢、不锈钢等工程装配用金属材料的磨削加工。目前树脂CBN砂轮已成熟应用于制冷领域的不锈钢、高速钢材料的磨削加工，轴承套圈的端面磨削工艺也逐步由刚玉砂轮转为树脂CBN砂轮，但套圈的沟道槽磨削仍多由刚玉砂轮完成。究其原因不过是刚玉砂轮自身强度底，容易实现仿形修整；而树脂CBN砂轮尽管具有良好的锋利性和耐磨性，但当其形状失真后重新修复原有形貌则具有较大的难度，不便于大批量的生产应用。存在同样问题的磨加工领域还有液压夹具沟道、淬火后齿轮等异型、复杂型面钢材的高效、高精度磨削加工。

为了解决异型、复杂型面钢材等工程装配用金属材料的磨削加工难题，市场上开发了多种刚玉砂轮和CBN砂轮。目前市场上常见工艺仍多为刚玉砂轮，限于刚玉砂轮自身性能限制，难以满足大批量、尺寸稳定性优良、高效率的磨削加工。在CBN砂轮方面，发明专利CN 105710795 B公开了一种齿轮高精度成型磨CBN电铸砂轮的制备方法，该发明能够很好的控制砂轮磨削面的型面，但使用电铸砂轮完成相关异型工作面的磨削加工成本较高，使得齿轮、液压夹具沟道以及轴承套圈沟道槽的磨削成本大幅增加。而在端面、平面磨削工艺中成熟应用的树脂CBN砂轮则因其异型面的精度控制和可修复性较低，内凹、圆弧面的修复尺寸精度差等原因，也难以解决上述工件的高精度加工难题。

发明内容

本发明是基于树脂结合剂CBN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，相对于电铸CBN砂轮，其在加工成本和尺寸稳定性等方面具有大幅改善提升的优势，相对于普通树脂结合剂CBN砂轮，其在异型工作面加工方面具有高效、高精度加工的优势，以满足轴承套圈沟道槽、精密液压夹具沟道以及淬火后齿轮等材料的高效、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，采用以下原料制备得到，以重量百分比计，酚醛树脂粉 10%-50%、钴粉 19%-45%、白刚玉微粉 14%-34%、硅烷偶联剂1%-5%，余量为CBN磨料。

优选地，所述酚醛树脂粉的粒度为15-35μm，优选PF-2893A酚醛树脂粉，流动性好（35-60），固化剂含量低（6%），可实现高脆性树脂砂轮的制作，满足锋利性磨削需求。

优选地，所述钴粉的粒度为1-3μm；钴粉除了能为砂轮制品带来导电性、耐磨性，还可为砂轮制品带来优异的韧性，这也是钴粉区别于锑粉等其他金属粉可应用于硬质合金的原因之一，因此，这里选用钴粉参与制作导电CBN砂轮是最优选择。

优选地，所述白刚玉微粉的粒度为3-6μm。

优选地，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A171；A171是乙烯基三甲氧基硅烷，由方舟（佛冈）化学材料有限公司提供；其具有较高的使用温度，不会因为参与制作的CBN砂轮在磨削钢制品时产生大量磨削热而丧失自身性能。

优选地，所述CBN磨料的粒度为63-75μm。

所述的可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，包括以下步骤：

(1)将所述偶联剂以1:15-1:25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；后续的混合烘干步骤同样优选70℃；

(2)将所述CBN磨料与步骤(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)将所述钴粉与步骤(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)将所述白刚玉微粉与步骤(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)将所述酚醛树脂粉与步骤(3)处理后的钴粉以及步骤(4)处理后的白刚玉微粉混合后，过筛，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CBN磨料与步骤(5)得到的结合剂体系在三维混料机中混合均匀，过筛，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金刚石砂轮。

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高锋利性和微弹性的砂轮特性，又可采用电修整的方法将其磨料层修整成复型面，满足高精度、异型钢材的高效、批量加工，对我国工程装备用钢质零部件的高精密、高效加工领域具有强大的推动作用，对于CBN砂轮领域的技术提升也具有重大的现实意义。

本发明首先通过选择合适品级及粒度的CBN磨粒，添加可提升树脂CBN砂轮保型性和导电性的金属粉（超细钴粉自身微观结构和化学性能满足电火花加工以及与CBN砂轮的匹配性需求，能够满足树脂结合剂CBN砂轮异型工作层结构设计及以及对不锈钢、轴承钢等材料高精度、高耐磨性的加工需求），设计高强度树脂结合剂配方体系，使其既能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，又能够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CBN砂轮。具体而言，为实现本发明所述砂轮的可导电性，本发明选择了超细钴粉，超细粒度（2um）、高品级的钴粉能够在改善树脂砂轮导电性的同时，很好地保证CBN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。而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）白刚玉填料，并采用偶联剂对白刚玉、CBN、超细钴粉进行表面处理，以增加树脂粉、白刚玉微粉、CBN以及钴粉之间的粘结力，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。以上多种成分的存在与协同作用可保证本发明设计的CBN砂轮具备电加工的能力，可实现砂轮良好的型面保持能力和可加工性，兼备良好的自锐性，满足异型轴承钢、铸铁/模具钢件等对象的精密加工需求。

进一步地，为满足树脂结合剂对磨粒较强的把持能力以及良好的磨削锋利性，在CBN磨粒与树脂结合剂体系之间形成物理嵌合及化学键结合的协同作用，保证CBN磨粒在修整过程中不会脱落，须先将偶联剂溶于甲醇，再与CBN充分浸润后烘干至恒重，之后参与混配料。

进一步地，为保证CBN砂轮异型工作面良好的型面保持能力，谨防磨削时砂轮层出现崩裂、成块掉落等问题，需将钴粉、白刚玉微粉等粉体材料与溶于甲醇的偶联剂充分浸润后烘干至恒重，再与所述CBN磨料以及酚醛树脂粉混合均匀，完成成型料的配混。

经初步试验，在本发明提供的树脂结合剂CBN配方及相关工艺下制造出的超硬砂轮具有良好的磨削锋利型，且能够保证异型、高精度要求的工作型面要求，为轴承钢、铸铁、模具钢等行业的异型、高精度加工提供了有效稳定的砂轮。

附图说明

图1为实施例1至4中CBN砂轮的剖面图；

图2为实施例1至4中CBN砂轮的异型细节图；

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：

山东圣泉集团股份有限公司购置的PF-2893A型酚醛树脂（15-35μm）；

英国De Beers公司购置的ABN660 型CBN磨料（200/230）；

法国Eurotungstene购置的（均值2μm）超细钴粉；

白鸽集团有限公司购置白刚玉微粉（W5）；

方舟（佛冈）化学材料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)将硅烷偶联剂以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CBN磨料与步骤(1)制成的润湿剂以100:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(3)将钴粉与步骤(1)制成的润湿剂以100:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(4)将白刚玉微粉与步骤(1) 制成的润湿剂以100:1的重量比混合均匀，然后70℃条件下烘干至恒重；

(5)将酚醛树脂粉与步骤(3)、(4)充分浸润后的钴粉和白刚玉微粉混合后，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)中处理好的CBN磨料与步骤(5)中处理好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；

(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CBN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

原料配比如下：酚醛树脂粉50g，ABN660磨料 14 g，超细钴粉19 g，白刚玉微粉14g，偶联剂3 g；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3.22×10⁶ 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

酚醛树脂粉13 g，ABN660磨料 40 g，超细钴粉22 g，白刚玉微粉20 g，偶联剂5 g；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1.86×10⁵ Ω·cm，异型圆弧精度0.069mm，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3

酚醛树脂粉14 g，ABN660磨料 16 g，超细钴粉45 g，白刚玉微粉24 g，偶联剂1 g；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0.13×10³ Ω·cm，异型圆弧精度0.028mm，磨削时有砂轮结构剥落以及耐磨性差等情况。

实施例4

酚醛树脂粉10 g，ABN660磨料 25 g，超细钴粉30 g，白刚玉微粉34 g，偶联剂1 g；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1.78×10⁴ Ω·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 (6)

1.一种可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，采用以下原料制备得到，以重量百分比计，酚醛树脂粉 10%-50%、钴粉 19%-45%、白刚玉微粉 14%-34%、硅烷偶联剂1%-5%，余量为CBN磨料，具体制备步骤如下：

(1)将所述硅烷偶联剂以1:15-1:25的重量比与甲醇混合并搅拌均匀，制成润湿剂；

(2)将所述CBN磨料与步骤(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)将所述钴粉与步骤(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)将所述白刚玉微粉与步骤(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)将所述酚醛树脂粉与步骤(3)处理后的钴粉以及步骤(4)处理后的白刚玉微粉混合后，过筛，再混合均匀，形成均匀的结合剂体系；

(6)将步骤(2)中处理后的CBN磨料与步骤(5)得到的结合剂体系混合均匀，过筛，完成配混料，备用。

2.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，所述酚醛树脂粉的粒度为15-35μm。

3.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，所述钴粉的粒度为1-3μm。

4.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，其特征在于，所述白刚玉微粉的粒度为3-6μm。

5.根据权利要求1所述的可导电的树脂结合剂砂轮的制备工艺，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的制备工艺，其特征在于，所述CBN磨料的粒度为63-75μm。

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