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CN112059930B - 一种用于合金材料加工的磨盘用磨块及其制备方法和磨盘 - Google Patents

一种用于合金材料加工的磨盘用磨块及其制备方法和磨盘 Download PDF

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CN112059930B CN202010954411.XA CN202010954411A CN112059930B CN 112059930 B CN112059930 B CN 112059930B CN 202010954411 A CN202010954411 A CN 202010954411A CN 112059930 B CN112059930 B CN 112059930B
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Abstract

本发明属于磨盘领域，具体涉及一种用于合金材料加工的磨盘用磨块及其制备方法和磨盘。该磨块由树脂结合剂团簇磨料和陶瓷结合剂烧结制成；所述树脂结合剂团簇磨料主要由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂、磨料的质量比为35‑55:20‑55；所述树脂结合剂由以下质量百分比的组分组成：粘接剂5‑8％，聚酰亚胺树脂45‑60％，造孔剂20‑35％，补强剂5‑15％，偶联剂1‑5％；树脂结合剂与陶瓷结合剂的质量比为35‑55:10‑25。本发明中，树脂结合剂团簇磨料包裹磨料，在团簇磨料磨削时，出现多颗金刚石多刃口磨削，锋利度增加数倍；陶瓷结合剂紧密的把持住树脂结合剂团簇磨料，具有持续自锐性，使用时无需修整。

Description

一种用于合金材料加工的磨盘用磨块及其制备方法和磨盘
技术领域
本发明属于磨盘领域，具体涉及一种用于合金材料加工的磨盘用磨块及其制备方法和磨盘。
背景技术
目前已出现了树脂结合剂超硬磨具、陶瓷结合剂超硬磨具、金属结合剂超硬磨具以及橡胶结合剂超硬磨具来进行不同材料的磨削加工。在航空航天、机械电子、汽车制造、精密器械等领域广泛应用的镍钛合金、钨钼合金、铝镁合金等合金类材料的加工有其特殊的要求。
这类合金类材料具有高塑、高强、高韧、高模量等特点，其硬度极高且又具有韧性磨屑，对于合金类零件的端面磨削加工，目前主要使用的是树脂结合剂磨具或陶瓷结合剂磨具。树脂结合剂磨具使用时需要使用修整轮或者修整环对其不断进行修整，才能保持足够的自锐性和锋利度，磨具的加工效率和使用寿命较低。
申请公布号为CN103223644A的中国发明专利申请公开了一种磨削钛合金用陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮，由立方氮化硼磨料、碳化硅、陶瓷结合剂和粘接剂(临时粘接剂)组成，陶瓷结合剂磨具具有硬度高、使用寿命长的特点，但加工合金类材料容易划伤工件，不适用于高表面光洁度零件类加工，特别不适用于表面粗糙度Ra＜0.1的合金类材料的高表面质量加工，且使用时也需要不断的进行修整，效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于合金材料加工的磨盘用磨块，其自锐性好，加工表面质量高。
本发明的第二个目的在于提供上述磨块的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种使用上述磨块的免修整磨盘。
为实现上述目的，本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的技术方案是：
一种用于合金材料加工的磨盘用磨块，主要由树脂结合剂团簇磨料和陶瓷结合剂烧结制成；
所述树脂结合剂团簇磨料由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂、磨料的质量比为35-55:20-55；所述树脂结合剂由以下质量百分比的组分组成：粘接剂5-8％，聚酰亚胺树脂45-60％，造孔剂20-35％，补强剂5-15％，偶联剂1-5％；
树脂结合剂与陶瓷结合剂的质量比为35-55:10-25。更优选的比例为2-4:1。
树脂结合剂具有一定的软弹性和较高的自锐性，陶瓷结合剂具有一定的气孔和容屑能力以及高强度的特点，本发明结合树脂结合剂、陶瓷结合剂的特点并采用树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂复合形式，制成高品级高自锐性陶瓷树脂复合结合剂磨削层磨块。
本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块，树脂结合剂团簇磨料包裹磨料，在团簇磨料磨削时，出现多颗金刚石多刃口磨削，锋利度增加数倍；陶瓷结合剂紧密的把持住树脂结合剂团簇磨料，树脂、陶瓷相穿插交织，整体结构兼具树脂结合剂的高自锐性、高光洁度磨削，又兼具陶瓷结合剂的大气孔、高容屑能力、强度高等特点，不仅增加了磨块的使用寿命，而且树脂、陶瓷相穿插交织的结构在磨削热量的作用下，使一部分树脂碳化并自动脱落，露出磨料锋利的切削刃口，具有持续自锐性，使用时无需修整。
树脂结合剂中粘接剂起到临时粘接作用，可以选择改性酚醛树脂液、改性环氧树脂液等高分子粘接剂，优选残炭不小于42％。
聚酰亚胺树脂粉起到高温粘接作用，相应的产品为市售常规商品，优选其粘流温度为250℃，热分解温度为700-800℃，粉体粒径为30-50μm。
所述造孔剂为石墨烯、晶萘、松香粉中的一种或两种以上组合。优选的，所述造孔剂的粒度为500-2000目。
所述补强剂为氟化钙、氧化钙、碳酸钙中的一种或两种以上组合。选择分析纯产品即可，优选粒度为100-600目。偶联剂可选择KH560、KH570等有机硅烷偶联剂。偶联剂配合补强剂起到对树脂结合剂补强的作用。
所述磨料为镀镍或钛的金刚石，或者镀镍或者钛的CBN，磨料的粒度为45#-2000#。其镀层占磨料的质量分数为15-30％，镀镍(钛)金刚石或镀镍(钛)CBN为市售产品，其具有与基体的界面结合能力强、提高强度、减小超硬磨料的热损伤等作用。
陶瓷结合剂一般含有Na2O、B2O3、Al2O3、SiO2等成分，本发明对陶瓷结合剂并无特殊要求，只是利用了传统陶瓷结合剂的一般特性，如高强度、具有一定的气孔和容屑能力等，优选的，所述陶瓷结合剂为低温陶瓷结合剂，烧成温度不大于850℃。以上陶瓷结合剂具有低温烧成特性，可避免过高的烧结温度对树脂结合剂的结构产生不良影响。这类低温烧成的陶瓷结合剂可通过市场手段进行购买或通过现有技术进行制备。陶瓷结合剂的粒径优选为5μm-25μm。
本发明的磨块的形状没有特殊限制，可以为扇形片、柱状丸片等，常见为柱状丸片，其直径可以为10-20mm，厚度为3-20mm。
本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法的技术方案是：
一种用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，包括以下步骤：
1)将树脂结合剂、磨料混合，热压成料块，粉碎、造粒，得到树脂结合剂团簇磨料；
2)将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡混料，压制成型、在500-800℃烧结。
本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，使用陶瓷结合剂、树脂结合剂团簇磨料成型、500-800℃烧结，会使一部分树脂结合剂过盈固化，树脂结合剂脆性会增加，而此温度又同时可以使陶瓷结合剂正常发生陶瓷相变，很好的把持树脂结合剂磨料，这样整体组织在磨削时，树脂结合剂，陶瓷结合剂会受力脱落，表现出持续的锋性性，自锐性，不需要修整，寿命长。较好的锋利度也会产生好的磨削表面质量，适用于合金类材料的高自锐性、高光洁度研磨。
步骤1)中，热压的温度为300-400℃，压力为1-5MPa，时间为10-60min。在热压成型制作树脂结合剂团簇磨料时，树脂造孔剂的使用可使树脂结合剂具有一定空隙，树脂发生流动固化交联，空隙使交联结构不至于过于紧密，对于金刚石等超硬磨料的结合能力不至于过高，增加了金刚石磨料的自锐性。为方便造粒成型，优选的，步骤1)中，树脂结合剂团簇磨料为球状，目数为60-150目。
步骤1)中树脂结合剂、磨料的混合可采用高频超声震动混合，可设置震动频率为1000-5000MHz，震动时间为1-3小时。
烧结保证磨块中的结合剂烧成充分皆可，可视磨料的形状、大小进行灵活调节，优选的，步骤2)中，所述烧结的时间为10-15h。其中，液体石蜡起到临时粘接和润滑的作用，在后续烧结过程中形成气体逸出。液体石蜡的添加量一般为陶瓷结合剂质量的1％-3％。压制采用冷压成型，成型压力为1Mpa-9MPa，同时压制时间为10秒-100秒。
本发明的免修整磨盘的技术方案是：
一种免修整磨盘，包括基体和设置在基体上的磨块，所述磨块为上述的用于合金材料加工的磨盘用磨块。
磨盘上磨块的粘接方式及粘接形状可参考现有技术，磨块可间隔设置或接触设置。
利用该磨块制成的磨盘，特别适用于对于航空发动机用的镍钛合金、钨钼合金、铝镁合金等材料的持续自锐性磨削加工、高表面光洁度(Ra＜0.05)精密加工，高平行度(平行度＜2μm)加工和高寿命加工。在磨削加工方式中适用于材料的单、双端面加工，且直到磨盘寿命用尽，不用进行修整，使用寿命长，磨削效率高，加工工件表面无深划痕和纹路。
附图说明
图1为实施例中免修整磨盘的结构示意图；
其中，1-基体，2-磨块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
以下实施例中，粘接剂酚醛树脂液购自河北泽田化工有限公司，型号为PF900A。聚酰亚胺树脂粉的粘流温度为250℃，热分解温度为700-800℃，粉体粒径为30-50μm，购自武汉志晟科技有限公司。补强剂氟化钙购自国药集团化学试剂有限公司。陶瓷结合剂购自佛山市晶谷材料科技有限公司生产的056号低温陶瓷结合剂(软化点450-500℃)，其较优烧成温度范围为500-800℃。
一、本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的具体实施例
实施例1
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块，为丸片状，直径为10mm，厚度为5mm。
磨块由树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂和液体石蜡制成。
树脂结合剂团簇磨料由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂由以下质量百分比的原料组成：粘接剂酚醛树脂液5％、聚酰亚胺树脂粉50％、造孔剂石墨烯25％、补强剂氟化钙15％、KH560偶联剂5％。树脂结合剂与磨料的质量比为55:20。
其中，聚酰亚胺树脂粉的粒径为30-50μm，石墨烯的目数为1200目，氟化钙的目数为600目。磨料为镀镍金刚石，粒度为120#，镀层在磨料颗粒中的质量分数为15％。
树脂结合剂、陶瓷结合剂的质量比为55:25。陶瓷结合剂的粒度为15-25μm。
实施例2
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块，为丸片状，直径为15mm，厚度为5mm。
磨块由树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂和液体石蜡制成。
树脂结合剂团簇磨料由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂由以下质量百分比的原料组成：粘接剂酚醛树脂液8％、聚酰亚胺树脂粉60％、造孔剂石墨烯25％、补强剂氟化钙5％、KH560偶联剂2％。树脂结合剂与磨料的质量比为35:55。
其中，聚酰亚胺树脂粉的粒径为30-50μm，石墨烯的目数为1500目，氟化钙的目数为80目。磨料为400#镀镍金刚石，镀镍层厚度占磨料的质量分数为20％。
树脂结合剂、陶瓷结合剂的质量比为35:10。陶瓷结合剂的粒度为10-15μm。
实施例3
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块，为丸片状，直径为20mm，厚度为5mm。
磨块由树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂和液体石蜡制成。
树脂结合剂团簇磨料由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂由以下质量百分比的原料组成：粘接剂酚醛树脂液7％、聚酰亚胺树脂粉50％、造孔剂石墨烯25％、补强剂氟化钙15％、KH560偶联剂3％。树脂结合剂与磨料的质量比为52:30。
其中，聚酰亚胺树脂粉的粒径为30-50μm，石墨烯的目数为1500目，氟化钙的目数为80目。磨料为1200#镀镍金刚石，镀镍层厚度占磨料的质量分数为25％。
树脂结合剂、陶瓷结合剂的质量比为52:18。陶瓷结合剂的粒度为5-10μm。
在本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的其他实施例中，在实施例1的基础上，造孔剂可使用精萘、松香粉替换。补强剂可用氧化钙、碳酸钙替换。硅烷偶联剂可用KH570替换。其原料与实施例1中相应原料所达到的效果相当或略差。
二、本发明的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法的具体实施例
实施例4
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，对实施例1的磨块的制备进行说明，具体包括以下步骤：
1)按树脂结合剂的配比称料，总重为500g，其中粉料过60目筛网5次，将各组分混合均匀，得到树脂结合剂。
2)向树脂结合剂中加入镀镍金刚石，放入高频超声震动混料器，设置震动频率为1000MHz，震动时间为1小时，混合1小时，取出备用，得到第一混合料。将第一混合料放入适当的模具，在400℃的温度下，在2MPa的压力下热压10分钟，压成料块；将料块放入研磨粉碎机中粉碎研磨1小时，造粒，过60#筛网3次，得到树脂结合剂团簇磨料。
3)将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡在滚筒混料机上混合1小时，得到第二混合料；液体石蜡的添加量为陶瓷结合剂质量的1％。
将第二混合料放入模具进行冷压，压力设置为1MPa，时间设置为10秒，然后放入马弗炉进行真空烧结，烧结温度为500℃，时间为10小时，卸模。
实施例5
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，对实施例2的磨块的制备进行说明，具体包括以下步骤：
1)按树脂结合剂的配比称料，总重为800g，其中粉料过100目筛网5次，将各组分混合均匀，得到树脂结合剂。
2)向树脂结合剂中加入镀镍金刚石，放入高频超声震动混料器，设置震动频率为1500MHz，震动时间为1.5小时，混合1.5小时，取出备用，得到第一混合料。将第一混合料放入适当的模具，在380℃的温度下，在3MPa的压力下热压15分钟，压成料块；将料块放入研磨粉碎机中粉碎研磨1小时，造粒，过100#筛网3次，得到树脂结合剂团簇磨料。
3)将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡在滚筒混料机上混合1小时，得到第二混合料；液体石蜡的添加量为陶瓷结合剂质量的1.5％。
将第二混合料放入模具进行冷压，压力设置为2MPa，时间设置为20秒，然后放入马弗炉进行真空烧结，烧结温度为600℃，时间为12小时，卸模。
实施例6
本实施例的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，对实施例3的磨块的制备进行说明，具体包括以下步骤：
1)按树脂结合剂的配比称料，总重为1000g，其中粉料过150目筛网5次，将各组分混合均匀，得到树脂结合剂。
2)向树脂结合剂中加入镀镍金刚石，放入高频超声震动混料器，设置震动频率为2500MHz，震动时间为2小时，混合2小时，取出备用，得到第一混合料。将第一混合料放入适当的模具，在330℃的温度下，在5MPa的压力下热压30分钟，压成料块；将料块放入研磨粉碎机中粉碎研磨2小时，造粒，过150#筛网3次，得到树脂结合剂团簇磨料。
3)将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡在滚筒混料机上混合1小时，得到第二混合料；液体石蜡的添加量为陶瓷结合剂质量的2％。
将第二混合料放入模具进行冷压，压力设置为5MPa，时间设置为50秒，然后放入马弗炉进行真空烧结，烧结温度为720℃，时间为15小时，卸模。
三、本发明的免修整磨盘的实施例
实施例7
本实施例的免修整磨盘，结构示意图如图1所示，包括基体1和粘接到基体1上的磨块2，磨块2为实施例4制备的丸片。基体为铝合金或钢材质。制作时，将丸片粘接到基体上，按照设计进行基体加工。
实施例8-9
实施例8-9的免修整磨盘，与实施例7的区别仅在于，分别使用实施例5、实施例6制备的丸片磨块。
四、实验例
本实验例采用实施例1的磨块制作成规格为6A2T-305×50×80×50×5(金刚石粒度120#)的磨盘，将磨盘用于加工直径20mm，余量为3mm的镍钛合金圆块材料，其加工性能与同规格普通陶瓷结合剂和树脂结合剂磨盘相对比，结果如下表1所示。
表1 120#复合结合剂与普通陶瓷和树脂结合剂磨盘加工技术参数对比表
结合剂类型 加工数量 修整频次 加工平行度 加工效率 加工光洁度
复合结合剂磨盘 3.8万件 免修整 0.002mm 2.0mm/min Ra＜0.5
陶瓷结合剂磨盘 2.5万件 6000件 0.005mm 1.8mm/min Ra＜0.7
树脂结合剂磨盘 1.5万件 4000件 0.005mm 1.5mm/min Ra＜0.6
采用实施例2的磨块制作成规格为1A2T 450×45×50×90×5(金刚石粒度400#)的磨盘，将磨盘用于加工直径20mm，余量为1mm的钨钼合金圆块材料，其加工性能与同规格普通陶瓷结合剂和树脂结合剂磨盘相对比，结果如下表2所示。
表2 400#复合结合剂与普通陶瓷和树脂结合剂磨盘加工技术参数对比表
结合剂类型 加工数量 修整频次 加工平行度 加工效率 加工光洁度
复合结合剂磨盘 2万件 免修整 0.001mm 0.3mm/min Ra＜0.1
陶瓷结合剂磨盘 1.5万件 3000件 0.003mm 1.8mm/min Ra＜0.2
树脂结合剂磨盘 1万件 3000件 0.003mm 1.5mm/min Ra＜0.2
采用实施例3的磨块制作成规格为1A2T 1000×52×360×320×5(金刚石粒度1200#)的磨盘，将磨盘用于加工直径20mm，余量为0.5mm的钨钼合金圆块材料，其加工性能与同规格普通陶瓷结合剂和树脂结合剂磨盘相对比，结果如下表3所示。
表3 1200#复合结合剂与普通陶瓷和树脂结合剂磨盘加工技术参数对比表
结合剂类型 加工数量 修整频次 加工平行度 加工效率 加工光洁度
复合结合剂磨盘 1.5万件 免修整 0.0005mm 0.1mm/min Ra＜0.01
陶瓷结合剂磨盘 1万件 1000件 0.001mm 0.05mm/min Ra＜0.05
树脂结合剂磨盘 0.75万件 800件 0.001mm 0.03mm/min Ra＜0.05
由以上实验数据可知，采用实施例的磨块可制成适用于加工合金材料的免修整磨盘，其加工效果高，使用寿命长，加工过程免修整，而且具有较高的加工质量。

Claims (10)

1.一种用于合金材料加工的磨盘用磨块，其特征在于，主要由树脂结合剂团簇磨料和陶瓷结合剂烧结制成；
所述树脂结合剂团簇磨料由树脂结合剂、磨料制成，树脂结合剂、磨料的质量比为35-55:20-55；所述树脂结合剂由以下质量百分比的组分组成：粘接剂5-8%，聚酰亚胺树脂45-60%，造孔剂20-35%，补强剂5-15%，偶联剂1-5%；
树脂结合剂与陶瓷结合剂的质量比为35-55:10-25；
所述聚酰亚胺树脂的热分解温度为700-800℃；
所述陶瓷结合剂为低温陶瓷结合剂，烧成温度不大于850℃；
所述用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法包括以下步骤：
1）将树脂结合剂、磨料混合，热压成料块，粉碎、造粒，得到树脂结合剂团簇磨料；
2）将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡混料，压制成型、在500-800℃烧结。
2.如权利要求1所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块，其特征在于，所述造孔剂为石墨烯、晶萘、松香粉中的一种或两种以上组合。
3.如权利要求1或2所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块，其特征在于，所述造孔剂的粒度为500-2000目。
4.如权利要求1所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块，其特征在于，所述补强剂为氟化钙、氧化钙、碳酸钙中的一种或两种以上组合。
5.如权利要求1所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块，其特征在于，所述磨料为镀镍或钛的金刚石，或者镀镍或者钛的CBN，磨料的粒度为45#-2000#。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将树脂结合剂、磨料混合，热压成料块，粉碎、造粒，得到树脂结合剂团簇磨料；
2）将树脂结合剂团簇磨料、陶瓷结合剂、液体石蜡混料，压制成型、在500-800℃烧结。
7.如权利要求6所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，热压的温度为300-400℃，压力为1-5MPa，时间为10-60min。
8.如权利要求6所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，其特征在于，步骤1）中，树脂结合剂团簇磨料为球状，目数为60-150目。
9.如权利要求6-8中任一项所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述烧结的时间为10-15h。
10.一种免修整磨盘，包括基体和设置在基体上的磨块，所述磨块为权利要求1-5中任一项所述的用于合金材料加工的磨盘用磨块。
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