專利名稱：一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于磨料磨具技術領域，更具體涉及一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂 輪及其制造方法。
背景技術：
磨料磨具素有工業(yè)牙齒之稱，是國民經濟尤其是裝備制造業(yè)不可或缺重要的一部 分。磨加工是“車、冼、刨、磨”機械加工方法“四大金剛”中重要的一種，磨加工又是四種加 工方法中精密度最高的一種，當今先進制造業(yè)對磨加工依賴度越來越高，也促進砂輪行業(yè) 快速發(fā)展，產品品種、產量、質量都在不斷增長和提高，市場需求量大幅增加。磨料磨具品種繁多，按產品形態(tài)分有固結磨具(砂輪、磨頭、磨石等)、涂附磨具 (砂帶、砂布等)、游離磨具(研磨砂、研磨膏等)。砂輪是磨料磨具產品品種中最主要的 一種；磨加工行業(yè)用的最多的一種。砂輪按磨加工對象、耐用度要求、昂貴性分為普通砂輪 (剛玉磨料和碳化硅磨料)和超硬砂輪(人造金剛石磨料和CBN磨料)，超硬砂輪雖然在性 能上壽命上都高出普通砂輪許多，但也有磨加工對象的局限性，特別是價格的昂貴限制了 它規(guī)?；茝V應用。所以在相當長時間內，普通砂輪仍然是磨加工行業(yè)的首選，其技術發(fā)展 與產品發(fā)明創(chuàng)新影響與推動著機械行業(yè)技術水平提高。普通砂輪按結合劑不同分為陶瓷結合劑砂輪、樹脂結合劑砂輪和橡膠結合劑砂 輪，樹脂結合劑砂輪主要用于金屬材料切斷、修磨、荒磨等，橡膠結合劑砂輪主要釆用細粒 度磨料用于精磨拋光。而代表機械磨削加工幾種形態(tài)和技術水平的外圓磨、內圓磨、平面 磨、無芯磨、工具磨、齒輪磨等是陶瓷結合劑砂輪，它在機械磨削加工中占有最重要地位，它 具有耐高溫、物理化學性能穩(wěn)定、量大面廣等特點。但隨著新材料技術和先進制造業(yè)的發(fā) 展，各種高強度、高硬度、高韌性新型難磨材料不斷出現，陶瓷結合劑砂輪按傳統(tǒng)分類的以 棕剛玉(A)、白剛玉(WA)為代表的剛玉系砂輪和以綠碳化硅(GC)、黑碳化硅(C)為代表的 碳化硅系單一磨料砂輪已不能適應新型材料的磨削要求。單一磨料特點是被磨削材料化 學結構也較單一，如棕剛玉較適合于磨45 #及々3等普通鋼，白剛玉較適合于磨淬火鋼及工 具鋼，綠碳化硅較適合于磨硬質合金及玻璃等，黑碳化硅較適合于磨鑄鐵及銅鉛等。而高強 度、高硬度、高韌性材料化學結構復雜、材料性能優(yōu)異，具有磨削效率低、磨削力大、磨削溫 度高、工件容易產生塑性變形、燒傷、材質變異、砂輪磨損大、磨屑粘附砂輪、砂輪修整頻繁 等高難磨性特點。這些新型難磨材料的不斷出現和機械加工向高效化發(fā)展，對砂輪制造技 術提出更高要求，迫切需要與之相適應新型高效砂輪問世，以解決目前我國機械加工工藝 跟不上材料技術發(fā)展的困境。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪及其制造方法，解 決現有單一磨料普通陶瓷結合劑砂輪不能適應新型難磨材料的磨削加工要求的問題。本 發(fā)明的原料配方和工藝方法科學合理，得到的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪具有磨削難磨材料磨削力強、磨粒鋒利、自銳性好、磨鈍磨粒及時脫落、不燒傷工件。比起傳統(tǒng) 的單一磨料陶瓷結合劑砂輪，磨削效率明顯提高，比起選用價格昂貴的超硬磨料(人造金 剛石或CBN)砂輪，磨削成本顯著降低和適應面更廣，具有良好的經濟效益和社會效益。 一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的原料由碳化硅磨料、剛玉磨料、稀土陶瓷和常溫 結合劑組成，各原料的質量百分比碳化硅磨料30-75 wt% ；剛玉磨料25-70wt% ；稀土陶瓷 12-22 wt% ；常溫結合劑3. 5-8wt% ；所述的剛玉磨料為棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、單晶剛玉、 微晶剛玉和鋯剛玉中的一種或幾種；所述的稀土陶瓷是由稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼 玻璃組成，各組份的添加比例為5 7:20 35:50飛0:4飛:4 15 ；所述的常溫結合劑為糊精、 糊精水溶液或聚乙烯醇PVA水溶液中的一種，其中糊精水溶液的質量濃度為30-40%，聚乙 烯醇PVA水溶液的質量濃度為10%-20% ；所述的碳化硅為綠碳化硅和黑碳化硅。一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的制造方法的具體步驟為
1)鍛燒將碳化硅，剛玉磨料中的一種或幾種按配比放入鍛燒爐中，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，過篩；
2)球磨按配比將稀土陶瓷材料放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩；
3)混料將步驟(2)所得物料按12-22wt%的比例與步驟(1)所得物料混合均勻，加 入常溫結合劑，混制25-35分鐘，用8-12目篩網過篩；
4)成型將步驟(3)混制好的物料，依照不同砂輪規(guī)格所需的物料稱重后置入相應的 模具中，將料攤均刮平，移入油壓機對模具進行雙面加壓，壓力為20-30MPa，保壓時間5_10 秒，卸模取出坯料；
5)烘干將步驟(4)成型后的坯料在80-120°C條件下烘干至含水量小于1%；
6)燒成將步驟(5)烘干后的坯料裝入燒成窯中，按升溫曲線達到1350°C 士5°C條件 下燒成，得到高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪。所述步驟(1)中將碳化硅，剛玉磨料中的一種或幾種按配比放入鍛燒爐中900°C 煅燒預處理，可以使得膨脹系數不同的二種磨料趨于一致；所述步驟(6)燒成的高效碳化 硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪按尺寸精度要求可進行外表加工，包裝后即為成品。本發(fā)明的優(yōu)點是根據難磨材料難磨共性，擷取碳化硅和剛玉磨料適磨性優(yōu)點，進 行磨料組分配比設計。由于碳化硅和剛玉線膨脹系數不一致，簡單的混合磨料釆用傳統(tǒng)“粘 土-長石-滑石-硼玻璃系，即SiO2-K2O-MgO-B2O3系”陶瓷結合劑制成砂輪，燒成晶體結構 脆弱，微裂紋多，混合磨料的優(yōu)點被結合劑不匹配所抵消，甚至出現強度不良，無法保證安 全使用。所以選擇混合磨料只是基礎，優(yōu)化工藝并找到合適的結合劑更為重要。本發(fā)明釆用 混合磨料鍛燒預處理工藝，使碳化硅和剛玉線膨脹系數趨于一致；在傳統(tǒng)“粘土 -長石-滑 石-硼玻璃系”陶瓷結合劑中引入稀土元素“氧化鈰Ce02”成分，提高了傳統(tǒng)“粘土-長 石-滑石-硼玻璃系”陶瓷結合劑高溫浸潤性、線膨脹系數匹配性、反應能力等高溫化學活 性；使磨料和結合劑結合得恰到好處，參與磨削的磨粒數大為增加，砂輪磨削力和自銳性處 于最佳狀態(tài)，充分發(fā)揮出混合磨料特性。解決了現有單一磨料普通陶瓷結合劑砂輪磨削難 磨材料磨削效率低、表面質量差等磨加工難題，深受磨加工行業(yè)好評，市場前景廣闊。
具體實施例方式一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的原料由碳化硅、剛玉磨料、稀土陶瓷和常溫結合劑組成，各原料的質量百分比碳化硅磨料30-75襯％;剛玉磨料 25-70wt% ；稀土陶瓷12-22 wt% ；常溫結合劑3. 5-8wt% ；所述的剛玉磨料為棕剛玉、白剛玉、 鉻剛玉、單晶剛玉、微晶剛玉和鋯剛玉中的一種或幾種；所述的稀土陶瓷是由稀土氧化鈰、 粘土、長石、滑石、硼玻璃組成，各組份的添加比例為5 7:20 35:50飛0:4飛:4 15 ；所述的 常溫結合劑為糊精、糊精水溶液或聚乙烯醇PVA水溶液中的一種，其中糊精水溶液的質量 濃度為30-40%，聚乙烯醇PVA水溶液的質量濃度為10%-20% ；所述的碳化硅為綠碳化硅和黑 碳化硅。一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的制造方法的具體步驟為
1)鍛燒將碳化硅，剛玉磨料中的一種或幾種按配比放入鍛燒爐中，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，過篩；
2)球磨按配比將稀土陶瓷材料放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩；
3)混料將步驟(2)所得物料按12-22wt%的比例與步驟(1)所得物料混合均勻，加 入常溫結合劑，混制25-35分鐘，用8-12目篩網過篩；
4)成型將步驟(3)混制好的物料，依照不同砂輪規(guī)格所需的物料稱重后置入相應的 模具中，將料攤均刮平，移入油壓機對模具進行雙面加壓，壓力為20-30MPa，保壓時間5_10 秒，卸模取出坯料；
5)烘干將步驟(4)成型后的坯料在80-120°C條件下烘干至含水量小于1%；
6)燒成將步驟(5)烘干后的坯料裝入燒成窯中，按升溫曲線達到1350°C士5°C條件 下燒成，得到高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪。實施例1
1)鍛燒稱取75%的綠碳化硅和25%的白剛玉混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用30目篩網過篩。2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按5. 2 32 55 3.8 4按 比例混合，一起放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。3)混料將步驟1)和步驟2)物料及糊精和30%糊精水溶液，按78 wt%、16. 3 wt%、 1. 2 wt%、4. 5 wt%，一起放入混料機中混制35分鐘，用8目篩網過篩。4)成型按砂輪不同硬度和組織號對應的成型密度計算好成型單重，將步驟3) 混制好的物料，依照不同砂輪規(guī)格所需的物料稱重后置入相應的模具中，將料攤均刮平，移 入油壓機對模具進行雙面加壓，壓力為20MPa，保壓時間10秒，卸模取出坯料。5)烘干將步驟4)成型后的坯料在80_120°C條件下烘干至含水量小于1%。6)燒成將步驟5)烘干后的坯料裝入燒成窯中，按升溫曲線達到1350°C 士5°C條 件下燒結成型，得到所述高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪。7)檢測將步驟6)燒成的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪按尺寸精度要求進 行加工，按技術要求進行檢測，包裝后即為成品。所得制品的主要性能指標如下
回轉強度> 35米/秒；靜平衡K系數< 0. 25 ；硬度L級；組織號7. 5 ；磨削鋼結硬質合 金材料磨除率可達2. 6 mm3/(mm . s)以上，比選用傳統(tǒng)的單一綠碳化硅磨料陶瓷結合劑砂 輪磨削效率提高30%以上。實施例21)鍛燒稱取30%的綠碳化硅和70%的單晶剛玉混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達 到900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用60目篩網過篩
2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按6 22 55 5 12比例一起 放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。3)混料將步驟1)和步驟2)物料及糊精和10%PVA水溶液，比例分別按81. 5 wt%、 13.5 wt%、1.5 wt%、3. 5 wt%，一起放入混料機中混制32分鐘，用10目篩網過篩。4)成型的壓力為30MPa，保壓時間10秒，卸模取出坯料。其余操作步驟同實施例1。所得制品的主要性能指標如下
回轉強度> 35米/秒；靜平衡K系數< 0. 25 ；硬度K級；組織號7 ；磨削奧氏體不銹鋼 材料磨除率可達3. 8 mm3/(mm . s)以上，比選用傳統(tǒng)的單一單晶剛玉磨料陶瓷結合劑砂輪 磨削效率提高32%以上。實施例3
1)鍛燒取綠碳化硅和鉻剛玉按75 25比例混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用36目篩網過篩。2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按5. 5 31 55 4 4. 5比 例，一起放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。3)混料將步驟1)和步驟2)物料及糊精和30%糊精水溶液，比例分別按78 wt%、 15.3 wt%、1.7 wt%、5 wt%，一起放入混料機中混制35分鐘，用10目篩網過篩。4) 4.成型壓力為25MPa，保壓時間7秒，卸模取出坯料。其余操作步驟同實施例1 所得制品的主要性能指標如下
回轉強度> 35米/秒；靜平衡K系數< 0. 25 ；硬度J級；組織號7. 8 ；磨削鈦合金材料 磨除率可達2. 8 mm3/(mm . s)以上，比選用傳統(tǒng)的單一綠碳化硅或白剛玉磨料陶瓷結合劑 砂輪磨削效率提高35%以上。實施例4
1)鍛燒取黑碳化硅和鋯剛玉按40 60比例混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用36目篩網過篩。2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按5 35 50 5 5比例， 一起放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。 3)混料將步驟1和步驟2物料及35%糊精水溶液，15%聚乙烯醇PVA水濃液，比 例分別按72 wt%、20 wt%、4wt%，4wt%—起放入混料機中混制35分鐘，用12目篩網過篩。4) 4.成型壓力為25MPa，保壓時間7秒，卸模取出坯料。其余操作步驟同實施例1 實施例5
1)鍛燒取黑碳化硅和棕剛玉按35 65比例混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用36目篩網過篩。2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按7 20 60 6 7比例， 一起放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。
3)混料將步驟1和步驟2物料及20%聚乙烯醇PVA水濃液，比例分別按74. 5 wt%、22 wt%、3. 5wt%，一起放入混料機中混制35分鐘，用10目篩網過篩。4)成型壓力為25MPa，保壓時間7秒，卸模取出坯料。其余操作步驟同實施例1 實施例6
1)鍛燒取黑碳化硅和微晶剛玉按60 40比例混在一起放入鍛燒爐，按升溫曲線達 到900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，用36目篩網過篩。2)球磨將稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃按6 16 58 5 15比例， 一起放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩。3)混料將步驟1和步驟2物料及40%糊精水溶液，比例分別按81 wt%、12 wt%、 7wt%，一起放入混料機中混制35分鐘，用10目篩網過篩。4)成型壓力為25MPa，保壓時間7秒，卸模取出坯料。其余操作步驟同實施例1
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化 與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所述高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪所用的原料由碳化硅、剛玉磨料、稀土陶瓷和常溫結合劑組成。
2.一種如權利要求1所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所述的 高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪所用的原料質量百分比是碳化硅30-75 wt% ；剛玉磨 料 25-70wt% ；稀土陶瓷 12-22 wt% ；常溫結合劑 3. 5_8wt%。
3.—種如權利要求1或2所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所 述的碳化硅的目數為16目-320目，剛玉磨料的目數為16目-320目。
4.一種如權利要求1所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所述的 剛玉磨料為棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、單晶剛玉、微晶剛玉和鋯剛玉中的一種或幾種。
5.一種如權利要求1所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所 述的稀土陶瓷是由稀土氧化鈰、粘土、長石、滑石、硼玻璃組成，各組份的添加比例為 5 720 3550 604 64 15。
6.一種如權利要求1所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所述的 常溫結合劑為糊精、糊精水溶液或聚乙烯醇PVA水溶液中的一種，其中糊精水溶液的質量 濃度為30-40%，聚乙烯醇PVA水溶液的質量濃度為10-20%。
7.—種如權利要求1所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪，其特征在于所述的 碳化硅為綠碳化硅和黑碳化硅。
8.一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的制造方法，其特征在于該方法的具體步 驟為(1)鍛燒將碳化硅，剛玉磨料中的一種或幾種按配比放入鍛燒爐中，按升溫曲線達到 900°C后保溫2小時，自然冷卻至200°C出爐，過篩；(2)球磨按配比將稀土陶瓷材料放入球磨機中球磨8小時，用320目篩網過篩；(3)混料將步驟(2)所得物料按12-22wt%的比例與步驟(1)所得物料混合均勻，放 入混料機，加入常溫結合劑，混制25-35分鐘，用8-12目篩網過篩；(4)成型將步驟(3)混制好的物料，依照不同砂輪規(guī)格所需的物料稱重后置入相應 的模具中，將料攤均刮平，移入油壓機對模具進行雙面加壓，壓力為20-30MPa，保壓時間 5-10秒，卸模取出坯料；(5)烘干將步驟(4)成型后的坯料在80-120°C條件下烘干至含水量小于1%；(6)燒成將步驟(5)烘干后的坯料裝入燒成窯中，按升溫曲線達到1350°C 士5°C條 件下燒成，得到高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪。
9.一種如權利要求8所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的制造方法，其特征在 于所述步驟(1)中將碳化硅，剛玉磨料中的一種或幾種按配比放入鍛燒爐中900°C煅燒預 處理，可以使得膨脹系數不同的二種磨料趨于一致。
10.一種如權利要求8所述的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的制造方法，其特征 在于所述步驟(6)燒成的高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪按尺寸精度要求可進行外表 加工，包裝后即為成品。
全文摘要
一種高效碳化硅剛玉稀土陶瓷復合砂輪的原料由碳化硅磨料、剛玉磨料、稀土陶瓷和常溫結合劑組成。各原料的質量百分比碳化硅磨料30-75wt%，剛玉磨料25-70wt%，稀土陶瓷12-22wt%，常溫結合劑3.5-8wt%。該復合砂輪是由鍛燒、球磨混料成型烘干燒成等步驟制備而成。本發(fā)明的砂輪具有磨削難磨材料磨削力強、磨粒鋒利、自銳性好、磨鈍磨粒及時脫落、不燒傷工件。比起傳統(tǒng)的單一磨料普通陶瓷結合劑砂輪，磨削效率明顯提高，比起選用價格昂貴的超硬磨料(人造金剛石或CBN)砂輪，磨削成本顯著降低和適應面更廣，具有良好的經濟效益和社會效益。
文檔編號C04B35/10GK101935219SQ201010298219
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者李金林, 林群, 鄭小勇, 鄭春和, 鄭順偉 申請人:福州雙屹砂輪有限公司;鄭春和