專利名稱：：低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于磨削加工工具的，涉及各類高速數(shù)控磨削加工，尤其是汽車曲軸磨削加工的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
背景技術(shù)：
：曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的零部件之一，被喻為發(fā)動(dòng)機(jī)的脊梁骨，是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)曲軸材質(zhì)以及加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒(méi)有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性。影響曲軸的加工精度除了機(jī)床本身的因素外，還有一個(gè)重要的因素就是加工工具的因素。普通磨料砂輪的加工效率、形狀保持性、耐用度和使用壽命都低，需頻繁修整或更換，因此修整工具損耗加快，輔助時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度增加，既影響了生產(chǎn)效率，加大了生產(chǎn)成本，又難以保證加工工件的尺寸精度和公差的一致性。另外，由于砂輪用量大，其質(zhì)量波動(dòng)也影響了磨削工藝的穩(wěn)定性，又因大量磨削殘物的產(chǎn)生，增加了磨削液的過(guò)濾清理量，對(duì)環(huán)境造成一定的污染。隨著高效高速數(shù)控專用磨床的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)立方氮化硼砂輪的使用速度、加工效率、使用壽命、修整頻次等要求越來(lái)越高，目前的砂輪難以滿足其要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是使氮化硼砂輪更好地適于汽車曲軸等零部件磨削加工的需要，采用微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑取代現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷結(jié)合劑，提供一種硬度高、磨削能力強(qiáng)、加工精度高、使用速度可達(dá)160m/s、壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高、修整頻次少、不對(duì)環(huán)境造成污染、能與高速高效數(shù)控磨床配套的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪。本發(fā)明的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、粘結(jié)層和砂輪塊組成，其特征在于，所述砂輪塊為立方氮化硼砂輪塊，立方氮化硼砂輪塊的原料組分及重量百分比含量為4580%立方氮化硼磨料，020%剛玉，2035%陶瓷結(jié)合劑；所述陶瓷結(jié)合劑為一種低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其原料組分及重量百分比含量為4070%SiO2，525%B203，25%A1203，2~15%Na20，25%K20，24%MgO，24%CaO，l10%Li20，25%Zr02，25%Sb203。所述的基體為金屬基體。所述的金屬基體為鋼基體。所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪使用的線速度可達(dá)160m/s。所述的立方氮化硼磨料的粒度，與剛玉粒度相一致，為70/80270/325目。所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪直徑為小450900rnrn。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種砂輪使用速度可達(dá)160m/s、硬度高、磨削能力強(qiáng)、加工精度高、使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高、修整頻次少、能與高速高效數(shù)控磨床配套的陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪。為解決曲軸的高效精密加工，該砂輪工具的尺寸精度準(zhǔn)確，自銳性好、形狀保持性好、磨削刃鋒利、制備工藝簡(jiǎn)單。圖1是低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的主視圖；圖2是低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1——基體2——粘結(jié)層3——砂輪塊具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。立方氮化硼是目前世界上已知的硬度僅次于金剛石的材料，但金剛石與鐵族元素的化學(xué)穩(wěn)定性差，不能用于磨削大多數(shù)的金屬和合金，所以立方氮化硼是適于加工大多數(shù)金屬和合金的最硬的磨削材料。立方氮化硼磨料不僅硬度高，而且熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性好，立方氮化硼磨削工具與普通磨料磨具相比不僅能解決硬、韌難磨加工材料的加工問(wèn)題、滿足新材料的磨削加工，而且磨具磨削鋒利，耐磨性能好，單位磨損小，加工工件表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高。另外其導(dǎo)熱性比剛玉要大得多，磨削熱能可以迅速擴(kuò)散，因而可減少工件扭曲變形，使工件的尺寸精度得以保證，同時(shí)磨具的修整頻次減少，提高了機(jī)械化和自動(dòng)化程度，降低了加工工件的尺寸公差，提高了其尺寸精度和一致性。70年代初中國(guó)亦合成出了立方氮化硼顆粒，但立方氮化硼本身屬于脊性材料，在常壓下無(wú)法燒結(jié)成制品，必須選用其它材料作為結(jié)合相與其復(fù)合才可以制備制品。用陶瓷材料作為結(jié)合相制備的立方氮化硼砂輪具有可控的氣孔率，砂輪表面的氣孔能夠?yàn)槟バ继峁┤菪己团判伎臻g，有利于磨屑從磨削區(qū)排除而避免砂輪的堵塞和由此而產(chǎn)生的磨擦熱，砂輪表面的氣孔同時(shí)能為冷卻液提供通道，使冷卻液在磨削接觸區(qū)及其附近廣泛分布，因而使磨削溫度較低，減少或避免了磨削燒傷；陶瓷材料的良好耐熱性能可以使超硬磨料的性能得到充分發(fā)揮，所以砂輪的使用壽命較長(zhǎng)；陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪容易修整，修正和修銳可一次完成，修整間隔較長(zhǎng)，減少了修整頻度，維護(hù)費(fèi)用較低；陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)磨削液的適應(yīng)范圍較廣。由于立方氮化硼在高溫下易氧化分解，所以其燒結(jié)溫度不能超過(guò)1000。C，否則會(huì)影響立方氮化硼的超硬特性發(fā)揮，而且燒結(jié)溫度越低越有利于超硬材料超硬特性的保持。而一般陶瓷材料在這樣的溫度下又難以燒結(jié)，因此一般陶瓷材料不能作為超硬材料的結(jié)合劑。我們通常所說(shuō)的"陶瓷結(jié)合劑"實(shí)為一種玻璃結(jié)合劑。微晶玻璃是指通過(guò)玻璃熱處理來(lái)控制晶體的生長(zhǎng)發(fā)育而獲得的一種多晶材料。它既具有玻璃的基本性能也有陶瓷多晶體的特征，所以又稱為玻璃陶瓷。玻璃陶瓷可以通過(guò)控制玻璃的析晶過(guò)程而控制析出晶體的組成、含量，從而調(diào)節(jié)材料的性能。一般玻璃陶瓷的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于母體玻璃，并具有可調(diào)的熱膨脹系數(shù)等性能，是一類性能優(yōu)良并有挖掘潛力的材料。因此本發(fā)明采用一種可低溫?zé)Y(jié)并析晶，具有較低熱膨脹系數(shù)，較高強(qiáng)度的低溫微晶玻璃作為立方氮化硼的結(jié)合劑，以保證用其結(jié)合的立方氮化硼砂輪具有更高的強(qiáng)度、耐蝕性、磨削效率和使用壽命。立方氮化硼砂輪塊為弧型，若干個(gè)弧型砂輪塊組成砂輪層，其原料組成為立方氮化硼、剛玉(輔助磨料)、微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，均采用工業(yè)原料，采用常規(guī)的制備方法。立方氮化硼磨料的粒度根據(jù)具體使用中被磨削曲軸表面粗糙度加工要求選用，剛玉粒度與立方氮化硼的粒度一致，為70/80270/325目。根據(jù)砂輪的硬度要求設(shè)計(jì)砂輪塊的密度和單重，根據(jù)模具的大小和砂輪直徑計(jì)算整體砂輪需要的砂輪塊的塊數(shù)。經(jīng)過(guò)配料、混合、過(guò)篩，然后加入粘結(jié)濕潤(rùn)劑，再混合、過(guò)篩，然后將混合料按一定的單重投入到模具中進(jìn)行壓制成型、燒結(jié)、析晶，制得立方氮化硼砂輪塊。模具設(shè)計(jì)要一定保證燒結(jié)后的立方氮化硼砂輪塊的弧度、寬度尺寸剛好與金屬基體相吻合。具體實(shí)施例詳見(jiàn)表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑采用常規(guī)的化工原料和常規(guī)的粉末燒結(jié)制備方法，將按配比稱取的原料，經(jīng)混合、熔煉、淬冷、粉碎而制得玻璃粉，這種玻璃粉低溫下(低于92(TC)經(jīng)熱處理而析晶，當(dāng)其作為超硬材料工具的結(jié)合劑時(shí)，在合適的燒結(jié)溫度下即可經(jīng)保溫?zé)崽幚矶鼍?，而成為一種微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑。微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑的具體實(shí)施例詳見(jiàn)見(jiàn)表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例16的具體析晶溫度即為結(jié)合劑的燒結(jié)溫度?？筛鶕?jù)超硬材料和具體性能要求的不同而設(shè)計(jì)和制備不同析晶溫度的微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑。具體的陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪塊的燒結(jié)溫度與所選用的具體微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑的燒結(jié)析晶溫度相一致。將燒結(jié)后的立方氮化硼砂輪塊3采用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑粘接到基體1上，本實(shí)施例的基體l為鋼基體，也可以采用其它金屬材料作基體，環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑形成粘結(jié)層2，粘結(jié)層2要保證^1方氮化硼砂輪塊與塊之間及立方氮化硼砂輪塊與基體1之間不存有大的縫隙，然后加壓、固化。將固化好的組合砂輪卸壓，進(jìn)行表面清理和外觀的修整，并對(duì)砂輪進(jìn)行回轉(zhuǎn)強(qiáng)度和動(dòng)平衡等檢測(cè)，使之滿足不同曲軸磨削的具體要求。本發(fā)明的檢測(cè)方法采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13236:2001。本發(fā)明實(shí)施例16的具體檢測(cè)指標(biāo)為-砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度》180m/s,砂輪外圓跳動(dòng)《0.01mm、端面跳動(dòng)《0.02mm;錐孔配合捧觸面積90%以上；動(dòng)不平衡精度G0.4級(jí)。磨削效果為磨六缸柴油機(jī)曲軸(加工余量直徑方向1.2mm)，加工節(jié)拍為1012分鐘/根，表面粗糙度《Ra0.4，砂輪單次修整可磨削30根以上，單片砂輪壽命達(dá)到60008000根，與現(xiàn)有砂輪的約140m/s的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度和40006000根的砂輪磨削壽命相比，砂輪轉(zhuǎn)速和砂輪磨削壽命均得以提高。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，很多細(xì)節(jié)的變化是可能的，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。權(quán)利要求1.一種低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、粘結(jié)層和砂輪塊組成，其特征在于，所述砂輪塊為立方氮化硼砂輪塊，立方氮化硼砂輪塊的原料組分及重量百分比含量為45～80％立方氮化硼磨料，0～20％剛玉，20～35％陶瓷結(jié)合劑；所述陶瓷結(jié)合劑為低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，其原料組分及重量百分比含量為40～70％SiO2，5～25％B2O3，2～5％Al2O3，2～15％Na2O，2～5％K2O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li2O，2～5％ZrO2，2～5％Sb2O3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述的基體為金屬基體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述的金屬基體為鋼基體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述砂輪使用的線速度可達(dá)160m/s。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述的立方氮化硼磨料的粒度，與剛玉粒度相一致，為70/80270/325目。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪直徑為4)150■mm。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫高強(qiáng)微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、粘結(jié)層和砂輪塊組成，所述砂輪塊為立方氮化硼砂輪塊，其原料組分及重量百分比含量為45～80％立方氮化硼磨料，0～20％剛玉，20～35％陶瓷結(jié)合劑；所述陶瓷結(jié)合劑為一種微晶玻璃陶瓷結(jié)合劑，原料組分及重量百分比含量為40～70％SiO₂，5～25％B₂O₃，2～5％Al₂O₃，2～15％Na₂O，2～5％K₂O，2～4％MgO，2～4％CaO，1～10％Li₂O，2～5％ZrO₂，2～5％Sb₂O₃。本發(fā)明提供了一種砂輪使用線速度可達(dá)160m/s、加工精度高、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、能與高速高效數(shù)控曲軸磨床配套的高效磨削工具，主要用于汽車曲軸磨削加工及各類高速數(shù)控磨削加工。文檔編號(hào)B24D7/06GK101362316SQ200810152019公開(kāi)日2009年2月11日申請(qǐng)日期2008年10月6日優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日發(fā)明者朱玉梅,李志宏申請(qǐng)人:天津大學(xué)