一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成：金剛石粉末60％～70％，陶瓷粉末30％～40％，所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成：二氧化硅50％～58％，氧化硼15％～18％，氧化鈉15％～18％，氧化鋁4％～9％，氧化鋯1％～3％，添加劑3％～5％，所述的添加劑為金屬單質(zhì)粉或合金粉。本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，相比現(xiàn)有砂輪，壽命更長(zhǎng)，抗彎強(qiáng)度、磨削性、耐磨性等性能得到提高。
【專利說(shuō)明】一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金剛石砂輪【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。

【背景技術(shù)】
[0002]金剛石砂輪是為了利用金剛石進(jìn)行高精度、高效率磨削加工，而使用結(jié)合劑將金剛石磨粒粘結(jié)起來(lái)并制成具有一定強(qiáng)度和形狀的磨具。由于金剛石磨料所具有的特性(硬度高、抗壓強(qiáng)度高、耐磨性好)，使金剛石磨具在磨削加工中成為磨削硬脆材料及硬質(zhì)合金的理想工具，不但效率高、精度高，而且粗糙度好、磨具消耗少、使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)還可改善勞動(dòng)條件。制作的金剛石工具適宜加工硬脆的難加工材料，如硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、先進(jìn)陶瓷、石材、半導(dǎo)體、鐵氧體以及碳化硼、剛玉燒結(jié)體等材料在機(jī)械、電子、建筑、鉆探、醫(yī)學(xué)光學(xué)玻璃加工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上對(duì)工件的精度要求越來(lái)越高，機(jī)械加工正在向高質(zhì)量、高精度、高效率、自動(dòng)化方向發(fā)展，近年來(lái)，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前，國(guó)際上整個(gè)陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的市場(chǎng)規(guī)模不低于20億美元，該市場(chǎng)份額還在以每年15%的速度增長(zhǎng)。但是在我國(guó)磨削行業(yè)中，陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的用量較少，目前大多采用的是樹(shù)脂結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑金剛石磨具，主要因?yàn)閲?guó)內(nèi)陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的生產(chǎn)還處于起步階段，高性能的陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具的制備還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，市場(chǎng)上的國(guó)產(chǎn)陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具使用性能不理想。
[0004]但是陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪在磨削精度、磨削效率上比其他兩類砂輪有很大的優(yōu)勢(shì)，此外陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪還具有磨削能力強(qiáng)、磨削溫度低、自銳性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是陶瓷結(jié)合劑砂輪仍存在的以下問(wèn)題:由于陶瓷結(jié)合劑材料的脆性，陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的使用壽命一直不理想；由于目前采用的陶瓷結(jié)合劑為低溫陶瓷無(wú)機(jī)材料，引入了大量的堿性物質(zhì)，在結(jié)合劑制備過(guò)程中容易揮發(fā)而引起結(jié)合劑性能不穩(wěn)定，在金剛石砂輪制造過(guò)程中，結(jié)合劑對(duì)金剛石的潤(rùn)濕性差，大大降低了結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，磨具在磨削過(guò)程中金剛石容易脫落，損耗大。近二十年來(lái)延長(zhǎng)陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的使用壽命和提高性能一直是磨具行業(yè)的研究熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，本發(fā)明方法優(yōu)化了陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的抗彎強(qiáng)度、磨削性、耐磨性等性能，延長(zhǎng)了砂輪的壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末60%?70%，陶瓷粉末30%?40%，
[0008]本發(fā)明所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:
[0009]二氧化硅50 %?58 %，氧化硼15 %?18 %，氧化鈉15 %?18 %，氧化鋁4 %?9%，氧化鋯1%?3%，添加劑3%?5%，
[0010]本發(fā)明所述的添加劑為金屬單質(zhì)粉或合金粉。
[0011]本發(fā)明所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，優(yōu)選地，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末65 %，陶瓷粉末35 %。
[0012]本發(fā)明所述的陶瓷粉末，優(yōu)選地，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅55%，氧化硼16 %，氧化鈉16 %，氧化鋁7 %，氧化鋯2 %，添加劑4 %。
[0013]本發(fā)明所述的金屬單質(zhì)粉為錳粉、鎢粉、銅粉中的一種。
[0014]本發(fā)明所述的合金粉為磷鈦鋁銅合金粉，成分為Cu^Al卜18Ti3?9P3?5合金粉，其中P3表示重量百分比為3%?5%, Ti3^9表示重量百分比為3%?9%, Al5^18表示重量百分比為5%?18%，其余重量百分比為Cum。
[0015]本發(fā)明所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0016](I)混料:將金剛石粉末和陶瓷粉末放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的1%粘結(jié)齊U，混合20?24小時(shí)，過(guò)200?300目篩，獲得成型料；
[0017](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為250?260°C，壓力為120?125MPa，保壓2?3小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0018](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)50°C?70°C溫度下干燥12?24h ；
[0019](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以2?3°C /min升溫至200°C，保溫20?30min，再以2°C /min升溫至800°C?900°C，保溫20?30min，冷卻至室溫，取出；
[0020](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0021]本發(fā)明所述的粘結(jié)劑為糊精或聚乙烯醇。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0023](I)本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪制備過(guò)程中，采用由陶瓷粉末、金屬粉末或合金粉的混合粉末燒結(jié)形成的金剛石砂輪，對(duì)金剛石顆粒的把持力、磨削性能優(yōu)于現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，且該陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的自銳性能也優(yōu)于現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑砂輪。
[0024](2)本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪配方中，添加了金屬單質(zhì)粉或合金粉，由此增強(qiáng)了材料基體對(duì)金剛石粒芯的把持力和金剛石的熱穩(wěn)定性，從而在提高陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪在高速磨削過(guò)程中材料的對(duì)保型性和耐磨性，實(shí)現(xiàn)高溫磨削下仍能對(duì)金剛石磨料保持較高的把持力，延長(zhǎng)砂輪使用壽命。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末60%，陶瓷粉末40%，
[0028]陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅50%，氧化硼16.5%，氧化鈉16.5%，氧化鋁9%，氧化鋯3%，錳粉5%。
[0029]陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0030](I)混料:將金剛石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化鈉、氧化鋁、氧化鋯、錳粉放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的I %糊精，混合20小時(shí)，過(guò)200目篩，獲得成型料；
[0031](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為250°C，壓力為125MPa，保壓2小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0032](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)50°C °C溫度下干燥24h ；
[0033](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以2°C /min升溫至200°C，保溫24min,再以2 V /min升溫至840°C,保溫26min,冷卻至室溫,取出；
[0034](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0035]實(shí)施例2
[0036]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末65%，陶瓷粉末35%，
[0037]陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅53%，氧化硼17%，氧化鈉17%，氧化鋁8%，氧化鋯2%，鎢粉3%。
[0038]陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0039](I)混料:將金剛石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化鈉、氧化鋁、氧化鋯、鎢粉放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的1%聚乙烯醇,混合20小時(shí)，過(guò)200目篩，獲得成型料；
[0040](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為250°C，壓力為125MPa，保壓2小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0041](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)50°C °C溫度下干燥24h ；
[0042](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以2°C /min升溫至200°C，保溫20min，再以2V /min升溫至800°C°C，保溫20min，冷卻至室溫，取出；
[0043](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0044]實(shí)施例3
[0045]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末70%，陶瓷粉末30%，
[0046]陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅55%，氧化硼16%，氧化鈉16%,氧化鋁?%,氧化鋯2%，銅粉4%。
[0047]陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0048](I)混料:將金剛石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化鈉、氧化鋁、氧化鋯、銅粉放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的1%聚乙烯醇,混合22小時(shí)，過(guò)250目篩，獲得成型料；
[0049](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為255°C，壓力為123MPa，保壓2.5小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0050](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)60°C溫度下干燥18h ；
[0051](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以3°C /min升溫至200°C，保溫25min，再以2V /min升溫至820°C，保溫22min，冷卻至室溫，取出；
[0052](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0053]實(shí)施例4
[0054]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末65%，陶瓷粉末35%，
[0055]陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅56%，氧化硼18%，氧化鈉18%，氧化鋁4%，氧化鋯1%，Cu81Al5Ti9P5合金粉3%。
[0056]陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0057](I)混料:將金剛石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化鈉、氧化鋁、氧化鋯、Cu81Al5Ti9P5合金粉放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的I %糊精，混合20小時(shí)，過(guò)250目篩，獲得成型料；
[0058](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為260°C，壓力為124MPa，保壓3小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0059](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)70°C溫度下干燥12h ；
[0060](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以。C /min升溫至200°C，保溫25min，再以2V /min升溫至840°C，保溫25min，冷卻至室溫，取出；
[0061](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0062]實(shí)施例5
[0063]一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末65%，陶瓷粉末35%，
[0064]陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成:二氧化硅58%，氧化硼15%，氧化鈉15%，氧化鋁5%，氧化鋯3%, Cu76Al18Ti3P3合金粉4%。
[0065]陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，制備步驟如下:
[0066](I)混料:將金剛石粉末、二氧化硅、氧化硼、氧化鈉、氧化鋁、氧化鋯、Cu76Al18Ti3P3合金粉放入混料機(jī)中，再加入原料總重量的I %聚乙烯醇,混合24小時(shí)，過(guò)300目篩，獲得成型料；
[0067](2)成型:將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為260°C，壓力為125MPa，保壓2小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0068](3)干燥:將將砂輪坯體在室溫干燥6h后，在烘箱內(nèi)70°C溫度下干燥12h ；
[0069](4)燒結(jié):將干燥后的坯體放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，以2°C /min升溫至200°C，保溫30min,再以2 V /min升溫至900°C,保溫30min,冷卻至室溫,取出；
[0070](5)加工檢驗(yàn):將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0071]對(duì)比例
[0072]通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇了一種性能比較好的現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪配方作為對(duì)比實(shí)施例?，F(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪配方，由以下重量百分比的原料制成:金剛石粉末40%，二氧化硅粉末35 %，氧化硼粉末15 %，氧化鉻粉末5 %，氧化鋅粉末5 %，制備步驟如下:
[0073](I)取二氧化硅粉末、氧化硼粉末、氧化鉻粉末、氧化鋅粉末，放入混料機(jī)中混合21小時(shí)，過(guò)230目篩，得到結(jié)合劑；
[0074](2)將金剛石粉末與結(jié)合劑放入混料機(jī)內(nèi)混合5小時(shí)，然后慢慢加入原料總重量的2%的丙烯酸乳液繼續(xù)混合6小時(shí)，再過(guò)80目標(biāo)準(zhǔn)篩，得砂輪混合料；
[0075](3)將砂輪混合料平緩均勻投入模具內(nèi)并刮平，置入液壓機(jī)定模熱壓，溫度為252°C，壓力為121MPa，保壓3小時(shí)，冷卻出模后得砂輪坯體；
[0076](4)將砂輪坯體置入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，6小時(shí)升溫至190°C，然后分段升溫至最終燒結(jié)溫度725°C，保溫1.5小時(shí)，冷卻至室溫取出；
[0077](5)將燒結(jié)后的砂輪坯體在車床和磨床上加工，檢驗(yàn)合格后包裝、入庫(kù)，得成品。
[0078]試驗(yàn)例
[0079]實(shí)施例1?5和對(duì)比例金剛石砂輪性能對(duì)比，見(jiàn)表I和表2:
[0080]表I實(shí)施例1?5與對(duì)比例金剛石砂輪磨削試驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0081]
塵肖Hiii蜜
序號(hào)磨削轉(zhuǎn)矩(％) K 磨削電流(A)磨削比(mW/ms)
實(shí)施例18^0.164.113502.7—
實(shí)施例 29一 0.17一 4.103889.2一
實(shí)施例 311^0.184.174125.7—
實(shí)施例 4B一 0.19一 4.083921.9一
實(shí)施例 510_0.21一 4.243851.5_
對(duì)比例180.324.582378.9
[0082]表2實(shí)施例1?5與對(duì)比例金剛石砂輪磨削試驗(yàn)結(jié)果
[0083]
序號(hào)實(shí)施例1 實(shí)施例2 實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5對(duì)比例保型性
,41373940詔142
(um/cm)
磨肖I丨效■率_
0.2013 0.2158 0.2211 0.2014 0.1989 0.0991
(g/min) ___^____
[0084]注:保型性為砂輪磨削Icm硬質(zhì)合金損耗量(um)。
[0085]實(shí)施例1?5與對(duì)比例金剛石砂輪胎體材料抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表3:
[0086]表3實(shí)施例1?5與對(duì)比例金剛石砂輪胎體材料抗彎強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果
[0087]
序號(hào)實(shí)施例1 實(shí)施例2 實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5 對(duì)比例抗強(qiáng)度 1354 1356 1398 1374 1368 1045 (MPa)_______
[0088]從表I可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例1?5的金剛石砂輪磨削轉(zhuǎn)矩、磨削功率和磨削電流都低于現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削轉(zhuǎn)矩、磨削功率和磨削電流，表明本發(fā)明的砂輪自銳性好、磨削鋒利。表2表明本發(fā)明陶瓷結(jié)合劑砂輪較現(xiàn)有砂輪保型性好，損耗低，耐磨性好，磨削效率高。表3表明，本發(fā)明的實(shí)施例1?5的金剛石砂輪胎體材料抗彎強(qiáng)度較現(xiàn)有陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末60%?70%，陶瓷粉末30%?40% ； 所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成: 二氧化娃50%?58%,氧化硼15%?18%,氧化鈉15%?18%,氧化招4%?9%,氧化鋯1%?3%，添加劑3%?5% ； 所述的添加劑為金屬單質(zhì)粉或合金粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，由以下重量百分比的原料組成:金剛石粉末65%，陶瓷粉末35%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于，所述的陶瓷粉末，由以下重量百分比的原料組成: 二氧化硅55 %，氧化硼16 %，氧化鈉16 %，氧化鋁7 %，氧化鋯2 %，添加劑4 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于:所述的金屬單質(zhì)粉為錳粉、鎢粉、銅粉中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，其特征在于:所述的合金粉為磷鈦鋁銅合金粉，成分為Cu^Al卜18Ti卜9P3?5合金粉，其中P3?5表示重量百分比為3%?5%, Ti3表示重量百分比為3%?9%, Al5^18表示重量百分比為5%?18%,其余重量百分比為Cu余量。
【文檔編號(hào)】B24D3/34GK104149038SQ201410373976
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】蔡元沛, 張勇, 宿恒, 郭新玲, 龍慧玲, 李發(fā)杭, 梁安寧 申請(qǐng)人:桂林創(chuàng)源金剛石有限公司