喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷CBN砂轮、制作方法及制作过程中的专用模具

摘要

本发明涉及一种喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷CBN砂轮，其由下述重量百分比原料制成：10～30%陶瓷结合剂、30～83%立方氮化硼、0～20%单晶刚玉、4～20%酚醛树脂粉末和3～15%的液体石蜡。本发明还提供了上述微型砂轮的制作方法及制作过程中的专用模具。采用本发明所述配方及制作方法批量生产陶瓷CBN微型砂轮（砂轮外径尺寸小于5mm，单重小于1g），可以显著提高该类微型砂轮的生产效率，有利于提高组织均匀性，同时保证砂轮单个之间、批次之间的重量一致性，从而使砂轮的磨削性能保持稳定一致。

说明书

技术领域    

本发明属于砂轮技术领域，具体涉及一种喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷立方氮化硼（CBN）砂轮、制作方法及制作过程中的专用模具。

背景技术

燃油喷射系统是发动机的心脏，燃油喷射系统质量的好坏直接影响发动机的性能，而作为燃油喷射系统的重中之重莫过于喷油器中的喷油嘴偶件，它的工作好坏将严重影响发动机的性能，关系到发动机的动力性、经济性及操作性，同时也涉及到废气的排放和机械噪音。由于加工喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷立方氮化硼砂轮直径小，厚度薄，单个砂轮的重量很小，大概在0.1～1ｇ之间，属于微型砂轮。因此，目前国内外用于喷油嘴中孔座面加工的内圆磨砂轮批量稳定性差，工件磨削质量不易控制。

目前，普遍应用的陶瓷结合剂超硬材料砂轮采用模压成型，它具有生产效率高，人工少，废品率低，生产周期短，生产的制品密度范围大，适合大、中、小各种程度的批量化生产，但是针对尺寸、重量特别小的微型砂轮存在弊端。由于微型砂轮本身尺寸、质量小、而且尺寸精度要求高，但陶瓷结合剂超硬材料砂轮成型料大都为粉料形态，混料时一般采用水溶性的甲基纤维素水溶液、糊精液、聚乙烯醇溶液或醇溶性的液体酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂溶液作为润湿粘结剂，在称量和投料的过程中由于润湿粘结剂中易挥发组分的挥发及成型料制备过程不可避免的料损造成所压制的砂轮单个之间、批次之间重量一致性较差，单个砂轮重量相差可达0.02～0.05g左右，占到砂轮总重的5～25％，这将会严重地影响砂轮磨削性能的一致性，对砂轮的磨削品质、稳定一致性产生较大的负面作用。而且此类微型砂轮普遍采用单模生产（即1套模具一次压制1个制品），效率低下。而若采用多模生产（即1套模具一次压制多个制品）对模具尺寸及装配精度的要求又非常高，模具制造成本较高，且模具的生产应用操作也比较繁琐，造成很多不便。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明目的在于提供一种喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷立方氮化硼（CBN）砂轮。

本发明还提供了上述砂轮的制作方法及制作过程中的专用模具，保证了砂轮单个之间、批次之间的重量一致性，从而使砂轮磨削性能保持稳定一致。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷CBN砂轮，该砂轮由下述重量百分比原料制成：10～30%陶瓷结合剂、30～83%立方氮化硼（用作磨料）、0～20%单晶刚玉（用作填料）、4～20%酚醛树脂粉末（用作粘结固化剂）和3～15%的液体石蜡（用作润湿剂）。

优选的，所述砂轮由下述重量百分比原料制成： 15～25%陶瓷结合剂、50～78%立方氮化硼、0～20%单晶刚玉、4～15%酚醛树脂粉末和3～10%的液体石蜡。

上述喷油嘴中孔座面磨削用陶瓷CBN砂轮的制作方法，其包括如下步骤：

1）混料：按比例取各原料，先将立方氮化硼和单晶刚玉混匀，然后添加液体石蜡对磨料和填料进行润湿，再加入陶瓷结合剂混匀，最后添加酚醛树脂粉末混合均匀；

2）热压成型：将步骤1）混好的料投入专用模具中，在热压机上热压成型，然后冷却卸模，得到中间有若干圆形通孔的砂块；

3）单个砂轮掏出：分别以各通孔的圆心为中心，用内孔直径为3～5mm的套料钻将相应尺寸的砂轮一一掏出；

4）烧成：将用套料钻掏出的砂轮放入炉中烧成，即得成品。

具体的，步骤2）中热压成型时的工艺条件为：热压温度为150～200℃，压力为30～40MPa，保温保压时间1～2h。

步骤3）中所述的套料钻为金属烧结金刚石或电镀金刚石制品，壁厚小于1mm。

步骤4）中的烧成曲线为：室温～200℃，3℃/min；200～600℃，0.5℃/min；600℃，保温1h；600℃以上，2℃/min；终温为800～900℃，保温2h。

一种在上述制作方法中使用的专用模具，该模具包括中间设有四方通孔的圆柱形模框，位于四方通孔上方的上压头和嵌合于四方通孔下方的下压头，所述上压头与四方通孔滑动配合；所述下压头设有若干圆形通孔，且每个圆形通孔均插设有芯棒，所述芯棒伸出下压头。在实际生产中，可制作多个圆形通孔直径及间距不同的下压头，依据生产所需砂轮的内、外径尺寸，直接更换不同的下压头即可。还可以通过调整芯棒的长度及上压头下压（滑）的行程来调节砂轮的内孔深度。

本发明提供了一种批量生产陶瓷CBN微型砂轮（砂轮外径尺寸小于5mm，单重小于1g）的新方法，该方法可以显著提高该类微型砂轮的生产效率，有利于提高组织均匀性，同时保证砂轮单个之间、批次之间的重量一致性，从而使砂轮的磨削性能保持稳定一致。

和现有技术相比，本发明的有益效果：

1）本发明砂轮配方中，添加了不易挥发的液体石蜡作为润湿剂，避免了通常陶瓷砂轮在混料和称料时因水分等易挥发性组分的自然挥发所造成的误差。

2）砂轮配方中同时添加一定量的酚醛树脂作为粘结固化剂，通过热压成型的方式，促使酚醛树脂固化，使陶瓷砂轮的毛坯强度有较大提升，从而使砂轮坯体强度能够满足毛坯机械加工的要求。

3）砂轮配方中添加的酚醛树脂粉在烧成过程中完全烧失，对砂轮组织产生造孔的作用效果；通过调节酚醛树脂粉的添加量，可以达到调整砂轮组织密度的目的，可以一定程度地影响砂轮的磨削性能。

4）采用专用模具整体热压成型获得平板状的成型毛坯块，然后采用套料钻机械加工的方法将内圆磨砂轮分别单个掏出，一方面提高了生产效率，另一方面也保证了微型砂轮单个之间、批次之间的重量一致性，同时减少了砂轮烧结后加工的工作量，降低了加工难度，提高了砂轮磨削性能的稳定性。

5）为配合本发明的制作方式生产砂轮，设定特殊的烧成曲线对砂轮进行烧成，保证了砂轮的产品质量。

附图说明

图1为本发明所述模具的结构示意图；图中1为上压头；2为圆柱形模框，3为添加的砂轮原料；4为芯棒；5为下压头；

图2为图1所述模具去除上压头后的俯视图；

图3为采用本发明所述模具热压成型后，得到中间有若干圆形通（盲）孔的砂块的俯视图；

图4为在图3所示砂块上采用套料钻进行机械分割的示意图，图中虚线为机械分割线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

中孔磨削用砂轮，砂轮规格：1A1W  4×6×2×16.5×M2  CBN 325/400。

生产流程如下：

1）砂轮成型料的混配：按照20%陶瓷结合剂、63%的立方氮化硼磨料、5%单晶刚玉填料、6%酚醛树脂粉末和6%液体石蜡润湿剂的重量百分比称量各原料。先将立方氮化硼磨料和单晶刚玉填料混匀，然后添加液体石蜡对磨料和填料进行润湿，再加入陶瓷结合剂混匀，最后添加酚醛树脂粉末混合均匀。

2）热压成型：将混好的成型料投入专用模具中，在热压机上热压成型，热压温度为180℃，压力为32MPa，保温保压1.5h，冷却卸模，得到中间有若干圆形通孔的砂块（见图3）。

3）单个砂轮掏出：分别以各通孔的圆心为中心，用内孔直径4.2mm、壁厚0.6mm的金属烧结金刚石套料钻将相应尺寸的砂轮一一掏出，采用套料钻对砂块进行机械分割的示意图见图4，分割后共获得25个砂轮。

4）烧成：将用套料钻掏出的砂轮放入炉子中进行烧成，获得砂轮成品。烧成曲线为，室温～200℃，3℃/min；200～600℃，0.5℃/min；600℃，保温1h；600℃以上，2℃/min；终温为860℃，保温2h。所得砂轮成品的磨削效果见表1，由表1可以直观看出：本发明砂轮产品在耐用度、寿命及批次性能稳定性方面远优于国内、外砂轮产品。

如图1和2所示，一种上述喷油嘴中孔磨削用砂轮制作方法中使用的专用模具，该模具包括中间设有四方通孔的圆柱形模框2，位于四方通孔上方的上压头1和嵌合于四方通孔下方的下压头5，所述上压头1与四方通孔滑动配合；所述下压头5设有若干圆形通孔，且每个圆形通孔均插设有芯棒4，所述芯棒4伸出下压头5。使用时砂轮原料3投入模具中，芯棒4直径为2mm，芯棒露出下压头6mm，压制时上压头1行进到与芯棒4顶端接触时停止。

表1、实施例1砂轮与国内外砂轮产品的磨削效果

实施例2

座面磨削用砂轮，砂轮规格：1A1W  3.3×10.5×2×21.6×M2  CBN325/400。

生产流程如下：

1）砂轮成型料的混配：按照22%陶瓷结合剂、65%的立方氮化硼磨料、2%单晶刚玉填料、5%酚醛树脂粉末和6%液体石蜡润湿剂的重量百分比称量各原料。先将立方氮化硼磨料和单晶刚玉填料混匀，然后添加液体石蜡对磨料和填料进行润湿，再加入陶瓷结合剂混匀，最后添加酚醛树脂粉末混合均匀。

2）热压成型：将混好的成型料投入专用模具中，在热压机上热压成型，热压温度为165℃，压力为35MPa，保温保压1.2h，冷却卸模，得到中间有若干圆形通孔的砂块。

3）单个砂轮掏出：分别以各通孔的圆心为中心，用内孔直径3.5mm、壁厚0.8mm的电镀金刚石套料钻将相应尺寸的砂轮一一掏出。

4）烧结：将用套料钻掏出的砂轮放入炉子中进行烧成，获得砂轮成品。烧成曲线为，室温～200℃，3℃/min；200～600℃，0.5℃/min；600℃，保温1h；600℃以上，2℃/min；终温为860℃，保温2h。所得砂轮成品的磨削效果见表2，由表2可以直观看出：本发明砂轮产品在耐用度、寿命、圆度及批次性能稳定性方面远优于国内、外砂轮产品。

上述座面磨削用砂轮制作过程中使用的专用模具参照实施例1，其中芯棒4直径2mm，芯棒露出下压头6mm，压制时上压头1行进到与芯棒顶端距离4.5mm停止。

表2、实施例2砂轮与国内外砂轮产品的磨削效果

实施例3～6

表3 实施例3～6所述砂轮的各原料重量百分比

如制作中孔磨削用砂轮，表3中实施例3～6所述砂轮的制作方法可参照实施例1。制作过程中使用的专用模具同实施例1。表3中实施例3～6所述砂轮的中孔磨削效果见表4。

表4、实施例3～6中孔磨削用砂轮与国内外产品的磨削效果

如制作座面磨削用砂轮，表3中实施例3～6所述砂轮的制作方法可参照实施例2。制作过程中使用的专用模具同实施例2。表3中实施例3～6所述砂轮的座面磨削效果见表5。

表5实施例3～6座面磨削用砂轮与国内外产品的磨削效果

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