一种树脂金属复合结合剂以及复合结合剂金刚石砂轮

摘要

本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及一种树脂金属复合结合剂以及采用该树脂金属复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮。所述树脂金属复合结合剂由以下重量比的原料组成：聚酰亚胺树脂粉、铜粉、锡粉、锌粉、磷粉、铅粉；所述复合结合剂金刚石砂轮由以下体积比的原料购成：复合结合剂、金刚石磨料、树脂液的体积百分比各为：65-85%、15-35%、0.5-1%。采用上述树脂金属复合结合剂制备的金刚石砂轮在数控磨床上使用时，既保持了树脂结合剂金刚石砂轮原有的磨削效率高、自锐性好的特点，同时也具有金属结合剂金刚石砂轮高刚性、高耐热性、型面保持好的优点，重负荷强力磨削的单程切深可达6mm，综合经济效益可提高100%以上。

说明书

技术领域

本发明属于金刚石砂轮领域，具体涉及一种树脂金属复合结合剂以及采用该树脂金属复合结合剂制备的复合结合剂金刚石砂轮。

背景技术

现有技术中，数控磨床，尤其是多轴联动数控磨床需要高速、高效、高精度、耐热且形面保持性良好的金刚石砂轮以适应其组合使用的特点。传统应用于数控磨床的砂轮通常为树脂结合剂金刚石砂轮。树脂结合剂金刚石砂轮磨削效率高，自锐性好，但它同时又具有刚性不足、耐热性低、型面保持性不好等弱点，抑制了数控磨床性能的发挥，特别是在组合使用时，往往因一片砂轮失型而导致一组砂轮撤换。金属结合剂金刚石砂轮具有良好的刚性、耐热性和型面保持性，但因其不易修整且磨削效率相对较低而不被用于数控磨床。

因此，如何解决组合使用的砂轮既锋利、自锐，又具有良好的刚性、耐热性及良好的型面保持性是能否充分发挥数控磨床优异性能的关键。

专利号为200710043981.8的中国发明公开了一种用于立方氮化硼砂轮的陶瓷金属复合结合剂，由以下重量百分比原料组成：二氧化硅SiO₂ 45-50%、三氧化二铝Al₂O₃ 20-25%、氧化钾K₂O 6-8.5%、氧化钠Na₂O 2.5-6.5%和氧化钡BaO 4-9%、铜粉Cu 2-6%、锡粉Sn 0.5-1.5%和锌粉Zn 0.3-1%。本发明的优点是制作的CBN砂轮较陶瓷结合剂制作的砂轮磨削工件可使粗糙度值由RA0.5ΜM提高到0.3ΜM，平面度可达到0.8ΜM，平行度可达到≤2ΜM；砂轮寿命提高30%，单个砂轮磨削工件数由8000-10000个提高到12000-15000个。该技术方案中结合剂原材为陶瓷金属复合结合剂，该类型的结合剂应用领域为CBN砂轮，而非金刚石砂轮，所得到的砂轮应用领域为铁族金属材料的加工，无法应用于非金属及非铁族金属材料的加工。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种用于制备金刚石砂轮的树脂金属复合结合剂，采用该树脂金属复合结合剂制备复合结合剂金刚石砂轮以获得一种兼具高磨削效率（单程去除率可达6mm）、良好自锐性、高刚性、高耐热性、型面保持好等优点的复合结合剂金刚石砂轮。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种用于制备金刚石砂轮的树脂金属复合结合剂，由以下重量比的原料组成：

高温聚酰亚胺树脂粉 20～50%；

铜粉10～30%；

锡粉20～50%；

锌粉5～20%；

磷粉5～10%；

铅粉1～7%；

并且上述原料的重量比总和为100%。

上述技术方案中，所述高温耐聚酰亚胺树脂粉、铜粉、锡粉、锌粉、磷粉、铅粉均为市售商品，其中，所述耐高温聚酰亚胺树脂粉的外观呈黄色超细粉末状，密度：1.3g/cm³，含量≥99％，熔点：135～145℃，纯度：99%，马丁耐热温度：450℃，抗拉强度：113.4MPa，平均粒径：30～40μm，软化点：110～120℃，固化温度：250℃，吸水性：0.2～0.3%，抗弯强度＞1000 MPa；铜粉的粒度为30-40μm，锡粉的粒度为30-40μm，均市场有售，须符合国家标准。锌粉、磷粉、铅粉均为工业用级别，市场有售，须符合国家标准。

采用上述树脂金属复合结合剂制备的金刚石砂轮在数控磨床上使用时，既保持了树脂结合剂金刚石砂轮原有的磨削效率高、自锐性好的特点，同时也具有金属结合剂金刚石砂轮高刚性、高耐热性、型面保持好的优点，大负荷强力磨削的单程切深可达6mm以上（普通树脂结合剂金刚石砂轮一般磨削的进刀量为0.1~0.2mm，现有的优秀强力磨削砂轮的单次进刀量也只有2~3mm），使用寿命也显著提高；在同等测试条件下，与传统树脂结合剂金刚石砂轮相比，新型结合剂砂轮在磨削效率、使用寿命和产品价格方面的综合效益可以提高100%以上。

因此，本发明同时要求保护采用上述树脂金属复合结合剂制备的金刚石砂轮。

一种复合结合剂金刚石砂轮，由砂轮基体和设置在砂轮基体上的磨料层构成，所述复合结合剂金刚石砂轮的制备方法包括以下步骤：

(1) 将上述原料在混料机中混合10～20小时，混合均匀后通过320目标准筛，得到复合结合剂；将所得复合结合剂与金刚石磨料置入混料机内混合均匀，然后缓缓加入湿润剂树脂液继续混合1～2小时，混合均匀后通过60目标准筛，得到砂轮混合料；

(2) 将加工好的金属基体置入模具内配置好，然后将步骤(2)所得砂轮混合料缓慢均匀地投入已与基体配置好的模具内并刮平，置入液压机台定模热压；热压的压力为80～120MPa，热压的温度为250～280℃，保压45～60分钟，得到砂轮坯体；

(3) 将压制好的砂轮坯体冷却出模，然后置入烧结炉或电烘箱内，2～3小时内快速升温至180℃，然后分段升温至最终烧结温度250℃±5℃，保温10～16小时，冷却至室温取出；

(4) 将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库，得到复合结合剂金刚石砂轮。

上述技术方案中，复合结合剂、金刚石磨料、树脂液的体积百分比各为：65～85%、15～35%、0.5～1%。

上述技术方案中，所述湿润剂为酚醛树脂液，其外观呈棕红色透明液体，固含量为50%，胶化时间（171℃）为100～300秒，玻璃化温度（Tg）≥250℃，固化温度为200～220℃。

上述技术方案中，金刚石磨料应选用耐温性好，自锐性好，强度高的表面镀镍金刚石。各种粒度的镀镍金刚石市场有售。须符合国家标准。

上述技术方案中，所述砂轮基体为普通碳钢基体，无特殊要求，唯保证尺寸精度和型面精度，保持动态平衡。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

采用上述树脂金属复合结合剂制备的金刚石砂轮在数控磨床上使用时，既保持了树脂结合剂金刚石砂轮原有的磨削效率高、自锐性好等特点，同时也具有金属结合剂金刚石砂轮高刚性、高耐热性、型面保持好的优点，尤其是可以进行单程切深可达6mm以上的重负荷强力磨削。在同等测试条件下，与传统树脂结合剂金刚石砂轮相比，本复合结合剂砂轮在磨削效率、使用寿命及产品价格等因素平衡后，综合效益可以提高100%以上。

附图说明

图1是实施例中制备复合结合剂金刚石砂轮的流程示意图；

图2是实施例中制备得到的复合结合剂金刚石砂轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，制备复合结合剂金刚石砂轮，包括以下步骤：

(1) 混料：将以下重量比的原料：聚酰亚胺树脂粉 25%；铜粉15%；锡粉45%；锌粉7%；磷粉7%；铅粉1%，在混料机中混合12小时，通过320目标准筛，制成复合结合剂；再将复合结合剂和金刚石磨料按比例置入筒型混料机内混合，在显微镜下检测均匀后缓缓加入树脂液，继续混合1～2小时，均匀后过60目标准筛，得到砂轮混合料，置入容器备用；其中，复合结合剂、金刚石、树脂液的体积比分别为：67%、32%、1%；所述金刚石为镀镍金刚石，粒度为100/120，市场有售，质量符合国家标准；树脂液为酚醛树脂液，作为湿润剂使用，其外观呈棕红色透明液体，固含量为50%，胶化时间（171℃）为100～300秒，玻璃化温度（Tg）≥250℃，固化温度为200～220℃；市售商品。

准备钢基体：严格控制尺寸、型位公差，务必保证钢基体的动态平衡。

(2) 成型：先将加工好的钢基体置入模具，然后将砂轮混合料平缓均匀投入模具内，置入液压机热压，热压的压力为100MPa，热压温度控制在250～280℃，保压50分钟，冷却出模后得到砂轮坯体。

(3) 烧结：将压制好的砂轮坯体置入烧结炉（或电烘箱）内，3小时内升温至180℃，然后分段升温至最终烧结温度250℃±5℃（分段升温工艺如下：180℃ 1小时升温至190℃，然后1.5小时升温至200℃，然后1.5小时升温至210℃，然后2小时升温至220℃，然后2小时升温至230℃，然后2小时升温至240℃，然后2小时升温至250℃），保温15小时，冷却至室温取出。

(4) 加工：将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准（JB/T7425-94）检验合格后包装、入库，得到的复合结合剂金刚石砂轮的结构示意图如图2所示。

本砂轮实际应用的进刀量为单程3mm，加工零件数提高了一倍。

实施例二：参见图1所示，制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：

(1) 混料：将以下重量比的原料：聚酰亚胺树脂粉 28%；铜粉18%；锡粉41%；锌粉6%；磷粉6%；铅粉1%；在混料机中混合12小时，通过320目标准筛，制成复合结合剂；再将复合结合剂和金刚石磨料按比例置入筒型混料机内混合，在显微镜下检测均匀后缓缓加入树脂液，继续混合1～2小时，过60目标准筛后置入容器备用，得到砂轮混合料；其中，复合结合剂、金刚石、树脂液的体积比分别为：64%、25%、1%；所述金刚石为镀镍金刚石，粒度为140/170，市场有售，质量符合国家标准；树脂液为酚醛树脂液，市售商品。

准备钢基体：严格控制尺寸、型位公差并做动平衡测试。

(2) 成型：先将加工好的钢基体置入模具，然后将砂轮混合料平缓均匀投入模具内，置入液压机热压，热压的压力为100MPa，热压温度控制在250～280℃，保压45分钟，冷却出模后得到砂轮坯体。

(3) 烧结：将压制好的砂轮坯体置入烧结炉（或电烘箱）内，3小时内升温至180℃，然后分段升温至最终烧结温度250℃±5℃（分段升温工艺如下：180℃ 1小时 190℃ 1.5小时 200℃ 1.5小时 210℃ 2小时 220℃ 2小时230℃ 2小时 240℃ 2小时 250℃），保温15小时，冷却至室温取出；。

(4) 加工：将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准（JB/T7425-94）检验合格后包装、入库，得到的复合结合剂金刚石砂轮的结构示意图如图2所示。

本砂轮成功应用于小工件开槽，进刀量为2.5mm，使用寿命提高了一倍以上。

实施例三

参见图1所示，制备复合结合剂金刚石砂轮，工艺过程与实施例一相同，具体为：

(1) 混料：将以下重量比的原料：聚酰亚胺树脂粉 20%；铜粉19%；锡粉48%；锌粉5%；磷粉7%；铅粉1%；在混料机中混合12小时，通过320目标准筛，制成复合结合剂；再将复合结合剂和金刚石磨料按比例置入筒型混料机内混合，在显微镜下检测均匀后缓缓加入树脂液，继续混合1～2小时，过60目标准筛后置入容器备用，得到砂轮混合料；其中，复合结合剂、金刚石、树脂液的体积比分别为：64%、25%、1%；所述金刚石为镀镍金刚石，粒度为230/270，市场有售，质量符合国家标准；树脂液为酚醛树脂液，市售商品。

准备钢基体：严格控制尺寸、型位公差并做动平衡测试。

(2) 成型：先将加工好的钢基体置入模具，然后将砂轮混合料平缓均匀投入模具内，置入液压机热压，热压的压力为100MPa，热压温度控制在250～280℃，保压45分钟，冷却出模后得到砂轮坯体。

(3) 烧结：将压制好的砂轮坯体置入烧结炉（或电烘箱）内，3小时内升温至180℃，然后分段升温至最终烧结温度250℃±5℃（分段升温工艺如下：180℃ 1小时 190℃ 1.5小时 200℃ 1.5小时 210℃ 2小时 220℃ 2小时230℃ 2小时 240℃ 2小时 250℃），保温15小时，冷却至室温取出；。

(4) 加工：将检验合格的砂轮坯体在车床和磨床上加工至图纸要求的形状和尺寸，按金刚石砂轮国家标准（JB/T7425-94）检验合格后包装、入库，得到的复合结合剂金刚石砂轮的结构示意图如图2所示。

本砂轮实际应用的进刀量为4.7mm，机床无震动，与原使用的进口砂轮相比，磨削效率提高一倍以上。