一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮及其制备方法

摘要

本发明公开了一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮及其制备方法，包括钢基体以及粘接在钢基体上的磨料块和辅助磨削自锐块，其中磨料块和辅助磨削自锐块呈间隔分布。本发明创造性的添加了辅助磨削自锐块，使超硬CBN砂轮可以代替普通磨料砂轮加工未淬火钢件，砂轮使用线速度可达120m/s，不易粘屑烧伤未淬火工件，且具有修整间隔长，寿命长，效率高，稳定性好的优点，适合自动化生产线。

说明书

技术领域

本发明属于机械加工用砂轮技术领域，具体涉及一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮及其制备方法。

背景技术

随着机械加工业的发展，对高效率、高精度、高品质的要求越来越高，超硬磨料磨具因为硬度高，寿命长等优点越来越多应用于各种磨加工领域，其中CBN砂轮已经逐步取代传统刚玉砂轮，但是CBN磨料的高硬度只有在高线速才能具有更大的优势。未淬火合金钢因为其很高的韧性以及加工时候的粘屑易烧伤性，不适合高硬度的CBN砂轮高速加工，因此市场上还在使用普通磨料砂轮进行加工。由于普通磨料砂轮硬度低，仅能用于50m/s的线速度下，导致砂轮效率低寿命低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮，其在加工未淬火合金钢工件时，使用线速度达到120m/s，具有良好自锐性，较长的修整间隔以及使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮，所述砂轮包括钢基体以及粘接在钢基体上的磨料块和辅助磨削自锐块；所述磨料块、辅助磨削自锐块呈间隔分布；所述磨料块由CBN磨料、陶瓷结合剂、酚醛树脂液制备；所述辅助磨削自锐块由白刚玉A、白刚玉B、陶瓷结合剂、酚醛树脂液制备；所述陶瓷结合剂包括二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙。

上述技术方案中，所述粘接为基于环氧树脂胶的钢质修补剂粘接；所述辅助磨削自锐块的密度为磨料块密度的1.05～1.15倍；每个所述磨料块的结块长度为每个辅助磨削自锐块结块长度的2～2.5倍。

上述技术方案中，所述CBN磨料的粒度为60/70～120/140；所述白刚玉A的粒度为60/70～120/140、白刚玉B的粒度为70/80～140/170。

上述技术方案中，所述CBN磨料、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（53～70）∶（35～43）∶（5～15）；所述白刚玉A、白刚玉B、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（32～43）∶（23～28）∶（28～33）∶（5～15）；所述二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙的质量比为（42～61.5）∶（20～33）∶（7～18）∶（8～17.5）∶（1.5～6.5）。

上述加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）将CBN磨料和陶瓷结合剂混合后，过筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到磨料块混合料；将磨料块混合料倒入模具中并刮平，冷压成型，得到磨料块结块坯体；将磨料块结块坯体热处理后经过烧结，得到磨料块结块；

（2）将白刚玉A、白刚玉B和陶瓷结合剂混合后，过筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到辅助磨削自锐块混合料；将辅助磨削自锐块混合料倒入模具中并刮平，冷压成型，得到辅助磨削自锐块结块坯体；将辅助磨削自锐块结块坯体热处理后经过烧结，得到辅助磨削自锐块结块；

（3）将磨料块结块、辅助磨削自锐块结块分别粘接在钢基体上，再经过机械加工，得到加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮。

优选的，将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙混合均匀后，在熔块炉中1375℃～1475℃熔炼，然后落入水中急速冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂；所述二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙的质量比为（42～61.5）∶（20～33）∶（7～18）∶（8～17.5）∶（1.5～6.5）。

上述技术方案中，所述粘接为基于环氧树脂胶的钢质修补剂粘接；所述辅助磨削自锐块的密度为磨料块密度的1.05～1.15倍；所述每个磨料块的结块长度为每个辅助磨削自锐块结块长度的2～2.5倍；所述CBN磨料的粒度为60/70～120/140；所述白刚玉A的粒度为60/70～120/140、白刚玉B的粒度为70/80～140/170；所述CBN磨料、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（53～70）∶（35～43）∶（5～15）；所述白刚玉A、白刚玉B、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（32～43）∶（23～28）∶（28～33）∶（5～15）；所述热处理为100℃保温5小时；所述烧结为从室温升至300℃后保温2小时，然后升温至500℃，保温2小时，再升温至960℃，保温3小时，最后随炉冷却。

本发明还公开了一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮用磨削层及其制备方法，包括以下步骤：

（1）将CBN磨料和陶瓷结合剂混合后，过筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到磨料块混合料；将磨料块混合料倒入模具中并刮平，冷压成型，得到磨料块结块坯体；将磨料块结块坯体热处理后经过烧结，得到磨料块结块；

（2）将白刚玉A、白刚玉B和陶瓷结合剂混合后，过筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到辅助磨削自锐块混合料；将辅助磨削自锐块混合料倒入模具中并刮平，冷压成型，得到辅助磨削自锐块结块坯体；将辅助磨削自锐块结块坯体热处理后经过烧结，得到辅助磨削自锐块结块；

（3）将磨料块结块、辅助磨削自锐块结块间隔组合，得到加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮用磨削层。

上述技术方案中，将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙混合均匀后，在熔块炉中1375℃～1475℃熔炼，然后落入水中急速冷却后球磨成粉体，再烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，作为陶瓷结合剂；所述二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙的质量比为（42～61.5）∶（20～33）∶（7～18）∶（8～17.5）∶（1.5～6.5）；所述辅助磨削自锐块的密度为磨料块密度的1.05～1.15倍；所述每个磨料块的结块长度为每个辅助磨削自锐块结块长度的2～2.5倍；所述CBN磨料的粒度为60/70～120/140；所述白刚玉A的粒度为60/70～120/140、白刚玉B的粒度为70/80～140/170；所述CBN磨料、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（53～70）∶（35～43）∶（5～15）；所述白刚玉A、白刚玉B、陶瓷结合剂、酚醛树脂液的质量比为（32～43）∶（23～28）∶（28～33）∶（5～15）；所述热处理为100℃保温5小时；所述烧结为从室温升至300℃后保温2小时，然后升温至500℃，保温2小时，再升温至960℃，保温3小时，最后随炉冷却。

本发明的加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮，包括钢基体以及粘接在钢基体上的磨料块和辅助磨削自锐块，其中磨料块和辅助磨削自锐块呈间隔分布，钢基体和磨料块以及辅助磨削自锐块通过基于环氧树脂胶的钢质修补剂粘接。相比普通环氧树脂结构胶，钢质修补剂含有钢质粉末，具有优异的热传导性能，可迅速将高速磨削时产生的热量导入钢基体中，提高了环氧树脂胶的耐热性的同时，大幅度降低了工件的粘屑烧伤现象。

上述技术方案中，磨料块CBN磨料粒度60/70～120/140，辅助磨削自锐块白刚玉A粒度与CBN磨料相同，白刚玉B粒度细于CBN一个粒度号。

上述技术方案中，磨料块与辅助磨削自锐块的陶瓷结合剂相同，以保证磨料块与自锐层具有相同的热膨胀系数，高速磨削条件下无膨胀应力产生。

上述技术方案中，辅助磨削自锐块成型密度为磨料块密度的1.05-1.15倍。由于自锐层的消耗会略大约磨料块，所以如果自锐层成型密度低，消耗快，则无法持续保持自锐层的自锐性，而自锐层成型密度高，又会导致自锐性变差。每个所述磨料块的结块长度为每个辅助磨削自锐块结块长度的2～2.5倍即磨料块与辅助磨削自锐块的结块长度比为（2-2.5）：1，本发明创造性的添加了辅助磨削自锐块，使超硬CBN砂轮可以在120m/s线速度下加工未淬火的合金钢工件，具有修整间隔长，寿命长，效率高，稳定性好的优点。

上述技术方案中，陶瓷结合剂粒度18-32微米。如果结合剂过细，磨料块烧结致密无气孔，不利于砂轮的散热排屑，从而导致工件的粘屑烧伤；而结合剂过粗，磨料块与辅助磨削自锐块强度较差，易导致砂轮断裂，不适合高速磨削。

上述技术方案中，步骤（1）和（2）中，过筛处理采用40目标准筛；冷压成型压力为18MPa。

上述技术方案中，步骤（3）中，机械加工指将砂轮坯体分别经过外圆磨加工、端面磨加工、精车加工，达到图纸所要求的形状和尺寸，得到加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮。

由于上述方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明首次公开了一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮，使超硬CBN砂轮可以代替普通磨料砂轮加工未淬火钢件，且具有修整间隔长，寿命长，效率高，稳定性好的优点。

2.本发明创造性的添加了辅助磨削自锐块，可在120m/s线速度下加工未淬火的合金钢工件，由于辅助磨削自锐块的自锐性，砂轮不易粘屑烧伤未淬火工件，加工稳定适合自动化生产线。

附图说明

图1是实施例中本发明的CBN砂轮结构示意图主视图；

图2是实施例中本发明的CBN砂轮结构示意图俯视图；

其中：1、基体；2、磨料块；3、辅助磨削自锐块。

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

如图1、图2所示，一种加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮，包括钢基体1以及粘接在钢基体上的磨料块2和辅助磨削自锐块3，其中磨料块和辅助磨削自锐块呈间隔分布。磨料块结块长38.7mm，成型密度为2.32，辅助磨削自锐块结块长16.7mm，成型密度2.48；如果磨料块和辅助磨削自锐块结块长一样，则性能变差，加工1300件后出现粘屑现象。

磨料块原料组成与重量百分比为：80/100粒度的CBN磨料57%、陶瓷结合剂36%、酚醛树脂液7%；辅助磨削自锐块原料组成与重量百分比为：80/100粒度的白刚玉36%、100/120粒度的白刚玉24%、陶瓷结合剂29%、酚醛树脂液11%。

上述CBN砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二氧化硅、硼砂、氧化铝、碳酸钾、氧化钙按照51%、22%、10.5%、11%、5.5%的重量百分比混合均匀后，在熔块炉中1470℃熔炼，落入水中急速冷却后球磨成粉体，烘干后过筛，取可通过600目标准筛、无法通过800目标准筛的粉末，即为陶瓷结合剂；

（2）将CBN磨料和陶瓷结合剂按重量比混合后，过40目筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到磨料块混合料；

（3）将磨料混合料倒入模具中并刮平，18MPa冷压成型，得到磨料块结块坯体；

（4）将白刚玉（粒度80/100）、白刚玉（粒度100/120）和陶瓷结合剂按重量比混合后，过40目筛处理，取筛下物置于研钵中；将酚醛树脂液与丙酮混合后，加入含有筛下物的研钵中，混匀得到辅助磨削自锐块混合料；

（5）将自锐层混合料倒入模具中并刮平，18MPa冷压成型，得到辅助磨削自锐块结块坯体；

（6）将磨料块和辅助磨削自锐块坯体分别于100℃保温5小时，然后放入烧结炉中，经分段式烧结得到各自的结块；所述分段式烧结为从室温升至300℃后保温2小时；然后升温至500℃，保温2小时；再升温至960℃，保温3小时；最后随炉冷却；

（7）使用基于环氧树脂胶的钢质修补剂将烧结后的磨料块结块以及辅助磨削自锐块结块间隔分布与钢基体粘接，得到砂轮坯体；砂轮坯体经外圆磨加工、端面磨加工、精车加工，达到图纸所要求的形状和尺寸，得到加工未淬火合金钢工件的高线速自锐性CBN砂轮。

根据上述制备方法，将白刚玉（粒度80/100）、白刚玉（粒度100/120）全部采用白刚玉（粒度80/100），得到对比砂轮一。

根据上述制备方法，将磨料块和辅助磨削自锐块不间隔设置，即一边磨料块、一边辅助磨削自锐块，得到对比砂轮二。

将本发明的CBN砂轮、对比砂轮与现有普通磨料砂轮（刚玉）以及CBN砂轮用于加工同样的未淬火合金钢刨刀，结果见表1。

表1 本发明的CBN砂轮和现有砂轮的加工参数

所用砂轮线速度修整间隔使用状况加工良率实施例CBN砂轮100m/s2000件/修稳定修整，不出现粘屑100%现有普通磨料砂轮40m/s150件/修不稳定，需及时关注使用状态96.8%现有CBN砂轮100m/s0件/修粘屑烧伤工件-对比砂轮一100m/s1500件/修稳定，出现粘屑烧伤工件95.1%对比砂轮二100m/s300件/修不稳定，出现粘屑烧伤工件60.1%

由表1可知，与现有陶瓷砂轮相比，本发明的CBN砂轮在加工加工未淬火合金钢工件时，能够提供更快的砂轮使用线速度，更高的修整间隔，工件不产生粘屑烧伤现象，提高了加工效率与砂轮寿命，同时砂轮运行稳定，更适合自动化生产线；本发明的砂轮可达120m/s的线速度，修整间隔短，没有修整的时间，同时没有废工件，完全的自动化。