技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及磨料砂輪材料，具體涉及一種玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪及其制備方法。
背景技術(shù)
釬焊金剛石工具由于活性釬料與金剛石能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而具備強(qiáng)的結(jié)合力，金剛石出露高度能達(dá)到自身高度的50％～70％，因而具有對磨料把持強(qiáng)度高、磨料出露程度高等特點。但是，目前市場上的釬焊金剛石工具大多只有一層磨料，大大限制了工具使用壽命的提高。因此，相關(guān)單位開發(fā)了多層釬焊金剛石工具，但是，多層釬焊金剛石工具在加工過程中自銳性較差，難以滿足加工要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明能有效提高砂輪的自銳性同時保證結(jié)合劑對磨料足夠的把持強(qiáng)度，以提升金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的加工效率與使用壽命。
一種玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪制備方法，包括以下步驟：
S1，在金剛石或CBN磨料表面粘接包裹一層合金釬料后烘干得到超硬磨料體；
S2，將玻璃纖維在分散劑溶液中分散均勻，然后加入合金釬料，在真空、高溫環(huán)境下進(jìn)行熱處理后冷卻得到玻璃纖維金屬復(fù)合體；
S3，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復(fù)合體和增強(qiáng)體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置在真空環(huán)境、溫度800℃-950℃下保溫10-20min進(jìn)行真空燒結(jié)，即可得到玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪。
優(yōu)選的，按重量份數(shù)包括超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復(fù)合體40-60份、增強(qiáng)體20-40份。
優(yōu)選的，使用潤濕劑和粘結(jié)劑在金剛石或CBN磨料表面包裹一層合金釬料，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體。
優(yōu)選的，分散劑溶液濃度為10–100mg/L。
優(yōu)選的，加入合金釬料制備玻璃纖維金屬復(fù)合體的溫度為400℃-550℃。
優(yōu)選的，潤濕劑為液體石蠟或甘油，分散劑溶液中的分散劑為脂肪酸、聚乙烯或聚氧化乙烯。
優(yōu)選的，增強(qiáng)體為Al 2O 3粉、SiO 2粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉、Co粉中的一種或者幾種。
優(yōu)選的，玻璃纖維的直徑為10–50μm，長徑比為5:1–30:1，合金釬料和增強(qiáng)體的純度均高于99.9％，釬料和增強(qiáng)體粉末的粒度均為-100目，磨料粒度尺寸小于850μm。
優(yōu)選的，玻璃纖維金屬復(fù)合體采用塑料孔模制備，玻璃纖維金屬復(fù)合體直徑大小與塑料孔模的孔徑大小一致，塑料孔模的孔徑優(yōu)化方法為物理數(shù)學(xué)建模方法，以砂輪的使用壽命最高作為孔徑優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)：
L＝L(n,V f,D,s,C,G,P)
并以σ b≥[σ b]，q≤[q]作為主要約束條件，其中，n為砂輪轉(zhuǎn)速，V f為進(jìn)給速度，D為砂輪直徑，s為需要優(yōu)化的孔徑大小，C為金剛石或CBN磨料濃度，G為與砂輪結(jié)構(gòu)形狀相關(guān)的參數(shù)，P為與被加工工件材料物理性能相關(guān)的參數(shù)，σ b表示了由復(fù)合結(jié)合劑對磨粒把持強(qiáng)度所確定的約束條件，q表示了由接觸弧區(qū)平均熱流密度所確定的約束條件，求解上述數(shù)學(xué)模型，獲得塑料孔模的孔徑s的最佳數(shù)值。
一種玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，按重量份數(shù)包括超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復(fù)合體40-60份、增強(qiáng)體20-40份。玻璃纖維金屬復(fù)合體按重量份數(shù)包括玻璃纖維2-30份和合金釬料70-98份；所述合金釬料采用Ni–Cr合金釬料、Cu–Sn–Ti合金釬料或Ag–Cu–Ti合金釬料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
本發(fā)明一種玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪制備方法，通過在金剛石或CBN磨料表面粘接包裹一層合金釬料后烘干得到超硬磨料體，玻璃纖維和合金釬料均勻混合得到玻璃纖維金屬復(fù)合體，然后超硬磨料體、玻璃纖維金屬復(fù)合體和增強(qiáng)體混合制備成砂輪毛坯，最后將砂輪毛坯置在真空環(huán)境、溫度800℃-950℃下保溫10-20min進(jìn)行真空燒結(jié)，玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑由于合金釬料能與超硬磨料形成化學(xué)結(jié)合從而對超硬磨料具有較高的把持強(qiáng)度，磨削過程中超硬磨料不容易脫落，砂輪的加工性能和工件的表面精度得到提升。同時，由于玻璃纖維耐磨性差，在磨削過程中能被快速去除從而使砂輪能夠持續(xù)出刃，提升砂輪的加工性能。
進(jìn)一步的，玻璃纖維具有耐熱性強(qiáng)和機(jī)械強(qiáng)度高的特點，玻璃纖維能與合金釬料形成化學(xué)結(jié)合，適量組分的玻璃纖維能使砂輪能夠持續(xù)出刃的同時保證了砂輪自身足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，自銳性好，同時保證結(jié)合劑對磨料足夠的把持強(qiáng)度，能夠提升金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪的加工效率與使用壽命。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例中超硬磨料體示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例中塑料孔模。
圖4為本發(fā)明實施例中玻璃纖維金屬復(fù)合體。
圖5為本發(fā)明實施例中玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪節(jié)塊示意圖。
圖中，釬料-1、金剛石-2、開口筒體-3、擋板-4、塑料孔模-5、容器底座-6、玻璃纖維-7。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，制備其原料按重量份數(shù)包括：超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復(fù)合體40-60份、增強(qiáng)體20-40份；
上述超硬磨料體為表面包裹了一層合金釬料的金剛石或CBN磨料，上述增強(qiáng)體為Al 2O 3粉、SiO 2粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉、Co粉中的一種或者幾種，上述玻璃纖維金屬復(fù)合體按重量份數(shù)取包括：玻璃纖維2-30份和合金釬料70-98份；述合金釬料為Ni–Cr合金釬料、Cu–Sn–Ti合金釬料或Ag–Cu–Ti合金釬料。
玻璃纖維的直徑為10–50μm，長徑比為5:1–30:1，合金釬料和增強(qiáng)體的純度均高于99.9％，釬料和增強(qiáng)體粉末的粒度均為-100目，磨料粒度尺寸小于850μm。
玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪制備方法，包括以下步驟：
S1，使用潤濕劑和粘結(jié)劑使金剛石或CBN磨料表面包裹一層合金釬料，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體；
S2，在玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置中加入分散劑和去離子水或無水乙醇并攪拌均勻，制成濃度為10–100mg/L的分散劑溶液，接著將玻璃纖維加入到分散劑溶液中并通過超聲分散使玻璃纖維分散均勻；
S3，移去玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置中的擋板，上述含有玻璃纖維的分散劑溶液落入到塑料孔模中，通過移去成形裝置中的容器底座取出塑料孔模，再將合金釬料加入到塑料孔模中的每一個孔中并攪拌均勻；
S4，將塑料孔模置于真空爐中進(jìn)行熱處理，加熱溫度為400℃-550℃，冷卻后獲得玻璃纖維金屬復(fù)合體；
S5，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復(fù)合體和增強(qiáng)體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置于真空爐中在加熱溫度800℃-950℃、保溫時間10-20min的工藝條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，最終制作成玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪。
上述步驟1和2中潤濕劑為液體石蠟或甘油，分散劑為脂肪酸、聚乙烯或聚氧化乙烯。
上述步驟2中玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)包括開口筒體、塑料孔模、擋板和容器底座，所述塑料孔模材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚乙烯醇樹脂中的一種。
如圖5所示，上述步驟3和4中玻璃纖維金屬復(fù)合體直徑大小與塑料孔模的孔徑大小一致，塑料孔模的孔徑優(yōu)化方法為物理數(shù)學(xué)建模方法，以砂輪的使用壽命最高作為孔徑優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)：
L＝L(n,V f,D,s,C,G,P)
并以σ b≥[σ b]，q≤[q]作為主要約束條件，其中，n為砂輪轉(zhuǎn)速，V f為進(jìn)給速度，D為砂輪直徑，s為需要優(yōu)化的孔徑大小，C為金剛石或CBN磨料濃度，G為與砂輪結(jié)構(gòu)形狀相關(guān)的參數(shù)，P為與被加工工件材料物理性能相關(guān)的參數(shù)，σ b表示了由復(fù)合結(jié)合劑對磨粒把持強(qiáng)度所確定的約束條件(σ b≥[σ b]說明了復(fù)合結(jié)合劑對磨粒的把持強(qiáng)度不能小于最小把持強(qiáng)度，否則磨粒會脫落)，q表示了由接觸弧區(qū)平均熱流密度所確定的約束條件(q≤[q]條件與前面類似)，求解上述數(shù)學(xué)模型，獲得塑料孔模的孔徑s的最佳數(shù)值。
作為本發(fā)明的改進(jìn)，玻璃纖維金屬復(fù)合體中加入造孔劑，比如尿素、高密度聚乙烯粉末、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
實施例1
同時參照圖1-圖4，玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪的原料組分及其重量份數(shù)為：超硬磨料體20份、玻璃纖維金屬復(fù)合體55份、增強(qiáng)體25份，其中超硬磨料體為表面包裹了一層Cu–Sn–Ti合金釬料的金剛石磨料，增強(qiáng)體為Cu粉，玻璃纖維金屬復(fù)合體的組分及其重量份數(shù)為：玻璃纖維25份、合金釬料75份；玻璃纖維的直徑為20μm，長徑比為20:1，合金釬料和增強(qiáng)體的純度均高于99.9％，釬料和增強(qiáng)體粉末的粒度均為-200目，磨料粒度為150μm。
玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪制作方法包括以下步驟：
步驟1、使用潤濕劑和粘結(jié)劑使金剛石2的表面包裹一層釬料1，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體；
步驟2、在玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置中加入分散劑和去離子水并攪拌均勻，制成濃度為50mg/L的分散劑溶液，接著將玻璃纖維加入到分散劑溶液中并通過超聲分散使玻璃纖維分散均勻；
步驟3、移去玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置中的擋板4，將上述含有玻璃纖維的分散劑溶液落入到塑料孔模5中，采用所述塑料孔模5的孔徑優(yōu)化方法對塑料孔?？讖竭M(jìn)行優(yōu)化確定最佳孔徑大小為0.6mm，通過移去成形裝置中的容器底座取出塑料孔模，再將合金釬料加入到塑料孔模中的每一個孔中并攪拌均勻；
步驟4、將塑料孔模置于真空爐中進(jìn)行熱處理，加熱溫度為450℃，冷卻后獲得玻璃纖維金屬復(fù)合體；
步驟5、將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復(fù)合體和增強(qiáng)體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置于真空爐中在加熱溫度850℃、保溫時間10-20min的工藝條件下進(jìn)行真空燒結(jié)，最終制作成玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪；
上述步驟1和2中潤濕劑為甘油，分散劑為脂肪酸。
上述步驟2中玻璃纖維金屬復(fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)包括開口筒體、塑料孔模、擋板和容器底座，塑料孔模材質(zhì)為環(huán)氧樹脂。
如按照上述實施例1的方法，采用不同組分制備得到的砂輪特性如表1所示：
實施例1中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為50mg/L，熱處理溫度為450℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例2中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為10mg/L；熱處理溫度為450℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例3中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為30mg/L；熱處理溫度為400℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例4中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為80mg/L；熱處理溫度為400℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例5中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為50mg/L；熱處理溫度為550℃，真空爐中在加熱溫度850℃。
按本發(fā)明中的方法制備得到的砂輪強(qiáng)度較現(xiàn)有砂輪抗彎強(qiáng)度高，本發(fā)明制備實施例2和實施例3獲得的砂輪性能最好。
根據(jù)本發(fā)明的制備方法和要求制成的玻璃纖維金屬復(fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，結(jié)合劑對磨料的把持強(qiáng)度高，磨削過程中磨料不易脫落，并且砂輪自銳性好，在磨削過程中不需要修整。
上述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
