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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?gòu)?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(duì)磨料把持強(qiáng)度高、磨料出露程度高等特點(diǎn)。但是，目前市場(chǎng)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(kāi)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(guò)程中自銳性較差，難以滿(mǎn)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?gòu)?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(shí)保證結(jié)合劑對(duì)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?gòu)?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?gòu)?fù)合體；

S3，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬?gòu)?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?gòu)?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?gòu)?fù)合體40-60份、增強(qiáng)體20-40份。

優(yōu)選的，使用潤(rùn)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?gòu)?fù)合體的溫度為400℃-550℃。

優(yōu)選的，潤(rùn)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(zhǎng)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?gòu)?fù)合體采用塑料孔模制備，玻璃纖維金屬?gòu)?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(duì)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?gòu)?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?gòu)?fù)合體40-60份、增強(qiáng)體20-40份。玻璃纖維金屬?gòu)?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?gòu)?fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪制備方法，通過(guò)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?gòu)?fù)合體，然后超硬磨料體、玻璃纖維金屬?gòu)?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?gòu)?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(duì)超硬磨料具有較高的把持強(qiáng)度，磨削過(guò)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(shí)，由于玻璃纖維耐磨性差，在磨削過(guò)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(diǎn)，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(shí)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?gòu)?fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，自銳性好，同時(shí)保證結(jié)合劑對(duì)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(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中超硬磨料體示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中玻璃纖維金屬?gòu)?fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中塑料孔模。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中玻璃纖維金屬?gòu)?fù)合體。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中玻璃纖維金屬?gòu)?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(kāi)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(shí)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(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)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?gòu)?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?gòu)?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?gòu)?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(zhǎng)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?gòu)?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(rùn)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?gòu)?fù)合體成形裝置中加入分散劑和去離子水或無(wú)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(guò)超聲分散使玻璃纖維分散均勻；

S3，移去玻璃纖維金屬?gòu)?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(guò)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(gè)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?gòu)?fù)合體；

S5，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬?gòu)?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(shí)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?gòu)?fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪。

上述步驟1和2中潤(rùn)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?gòu)?fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)包括開(kāi)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(shù)脂、聚氨酯、聚乙烯醇樹(shù)脂中的一種。

如圖5所示，上述步驟3和4中玻璃纖維金屬?gòu)?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(duì)磨粒把持強(qiáng)度所確定的約束條件(σ          _b≥[σ          _b]說(shuō)明了復(fù)合結(jié)合劑對(duì)磨粒的把持強(qiáng)度不能小于最小把持強(qiáng)度，否則磨粒會(huì)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(lèi)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?gòu)?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(shí)施例1

同時(shí)參照?qǐng)D1-圖4，玻璃纖維金屬?gòu)?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?gòu)?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?gòu)?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(zhǎng)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?gòu)?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(rùn)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?gòu)?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(guò)超聲分散使玻璃纖維分散均勻；

步驟3、移去玻璃纖維金屬?gòu)?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(duì)塑料孔?？讖竭M(jìn)行優(yōu)化確定最佳孔徑大小為0.6mm，通過(guò)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(gè)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?gòu)?fù)合體；

步驟5、將超硬磨料體、玻璃纖維金屬?gòu)?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(shí)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?gòu)?fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪；

上述步驟1和2中潤(rùn)濕劑為甘油，分散劑為脂肪酸。

上述步驟2中玻璃纖維金屬?gòu)?fù)合體成形裝置結(jié)構(gòu)包括開(kāi)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(shù)脂。

如按照上述實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例2和實(shí)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?gòu)?fù)合結(jié)合劑超硬磨料砂輪，結(jié)合劑對(duì)磨料的把持強(qiáng)度高，磨削過(guò)程中磨料不易脫落，并且砂輪自銳性好，在磨削過(guò)程中不需要修整。

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。