樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪及其制備方法。以質(zhì)量百分含量表示，磨輪工作層的原料組成為微晶玻璃陶瓷粉10～30%、工業(yè)金剛石15～37.5%、樹脂結(jié)合劑23～60%和氧化鋅0～10%。首先將樹脂結(jié)合劑和微晶玻璃陶瓷粉混勻，得到復(fù)合材料結(jié)合劑；將甲酚加入工業(yè)金剛石中，使金剛石表面被完全潤濕，潤濕后和氧化鋅加入復(fù)合材料結(jié)合劑中混勻，得到成型料；將成型料投入模具內(nèi)壓制成金剛石磨輪毛坯；所得毛坯進(jìn)行燒結(jié)，最后進(jìn)行車床加工、修整處理，得到產(chǎn)品。本發(fā)明采用微晶玻璃陶瓷粉末作為填料，從而改善了樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪的耐熱性差、硬度低、保型性差和鋒利度差的技術(shù)問題。
【專利說明】樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金剛石磨輪及其加工方法，特別是涉及一種樹脂陶瓷復(fù)合材料的 金剛石磨輪及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控CNC磨床加工硬質(zhì)合金工具90%使用樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪，雖然它具有自 銳性好、磨削鋒利的優(yōu)點(diǎn)，但是由于樹脂自身結(jié)構(gòu)的原因，也存在不足之處。一是其耐熱性 低：在磨削過程中，由于瞬時(shí)磨削高溫或累積高溫下，樹脂容易炭化、分解，難以把持超硬磨 料，導(dǎo)致磨料大量脫落或者造成磨輪工作層開裂、脫環(huán)，大大降低磨輪的使用壽命和磨輪表 面精度；二是樹脂磨輪力學(xué)性能和形狀保持性差：二者都會影響加工工件的表面質(zhì)量，一 般采用在樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪的配方中添加銅粉的方式，但銅粉塑性太大，導(dǎo)致磨輪磨 削過程中易堵塞，從而燒傷加工工件的表面，影響加工工件的表面質(zhì)量，降低磨輪的磨削性 能；也有在樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪的配方中采用其它金屬粉或銅錫二元合金粉來改善樹脂 結(jié)合劑金剛石磨輪的性能。金屬粉作為填料制作的樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪存在的共性問題 是：在樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪耐熱性改善的同時(shí)其力學(xué)性能改善不明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：根據(jù)數(shù)控CNC磨床加工硬質(zhì)合金用樹脂結(jié)合劑金剛 石磨輪形狀保持性差和耐熱性低等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種樹脂陶瓷復(fù)合材料金剛石磨 輪及其制備方法。利用本發(fā)明技術(shù)方案制備的樹脂陶瓷復(fù)合材料金剛石磨輪提高了磨輪的 開槽深度，減少了磨輪的修整次數(shù)，提高了工作效率，延長了磨輪壽命，從而達(dá)到改善和提 高樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪耐熱性、力學(xué)性能和磨削性能的目的。
[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 本發(fā)明提供一種樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，所述金剛石磨輪包括基體和工作 層，以質(zhì)量百分含量表示，所述工作層的原料組成為： 微晶玻璃陶瓷粉10?30%，工業(yè)金剛石15?37. 5%，樹脂結(jié)合劑23?60%和氧化鋅0 ?10%。
[0005] 根據(jù)上述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，所述微晶玻璃陶瓷粉是通過以下方 法制備而成： a、 以質(zhì)量百分比表示，微晶玻璃陶瓷粉的原料組成為Li20 1?5%、Na20 10?20%、B203 15 ?30%、A1203 5 ?20%、Si02 40 ?60%、ZnO2 ?8%，MgO2 ?10%，Zr02 0 ?6% 和Ti02 0 ?8% ; b、 按照步驟a中所述微晶玻璃陶瓷粉的原料組成準(zhǔn)備各種原料，將各種原料首先加 入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨混勻后所得混合料加入高溫爐中進(jìn)行熔融，熔融溫度為1300? 1400°C，時(shí)間為2?3小時(shí)； c、 將步驟b熔融后的混合料采用循環(huán)的常溫蒸餾水進(jìn)行水淬； d、 將步驟C水淬后的物料進(jìn)行干燥； e、 干燥后的物料進(jìn)行研磨，研磨后過400目篩；過篩后的物料加入電阻爐進(jìn)行核化處 理，核化處理時(shí)溫度控制為650?680°C，時(shí)間為2?3小時(shí)； f、 將步驟e得到的物料利用電阻爐在850°C條件下進(jìn)行晶化處理，處理時(shí)間為2?3小 時(shí)，晶化處理后再進(jìn)行研磨，研磨后過400目篩即得到微晶玻璃陶瓷粉。
[0006]根據(jù)上述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，步驟c中所述水淬過程為：將在 1300?1400°C條件下熔融后的混合液體直接注入常溫的蒸餾水中進(jìn)行水淬，蒸餾水為循 環(huán)水。
[0007]根據(jù)上述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，步驟d中所述干燥是采用恒溫干燥 箱在120°C條件下、干燥5小時(shí)。
[0008]根據(jù)上述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，所述微晶玻璃陶瓷粉的粒度為400 目以細(xì)；所述工業(yè)金剛石的粒度為80/100?400/500;所述樹脂結(jié)合劑的粒度為30? 40iim;所述氧化鋅為納米級的分析純。
[0009]根據(jù)上述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，所述樹脂結(jié)合劑為聚酰亞胺樹脂和 酚醛樹脂。
[0010] 另外，提供一種樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪的制備方法，所述制備方法包括 以下步驟： (1) 混料：按照上述金剛石磨輪的原料組成比例稱取各種原料，首先將稱取的樹脂結(jié)合 劑和微晶玻璃陶瓷粉通過三維混料機(jī)混合5?12小時(shí)，得到復(fù)合材料結(jié)合劑； (2) 將甲酚滴入稱取的工業(yè)金剛石中，使甲酚和金剛石充分混勻，金剛石表面被完全潤 濕；濕潤過的工業(yè)金剛石和氧化鋅加入步驟（1)得到的復(fù)合材料結(jié)合劑中，通過三維混料 機(jī)混合5?12小時(shí)，得到成型料； (3) 成型：將所得成型料緩慢投入組裝好的模具內(nèi)，填置均勻、刮平，然后置于液壓機(jī)操 作臺冷壓至設(shè)定高度，得到壓制好的金剛石磨輪毛坯； (4) 燒結(jié)：將壓制好的金剛石磨輪毛坯置于熱壓機(jī)內(nèi)升溫到KKTC，然后以3?5°C/ min的升溫速率升至燒結(jié)溫度230±5°C，達(dá)到燒結(jié)溫度后保溫240±5min，保溫后隨熱壓機(jī) 緩慢冷卻至l〇〇°C以下取出； (5) 加工：將燒結(jié)后的金剛石磨輪半成品在車床上進(jìn)行加工，然后用磨床進(jìn)行修整，最 后所得產(chǎn)品檢驗(yàn)入庫。
[0011] 本發(fā)明的積極有益效果： 本發(fā)明采用微晶玻璃陶瓷粉末作為填料，從而改善了樹脂結(jié)合劑金剛石磨輪的耐熱性 差、硬度低、保型性差和鋒利度差的技術(shù)問題；本發(fā)明制備的樹脂陶瓷復(fù)合材料金剛石磨 輪，在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控CNC磨床上使用時(shí)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力開槽，明顯地提高了磨輪的開槽深度， 減少了磨輪的修整次數(shù)，使工作效率提高了 80%，磨輪壽命延長了 3倍。另外，其磨削工件的 表面粗糙度降低，這符合現(xiàn)代加工工業(yè)越來越要求高效率、自動(dòng)化、高精度的趨勢。
[0012] 本發(fā)明制作的樹脂陶瓷復(fù)合材料金剛石磨輪，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)樹脂金剛石磨輪， 詳見表1本發(fā)明產(chǎn)品相關(guān)性能檢測數(shù)據(jù)。
[0013]
【權(quán)利要求】
1. 一種樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，所述金剛石磨輪包括基體和工作層，其特征 在于，以質(zhì)量百分含量表示，所述工作層的原料組成為： 微晶玻璃陶瓷粉10?30%，工業(yè)金剛石15?37. 5%，樹脂結(jié)合劑23?60%和氧化鋅 0 ?10%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，其特征在于，所述微晶玻 璃陶瓷粉是通過以下方法制備而成： a、 以質(zhì)量百分比表示，微晶玻璃陶瓷粉的原料組成為Li20 1?5%、Na20 10?20%、B20315 ?30%、A1203 5 ?20%、Si02 40 ?60%、ZnO 2 ?8%，MgO 2 ?10%，Zr02 0 ?6% 和 Ti020 ?8% ; b、 按照步驟a中所述微晶玻璃陶瓷粉的原料組成準(zhǔn)備各種原料，將各種原料首先加 入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨混勻后所得混合料加入高溫爐中進(jìn)行熔融，熔融溫度為1300? 1400°C，時(shí)間為2?3小時(shí)； c、 將步驟b熔融后的混合料采用循環(huán)的常溫蒸餾水進(jìn)行水淬； d、 將步驟c水淬后的物料進(jìn)行干燥； e、 干燥后的物料進(jìn)行研磨，研磨后過400目篩；過篩后的物料加入電阻爐進(jìn)行核化處 理，核化處理時(shí)溫度控制為650?680°C，時(shí)間為2?3小時(shí)； f、 將步驟e得到的物料利用電阻爐在850°C條件下進(jìn)行晶化處理，處理時(shí)間為2?3小 時(shí)，晶化處理后再進(jìn)行研磨，研磨后過400目篩即得到微晶玻璃陶瓷粉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，其特征在于，步驟c中所述 水淬過程為：將在1300?1400°C條件下熔融后的混合液體直接注入常溫的蒸餾水中進(jìn)行 水淬，蒸饋水為循環(huán)水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，其特征在于，步驟d中所述 干燥是采用恒溫干燥箱在120°C條件下、干燥5小時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，其特征在于：所述微晶玻 璃陶瓷粉的粒度為400目以細(xì)；所述工業(yè)金剛石的粒度為80/100?400/500 ;所述樹脂結(jié) 合劑的粒度為30?40 ii m ;所述氧化鋅為納米級的分析純。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪，其特征在于：所述樹脂結(jié) 合劑為聚酰亞胺樹脂和酚醛樹脂。
7. -種樹脂陶瓷復(fù)合材料的金剛石磨輪的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括 以下步驟： (1) 混料：按照權(quán)利要求1所述金剛石磨輪的原料組成比例稱取各種原料，首先將稱取 的樹脂結(jié)合劑和微晶玻璃陶瓷粉通過三維混料機(jī)混合5?12小時(shí)，得到復(fù)合材料結(jié)合劑； (2) 將甲酚滴入稱取的工業(yè)金剛石中，使甲酚和金剛石充分混勻，金剛石表面被完全潤 濕；濕潤過的工業(yè)金剛石和氧化鋅加入步驟（1)得到的復(fù)合材料結(jié)合劑中，通過三維混料 機(jī)混合5?12小時(shí)，得到成型料； (3) 成型：將所得成型料緩慢投入組裝好的模具內(nèi)，填置均勻、刮平，然后置于液壓機(jī)操 作臺冷壓至設(shè)定高度，得到壓制好的金剛石磨輪毛坯； (4) 燒結(jié)：將壓制好的金剛石磨輪毛坯置于熱壓機(jī)內(nèi)升溫到KKTC，然后以3?5°C / min的升溫速率升至燒結(jié)溫度230 ± 5°C，達(dá)到燒結(jié)溫度后保溫240 ± 5min，保溫后隨熱壓機(jī) 緩慢冷卻至100°C以下取出； (5)加工：將燒結(jié)后的金剛石磨輪半成品在車床上進(jìn)行加工，然后用磨床進(jìn)行修整，最 后所得產(chǎn)品檢驗(yàn)入庫。
【文檔編號】B24D3/02GK104440597SQ201410600654
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】蘇彥賓 申請人:河南新源超硬材料有限公司