本發(fā)明涉及精密機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種含釩和鋯元素的珩磨油石及其制備方法。
背景技術(shù)：
珩磨，又稱鏜磨，是指使用鑲嵌在珩磨頭上的珩磨油石在低的切削速度下對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的方法，是磨削加工的一種特殊形式，主要加工直徑5～500毫米甚至更大的各種圓柱孔，孔深與孔徑之比可達(dá)10或更大。在一定條件下，也可加工平面、外圓面、球面、齒面等。珩磨加工作為一種提高內(nèi)孔表面加工精度及降低表面粗糙度的精加工方法，不僅能去除較大的加工余量，而且能提高尺寸精度、幾何形狀精度和降低表面粗糙度，被廣泛地應(yīng)用于汽車、航空、石油機(jī)械、工程機(jī)械及軍事工業(yè)等行業(yè)中的孔類零件的精加工工序。
珩磨油石作為影響珩磨內(nèi)孔表面質(zhì)量及珩磨效率的主要因素之一，其磨料的特性及組成對(duì)油石的磨削性能都會(huì)產(chǎn)生最直接的影響?，F(xiàn)有技術(shù)中由單一磨料組成的珩磨油石，由于其單一的磨削特性，對(duì)一些難加工材料(如生鐵等)，其磨削效果并不很理想，使用上有一定的局限性。雖然國(guó)外進(jìn)口的多元素混合式珩磨油石能達(dá)到很好的磨削加工效果，但其使用壽命短，價(jià)格高昂，也限制了其的使用。
因此，研究開發(fā)出一種具有磨削鋒利，磨削效率和質(zhì)量高，磨削時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)、自銳性優(yōu)、制備簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)的珩磨油石，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一磨料和國(guó)外進(jìn)口的珩磨油石，對(duì)于我國(guó)精密機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)與必要的意義。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種含釩和鋯元素的珩磨油石，該含釩和鋯元素的珩磨油石具有磨削鋒利、磨削質(zhì)量高、磨削速度快、使用壽命長(zhǎng)和自銳性優(yōu)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，該制備方法具有工藝簡(jiǎn)單和加工成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種含釩和鋯元素的珩磨油石的應(yīng)用，該珩磨油石應(yīng)用于汽車機(jī)械、航空機(jī)械、石油機(jī)械及工程機(jī)械的孔類零件精加工工序中，具有加工效率高和加工質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提供的一種含釩和鋯元素的珩磨油石，上述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩1～10％、鋯1～8％、銅30～60％、銀1～6％、鋁1～10％、鋅1～6％、錫5～20％、鐵5～20％、鎳1～10％、鈷1～10％、鉛1～9％、粘結(jié)劑1～5％和超硬材料5％～20％，上述原料重量百分比之和等于100％。
進(jìn)一步的，上述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩2～8％、鋯2～6％、銅35～50％、銀2～5％、鋁2～8％、鋅2～5％、錫8～18％、鐵8～18％、鎳2～8％、鈷2～8％、鉛2～7％、粘結(jié)劑2～4％和超硬材料8％～18％，上述原料重量百分比之和等于100％；
優(yōu)選地，上述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩4％、鋯4％、銅43％、銀3％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、粘結(jié)劑3％和超硬材料10％。
進(jìn)一步的，上述原料釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷和鉛均獨(dú)立地為純度大于或等于99％的粒度為80～1000目的顆粒。
進(jìn)一步的，上述粘結(jié)劑為蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑或聚醛基粘結(jié)劑中的一種或幾種的混合。
進(jìn)一步的，上述超硬材料為人造金剛石、立方氮化硼、碳化硼或碳化硅中的一種或幾種的混合。
進(jìn)一步的，上述超硬材料的粒度為80～1000目。
本發(fā)明提供的一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后壓制，然后對(duì)壓制后的混合物燒結(jié)即得到上述含釩和鋯元素的珩磨油石。
進(jìn)一步的，上述壓制為在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-2～1×10-6Pa，壓制溫度為400～600℃，壓制時(shí)間為5～12min，壓制壓力為40～120MPa。
進(jìn)一步的，上述燒結(jié)的燒結(jié)溫度為550～800℃，燒結(jié)時(shí)間為5～12min。
本發(fā)明提供的一種含釩和鋯元素的珩磨油石的應(yīng)用，將上述的含釩和鋯元素的珩磨油石應(yīng)用于汽車機(jī)械、航空機(jī)械、石油機(jī)械及工程機(jī)械的孔類零件精加工工序中。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明提供的一種含釩和鋯元素的珩磨油石，是一種由多組分復(fù)合材料組成的珩磨油石，其由釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷和鉛等金屬元素以及粘結(jié)劑和超硬材料組成，相比于由單一磨料組成的珩磨油石，本發(fā)明由多種金屬元素和超硬材料組成的珩磨油石，其磨削效率和質(zhì)量高，且磨削鋒利，磨削時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。
此外，本發(fā)明提供的珩磨油石中特別加入了釩和鋯兩種元素，其中，釩有金屬“維生素”之稱，本發(fā)明珩磨油石加入1～10％的釩之后，可以細(xì)化珩磨油石的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而起到增加金屬的強(qiáng)度、韌性和耐磨性的效果，達(dá)到了使珩磨油石結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，并可以在高溫高壓下提高珩磨油石抗氫腐蝕能力，延長(zhǎng)珩磨油石的使用壽命；
本發(fā)明珩磨油石加入1～8％的鋯之后，由于鋯加入到金屬中具有強(qiáng)有力的脫氧、除氮、去硫的作用，將鋯應(yīng)用于本發(fā)明珩磨油石中，可以很好的提高本發(fā)明珩磨油石的硬度、強(qiáng)度和耐高溫型，制備出的珩磨油石又輕又耐高溫，強(qiáng)度和壽命可達(dá)到普通珩磨油石的數(shù)倍以上。
同時(shí)，釩和鋯兩種元素同時(shí)加入到本發(fā)明珩磨油石中，兩者可以相互促進(jìn)，共同提高珩磨油石的性能。釩可以使珩磨油石的結(jié)構(gòu)變得更為緊密，從而增加了珩磨油石的強(qiáng)度、韌性和耐磨性；鋯元素具有強(qiáng)有力的脫氧、除氮、去硫的作用，可以提高耐高溫的性能，并減輕其重量。因此，由釩和鋯兩種元素和其他元素復(fù)配得到的珩磨油石，其結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，制備出的珩磨油石自銳性優(yōu)、磨削鋒利、磨削質(zhì)量高、磨削速度快、又輕又耐高溫，進(jìn)而延長(zhǎng)了珩磨油石的使用壽命。
本發(fā)明提供的含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法工藝流程簡(jiǎn)單，只需將各原料混合均勻后，進(jìn)行壓制，隨后進(jìn)行燒結(jié)即可制得含釩和鋯元素的珩磨油石。本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石的制備過(guò)程步驟少，制備時(shí)不需要特殊的設(shè)備，進(jìn)而達(dá)到了制備所需時(shí)間短，加工成本低的效果，其價(jià)格明顯低于國(guó)外進(jìn)口的珩磨油石。
本發(fā)明提供的含釩和鋯元素的珩磨油石的應(yīng)用，將該珩磨油石應(yīng)用于汽車機(jī)械、航空機(jī)械、石油機(jī)械及工程機(jī)械的孔類零件精加工工序中，由于該珩磨油石磨削鋒利、磨削速度快，因此在上述各孔類零件的精加工工序中具有加工效率高和加工質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(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，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩1～10％、鋯1～8％、銅30～60％、銀1～6％、鋁1～10％、鋅1～6％、錫5～20％、鐵5～20％、鎳1～10％、鈷1～10％、鉛1～9％、粘結(jié)劑1～5％和超硬材料5％～20％，所述原料重量百分比之和等于100％。
本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石中各原料的作用為：
釩有金屬“維生素”之稱，本發(fā)明珩磨油石加入1～10％的釩之后，就能使金屬的彈性、強(qiáng)度大增，抗磨損和抗爆裂性極好，既耐高溫又抗奇寒。將釩應(yīng)用于本發(fā)明珩磨油石中，可以細(xì)化珩磨油石的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而起到增加鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性的效果，達(dá)到了使珩磨油石結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，并可以在高溫高壓下提高珩磨油石抗氫腐蝕能力，延長(zhǎng)珩磨油石的使用壽命。
此外，本發(fā)明珩磨油石中釩元素和鋯元素兩者可以相互促進(jìn)，共同提高珩磨油石的性能，復(fù)配得到的珩磨油石結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，釩的典型但非限定性的含量為：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
鋯加入到金屬中具有強(qiáng)有力的脫氧、除氮、去硫的作用。金屬中只要加入少量的鋯，硬度和強(qiáng)度就會(huì)驚人地提高，同時(shí)使其熔點(diǎn)大大的提高。將鋯應(yīng)用于本發(fā)明珩磨油石中，可以很好的提高本發(fā)明珩磨油石的硬度、強(qiáng)度和耐高溫型，制備出的珩磨油石又輕又耐高溫，強(qiáng)度和壽命可達(dá)到普通珩磨油石的數(shù)倍以上。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鋯的典型但非限定性的含量為：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
銅是一種過(guò)渡元素，延展性好、耐用性強(qiáng)，可以多次回收而無(wú)損其機(jī)械性能。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，銅的典型但非限定性的含量為：30％、32％、34％、36％、38％、40％、42％、44％、46％、48％、50％、52％、54％、56％、58％或60％。
銀是一種重要的貴金屬，物理性質(zhì)穩(wěn)定，延展性好。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，銀的典型但非限定性的含量為：1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％或6％。
鋁是一種銀白色輕金屬，有延展性。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鋁的典型但非限定性的含量為：1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
鋅是一種淺灰色的過(guò)渡金屬，室溫下較脆。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鋅的典型但非限定性的含量為：1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％或6％。
錫是一種略帶藍(lán)色的白色光澤的低熔點(diǎn)的金屬元素，柔軟，易彎曲，在常溫下富有展性。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，錫的典型但非限定性的含量為：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
鐵是一種生活中應(yīng)用較為廣泛的金屬，具有良好的延展性。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鐵的典型但非限定性的含量為：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
鎳是一種近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光和抗腐蝕。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鎳的典型但非限定性的含量為：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
鈷是銀白色的鐵磁性金屬，表面呈銀白略帶淡粉色，比較硬而脆。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鈷的典型但非限定性的含量為：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
鉛是柔軟和延展性強(qiáng)的一種弱金屬。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，鉛的典型但非限定性的含量為：1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％。
粘結(jié)劑是為了提高壓坯的強(qiáng)度或防止粉末偏析而添加到粉末中的可在燒結(jié)前或燒結(jié)過(guò)程中除掉的物質(zhì)，是磨料和基體之間粘結(jié)強(qiáng)度的保證。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，粘結(jié)劑的典型但非限定性的含量為：1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％或5％。
超硬材料是指硬度可與金剛石相比擬的材料，適用于制造其他材料的工具，特別是在加工硬質(zhì)材料方面，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。
本發(fā)明中，按重量百分比計(jì)，超硬材料的典型但非限定性的含量為：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
本發(fā)明提供的一種含釩和鋯元素的珩磨油石，是一種有多組分復(fù)合材料組成的珩磨油石，其由釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷、鉛等金屬元素以及粘結(jié)劑和超硬材料組成，相比于現(xiàn)有技術(shù)中由單一磨料組成的珩磨油石，本發(fā)明有多種金屬元素和超硬材料組成的珩磨油石，其磨削效率和磨削質(zhì)量高，且磨削鋒利，磨削時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。
此外，本發(fā)明珩磨油石中特別加入了釩和鋯兩種元素，其中，釩有金屬“維生素”之稱，本發(fā)明珩磨油石加入1～10％的釩之后，可以細(xì)化珩磨油石的組織和晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而起到增加金屬的強(qiáng)度、韌性和耐磨性的效果，達(dá)到了使珩磨油石結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，并可以在高溫高壓下提高珩磨油石抗氫腐蝕能力，延長(zhǎng)珩磨油石的使用壽命；
本發(fā)明珩磨油石加入1～8％的鋯之后，由于鋯加入到金屬中具有強(qiáng)有力的脫氧、除氮、去硫的作用，將鋯應(yīng)用于本發(fā)明珩磨油石中，可以很好的提高本發(fā)明珩磨油石的硬度、強(qiáng)度和耐高溫型，制備出的珩磨油石又輕又耐高溫，強(qiáng)度和壽命可達(dá)到普通珩磨油石的數(shù)倍以上。
同時(shí)，釩和鋯兩種元素同時(shí)加入到本發(fā)明珩磨油石中，兩者可以相互促進(jìn)，共同提高珩磨油石的性能。釩可以使珩磨油石的結(jié)構(gòu)變得更為緊密，從而增加了珩磨油石的強(qiáng)度、韌性和耐磨性；鋯元素具有強(qiáng)有力的脫氧、除氮、去硫的作用，可以提高耐高溫的性能，并減輕其重量。因此，由釩和鋯兩種元素和其他元素復(fù)配得到的珩磨油石，其結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，制備出的珩磨油石自銳性優(yōu)、磨削鋒利、磨削質(zhì)量高、磨削速度快、又輕又耐高溫，進(jìn)而延長(zhǎng)了珩磨油石的使用壽命。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩2～8％、鋯2～6％、銅35～50％、銀2～5％、鋁2～8％、鋅2～5％、錫8～18％、鐵8～18％、鎳2～8％、鈷2～8％、鉛2～7％、粘結(jié)劑2～4％和超硬材料8％～18％，所述原料重量百分比之和等于100％；
優(yōu)選地，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩4％、鋯4％、銅43％、銀3％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、粘結(jié)劑3％和超硬材料10％。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述原料釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷和鉛均獨(dú)立地為純度大于或等于99％的粒度為80～1000目的顆粒。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，純度大于或等于99％的釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷及鉛的雜質(zhì)含量少，所制備出的珩磨油石的磨削性能更優(yōu)。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述原料釩、鋯、銅、銀、鋁、鋅、錫、鐵、鎳、鈷和鉛均為粒度為80～1000目的顆粒，與之相對(duì)應(yīng)的超硬材料的粒徑為180μm-13μm，小粒徑的超硬材料的比表面積大，同樣體積的情況下在上述珩磨油石中的分布更加廣泛，因此能夠充分發(fā)揮其本身的高硬度和高耐磨性，進(jìn)而提高上述珩磨油石的磨削性能。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑為蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑或聚醛基粘結(jié)劑中的一種或幾種的混合。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，蠟基粘結(jié)劑是指以蠟為主要原料，并與有機(jī)添加劑混合而成的一種粘結(jié)劑，具有增加上述含釩和鋯元素的珩磨油石表面光潔度、強(qiáng)度和耐磨度的優(yōu)點(diǎn)；所述蠟基粘結(jié)劑的主要原料優(yōu)選為石蠟。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，油基粘結(jié)劑是指以油為主要原料，并與有機(jī)添加劑混合而成的一種粘結(jié)劑，具有增加上述含釩和鋯元素的珩磨油石的表面光亮度、強(qiáng)度和耐磨度的優(yōu)點(diǎn)；所述油基粘結(jié)劑的主要原料優(yōu)選為硅油。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，聚醛基粘結(jié)劑是指以聚甲醛為主要原料，并與有機(jī)添加劑混合而成的一種粘結(jié)劑，具有增加上述含釩和鋯元素的珩磨油石的表面光亮度、光潔度、強(qiáng)度和耐磨度的優(yōu)點(diǎn)。
在上述優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑可以是上述幾種粘合劑的混合，例如，油加蠟基粘結(jié)劑是指以蠟和油為主要原料，并與有機(jī)添加劑混合而成的一種粘結(jié)劑，具有增加上述含釩和鋯元素的珩磨油石的表面光亮度、光潔度、強(qiáng)度和耐磨度的優(yōu)點(diǎn)；所述油加蠟基粘結(jié)劑的主要原料優(yōu)選為石蠟和硅油的混合。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述超硬材料為人造金剛石、立方氮化硼、碳化硼或碳化硅中的一種或幾種的混合。
本發(fā)明中，金剛石是一種由純碳組成的礦物，也是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)，人造金剛石是的雜質(zhì)含量比天然金剛石的少，并且其硬度能夠超過(guò)天然金剛石，非常適合作為耐磨材料。
本發(fā)明中，立方氮化硼是指立方結(jié)構(gòu)的氮化硼，其硬度超過(guò)金剛石單晶，適合用作磨料。
本發(fā)明中，碳化硼，別名黑鉆石，具有密度低、強(qiáng)度大、高溫穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
本發(fā)明中，碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成的，化學(xué)性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好。
在上述優(yōu)選實(shí)施方式中，所述超硬材料的粒度為80～1000目。
本發(fā)明中，上述超硬材料的粒度為80～1000目，與之相對(duì)應(yīng)的超硬材料的粒徑為180μm-13μm，小粒徑的超硬材料的比表面積大，同樣體積的情況下在上述珩磨油石中的分布更加廣泛，因此能夠充分發(fā)揮其本身的高硬度和高耐磨性，進(jìn)而提高上述珩磨油石的磨削性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后壓制，然后對(duì)壓制后的混合物燒結(jié)即得到所述含釩和鋯元素的珩磨油石。
本發(fā)明中，上述含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法工藝簡(jiǎn)單，只需將各原料混合均勻后，進(jìn)行壓制，隨后進(jìn)行燒結(jié)即可制得含釩和鋯元素的珩磨油石。本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法簡(jiǎn)單，制備過(guò)程步驟少，加工成本低，不需要特殊的設(shè)備，制備所需時(shí)間短。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述壓制為在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-2～1×10-6Pa，壓制溫度為400～600℃，壓制時(shí)間為5～12min，壓制壓力為40～120MPa。
本發(fā)明中，上述真空度的典型但非限定性的為：1×10-2Pa、1×10-3Pa、1×10-4Pa、1×10-5Pa或1×10-6Pa；
本發(fā)明中，上述壓制溫度的典型但非限定性的為：550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800℃。
本發(fā)明中，上述壓制時(shí)間的典型但非限定性的為：4min、5min、6min、7min或8min。
本發(fā)明中，上述壓制壓力的典型但非限定性的為：40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa或120MPa。
上述的優(yōu)選實(shí)施方式中，在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制是指在真空狀態(tài)下壓制的一種壓制方法，由于壓制是在較短的時(shí)間內(nèi)完成的物料的定型，很容易造成氣體的卷入而影響定型件的質(zhì)量，而真空壓制能夠消除或減少定型件內(nèi)部的氣孔，使得定型件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量得到提高。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述燒結(jié)的燒結(jié)溫度為550～800℃，燒結(jié)時(shí)間為5～12min。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種含釩和鋯元素的珩磨油石的應(yīng)用，將上述珩磨油石廣泛地應(yīng)用于汽車機(jī)械、航空機(jī)械、石油機(jī)械及工程機(jī)械的孔類零件精加工工序中。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，上述珩磨油石應(yīng)用于汽車機(jī)械、航空機(jī)械、石油機(jī)械和工程機(jī)械的內(nèi)孔加工工序中。
本發(fā)明中，由于該含釩和鋯元素的珩磨油石磨削鋒利、磨削速度快，因此在上述各齒輪的內(nèi)孔加工中具有加工效率高和加工質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例1
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩5％、鋯8％、銅42％、銀2％、鋁3％、鋅2％、錫6％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、石蠟3％和人造金剛石10％。
實(shí)施例2
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩10％、鋯4％、銅40％、銀3％、鋁2％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、聚甲醛4％和立方氮化硼8％。
實(shí)施例3
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩1％、鋯4％、銅45％、銀4％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、硅油3％和人造金剛石10％。
實(shí)施例4
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩8％、鋯2％、銅40％、銀3％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、聚甲醛4％和碳化硼10％。
實(shí)施例5
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩4％、鋯4％、銅43％、銀3％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、粘結(jié)劑3％和超硬材料10％，其中，
所述粘結(jié)劑由以下重量百分比的原料組成：石蠟20％、硅油30％和聚甲醛50％；
所述超硬材料由以下重量百分比的原料組成：碳化硅30％、立方氮化硼50％和人造金剛石20％。
實(shí)施例6
一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：
(1)、原料混合：按實(shí)施例1所述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量份數(shù)稱取原料，隨后將原料混合均勻；
(2)、成型壓制：將上述步驟(1)混合均勻的原料根據(jù)成型的需要，在真空度為1×10-2Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制溫度為550℃，壓制時(shí)間為4min，壓制壓力為45Mpa，制得壓制成型的油石；
(3)、燒結(jié)制備：將上述步驟(2)壓制成型的油石在550℃下燒制5min，制得含釩和鋯元素的珩磨油石。
實(shí)施例7
一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：
(1)、原料混合：按實(shí)施例2所述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量份數(shù)稱取原料，隨后將原料混合均勻；
(2)、成型壓制：將上述步驟(1)混合均勻的原料根據(jù)成型的需要，在真空度為1×10-3Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制溫度為600℃，壓制時(shí)間為5min，壓制壓力為100Mpa，制得壓制成型的油石；
(3)、燒結(jié)制備：將上述步驟(2)壓制成型的油石在700℃下燒制6min，制得含釩和鋯元素的珩磨油石。
實(shí)施例8
一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：
(1)、原料混合：按實(shí)施例3所述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量份數(shù)稱取原料，隨后將原料混合均勻；
(2)、成型壓制：將上述步驟(1)混合均勻的原料根據(jù)成型的需要，在真空度為1×10-6Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制溫度為800℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為120Mpa，制得壓制成型的油石；
(3)、燒結(jié)制備：將上述步驟(2)壓制成型的油石在800℃下燒制5min，制得含釩和鋯元素的珩磨油石。
實(shí)施例9
一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：
(1)、原料混合：按實(shí)施例4所述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量份數(shù)稱取原料，隨后將原料混合均勻；
(2)、成型壓制：將上述步驟(1)混合均勻的原料根據(jù)成型的需要，在真空度為1×10-4Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制溫度為720℃，壓制時(shí)間為6min，壓制壓力為60Mpa，制得壓制成型的油石；
(3)、燒結(jié)制備：將上述步驟(2)壓制成型的油石在720℃下燒制10min，制得含釩和鋯元素的珩磨油石。
實(shí)施例10
一種含釩和鋯元素的珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：
(1)、原料混合：按實(shí)施例5所述的含釩和鋯元素的珩磨油石的重量份數(shù)稱取原料，隨后將原料混合均勻；
(2)、成型壓制：將上述步驟(1)混合均勻的原料根據(jù)成型的需要，在真空度為1×10-4Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制溫度為650℃，壓制時(shí)間為6min，壓制壓力為80Mpa，制得壓制成型的油石；
(3)、燒結(jié)制備：將上述步驟(2)壓制成型的油石在650℃下燒制8min，制得含釩和鋯元素的珩磨油石。
對(duì)比例1
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：銅50％、銀3％、鋁4％、鋅3％、錫7％、鐵9％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、石蠟3％和人造金剛石10％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例2
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩5％、銅45％、銀4％、鋁4％、鋅4％、錫6％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、石蠟3％和人造金剛石10％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例3
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩0.5％、鋯4％、銅45％、銀4.5％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、硅油3％和人造金剛石10％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例4
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩11％、鋯4％、銅40％、銀6％、鋁4％、鋅3％、錫6％、鐵6％、鎳4％、鈷3％、鉛2％、硅油3％和人造金剛石8％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例5
一種含釩和鋯元素的珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：鋯8％、銅47％、銀2％、鋁3％、鋅2％、錫6％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、石蠟3％和人造金剛石10％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例6
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩4％、鋯0.5％、銅45％、銀4.5％、鋁4％、鋅2％、錫8％、鐵8％、鎳4％、鈷4％、鉛3％、硅油3％和人造金剛石10％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例7
一種珩磨油石，所述珩磨油石主要由以下重量百分比的原料組成：釩4％、鋯9％、銅40％、銀7％、鋁4％、鋅3％、錫7％、鐵6％、鎳4％、鈷3％、鉛2％、硅油3％和人造金剛石8％。
上述珩磨油石的制備方法，包括以下步驟：按上述珩磨油石的重量百分比稱取各原料，各原料混合均勻后在真空環(huán)境下進(jìn)行壓制，壓制真空度為1×10-3Pa，壓制溫度為500℃，壓制時(shí)間為8min，壓制壓力為80MPa，然后對(duì)壓制后的混合物在650℃下燒制8min，即得到所述的珩磨油石。
對(duì)比例8
市售國(guó)產(chǎn)上海鴻寧精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的珩磨油石。
對(duì)比例9
市售進(jìn)口德國(guó)BOSCH品牌的珩磨油石。
對(duì)比例10
本實(shí)施例提供以下金屬原料：30wt％的銅，5％wt的銀，4％wt的鋁，3％wt的鋅，15％wt的錫，15wt％的鐵，6wt％的鎳，10％wt的鈷，5％wt的鉛。將銅、銀、鋁、鋅、錫、鈷、鉛、粘結(jié)劑和人造金剛石加入混料機(jī)進(jìn)行混料，充分混合后將混合物裝入模具進(jìn)行真空壓制，真空度為1x10-2～1x10-6Pa，壓制溫度為550℃，壓制時(shí)間為7分鐘，壓制壓力為60MPa；將壓制后的混合物進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為680℃，在保溫8分鐘后得到混合式超硬磨料珩磨油石。
效果例1
為表明本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的珩磨油石具有自銳性優(yōu)、磨削鋒利、磨削質(zhì)量高、磨削速度快、耐高溫以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，特選取本發(fā)明實(shí)施例6～10和對(duì)比例1～9的珩磨油石，分別對(duì)質(zhì)量、體積和硬度均相同的，厚度為3厘米的錳鋼和生鐵重復(fù)進(jìn)行10毫米的圓柱孔切削珩磨打孔試驗(yàn)，對(duì)珩磨效率、磨削后工件表面光整度、達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和表2所示：
表1：對(duì)錳鋼進(jìn)行10毫米的圓柱孔切削珩磨打孔試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：
由上述表1可知，本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石在珩磨效率、磨削后錳鋼表面光整度以及達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)方面明顯優(yōu)于對(duì)比例1～9中的珩磨油石，其中，
與對(duì)比例1不含釩和鋯元素的珩磨油石相比，對(duì)比例1油石的珩磨效率僅為0.02毫米/30秒，表面有少量毛刺，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)僅為7800個(gè)左右，各方面的性能明顯低于本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石；
與對(duì)比例2不含鋯元素的珩磨油石相比，對(duì)比例1油石的珩磨效率僅為0.03毫米/30秒，4達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)僅為8500個(gè)左右，其在珩磨效率和使用壽命方面的性能明顯低于本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石；
與對(duì)比例5不含釩元素的珩磨油石相比，對(duì)比例1油石的珩磨效率僅為0.03毫米/30秒，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)僅為8300個(gè)左右，其在珩磨效率和使用壽命方面的性能明顯低于本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石；
由上述對(duì)比分析可知，釩和鋯兩種元素同時(shí)加入到本發(fā)明珩磨油石中，兩者可以相互促進(jìn)，共同提高珩磨油石的性能，比單獨(dú)加入釩元素或鋯元素制得的珩磨油石在珩磨效率、磨削后工件表面光整度、使用壽命上有更好的性能表現(xiàn)。
本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石與對(duì)比例3釩元素含量為0.5％的珩磨油石和對(duì)比例4釩元素含量為11％的珩磨油石進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比可知，當(dāng)對(duì)比例3珩磨油石中釩元素含量小于1％時(shí)，珩磨油石達(dá)不到相應(yīng)的效果，其珩磨效率僅為0.03毫米/30秒，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)僅為8700個(gè)左右，對(duì)比例4珩磨油石中釩元素含量大于10％時(shí)，其達(dá)到的效果與本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石基本相同。因此，出于經(jīng)濟(jì)型考慮當(dāng)本發(fā)明珩磨油石中釩元素含量在1～10％時(shí)，本發(fā)明珩磨油石可以到達(dá)非常好的效果，即珩磨效率為0.05毫米/30秒，表面光滑整潔，無(wú)毛刺，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)為10000個(gè)左右。
本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石與對(duì)比例6鋯元素含量為0.5％的珩磨油石和對(duì)比例7鋯元素含量為9％的珩磨油石進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比可知，當(dāng)對(duì)比例6珩磨油石中鋯元素含量小于1％時(shí)，珩磨油石達(dá)不到相應(yīng)的效果，其珩磨效率僅為0.03毫米/30秒，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)僅為8600個(gè)左右，對(duì)比例7珩磨油石中鋯元素含量大于9％時(shí)，其達(dá)到的效果與本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石基本相同。因此，出于經(jīng)濟(jì)型考慮當(dāng)本發(fā)明珩磨油石中鋯元素含量在1～8％時(shí)，本發(fā)明珩磨油石可以到達(dá)非常好的效果，即珩磨效率為0.05毫米/30秒，表面光滑整潔，無(wú)毛刺，達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)為10000個(gè)左右。
本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石與對(duì)比例8國(guó)產(chǎn)珩磨油石相比，其各項(xiàng)性能均優(yōu)于國(guó)產(chǎn)珩磨油石。
本發(fā)明實(shí)施例6～10提供的含釩和鋯元素的珩磨油石在珩磨效率、磨削后錳鋼表面光整度方面均達(dá)到了對(duì)比例9進(jìn)口珩磨油石的水平，在使用壽命方面，即達(dá)到加工精度的連續(xù)打孔數(shù)方面明顯優(yōu)于對(duì)比例9的進(jìn)口珩磨油石，本發(fā)明珩磨油石平均連續(xù)打孔10000個(gè)后，依然能夠達(dá)到相應(yīng)的加工精度，而對(duì)比例9的進(jìn)口珩磨油石在連續(xù)打孔9100后，即出現(xiàn)了加工精度不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
表2：對(duì)生鐵進(jìn)行10毫米的圓柱孔切削珩磨打孔試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：
由上述表2可知，由于生鐵質(zhì)地堅(jiān)硬耐磨，一般的珩磨油石很難在生鐵表面進(jìn)行珩磨加工。上述對(duì)比例1和對(duì)比例10中不含釩和鋯元素的珩磨油石在珩磨打孔試驗(yàn)中，珩磨油石接觸生鐵后出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，對(duì)生鐵無(wú)法進(jìn)行加工；上述對(duì)比例2中不含鋯元素的珩磨油石和對(duì)比例5中不含釩元素的珩磨油石，對(duì)生鐵進(jìn)行珩磨打孔試驗(yàn)，珩磨效率僅為0.02毫米/30秒，磨削后生鐵表面略粗糙，有少量毛刺，而且在連續(xù)打孔500個(gè)左右時(shí)，就無(wú)法保證相應(yīng)的加工精度了；對(duì)比例8中的國(guó)產(chǎn)珩磨油石，對(duì)生鐵進(jìn)行珩磨打孔試驗(yàn)，珩磨效率僅為0.01毫米/30秒，磨削后生鐵表面粗糙，有大量毛刺，而且在保證精度的前提下只能連續(xù)打孔350個(gè)左右；對(duì)比例9中的進(jìn)口珩磨油石，雖在整體效果上略好于上述對(duì)比例的珩磨油石，但與本發(fā)明提供的含釩和鋯元素的珩磨油石還有一定的差距，特別是在使用壽命上，對(duì)比例9的珩磨油石在保證精度的情況下連續(xù)打孔數(shù)為6000個(gè)左右，而本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石在保證精度的情況下連續(xù)打孔數(shù)為10000個(gè)左右。
效果評(píng)價(jià)
綜合上述分析可知，本發(fā)明提供的含釩和鋯元素的珩磨油石，與現(xiàn)有技術(shù)中由單一磨料組成的珩磨油石和國(guó)外進(jìn)口的多元素混合式珩磨油石相比，具有磨削鋒利，磨削效率和質(zhì)量高，磨削時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)、自銳性優(yōu)、制備簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，特別是加入了釩和鋯兩種元素后，兩種元素可以相互促進(jìn)，共同提高珩磨油石的性能，比單獨(dú)加入釩元素或鋯元素制得的珩磨油石在珩磨效率、磨削后工件表面光整度、使用壽命上有更好的性能表現(xiàn)。本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石與現(xiàn)有技術(shù)的珩磨油石相比，本發(fā)明含釩和鋯元素的珩磨油石結(jié)構(gòu)更為緊密，韌性、彈性與機(jī)械強(qiáng)度更高，抗磨損和抗爆裂性更好，對(duì)一些難加工材料(例如生鐵)，具有非常好的加工效果。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。