阅读说明：本技术 一种磨料、磨砂轮及其制备方法 (Abrasive, grinding wheel and preparation method thereof ) 是由 曹霞 刘元锋 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及陶瓷刚玉砂轮材料技术领域,具体而言,涉及一种磨料、磨砂轮及其制备方法。本发明的一种磨料,主要由如下重量份数的原料制备得到：陶瓷刚玉15～27份、单晶刚玉22～33份、棕刚玉30～46份、陶瓷结合剂9～11份、糊精粉1～2份和糊精液2～4份。通过各组分的协调配合作用,得到的磨料磨削性能优异,由其制备得到的磨砂轮具有优异的磨削效果,节约砂轮成本,提高砂轮修整周期,砂轮每次修整量降低,大幅度提高砂轮使用寿命。(The invention relates to the technical field of ceramic corundum grinding wheel materials, in particular to a grinding material, a grinding wheel and a preparation method thereof. The abrasive is mainly prepared from the following raw materials in parts by weight: 15-27 parts of ceramic corundum, 22-33 parts of single crystal corundum, 30-46 parts of brown corundum, 9-11 parts of ceramic bonding agent, 1-2 parts of dextrin powder and 2-4 parts of dextrin liquid. The grinding material obtained through the coordinated coordination of the components has excellent grinding performance, the grinding wheel prepared from the grinding material has excellent grinding effect, the cost of the grinding wheel is saved, the dressing period of the grinding wheel is prolonged, the dressing amount of the grinding wheel is reduced each time, and the service life of the grinding wheel is greatly prolonged.)

一种磨料、磨砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷刚玉砂轮材料技术领域，具体而言，涉及一种磨料、磨砂轮及其制备方法。

背景技术

随着技术创新与高科技产品的不断涌现，对新的合金材料部件的加工精度和表面完整性要求越来越高，这就需要研制高性能的磨料磨具来解决。砂轮是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的固结磨具。其一般由磨料、结合剂和气孔构成。砂轮是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等。现在技术中，无心磨砂轮大部分使用棕刚玉A和碳化硅GC磨料，一般分粗磨和精磨两道加工工序，砂轮修整周期短，使用寿命短，生产效率低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磨料，通过各组分的协调配合作用，得到的磨料具有优异的磨削性能。

本发明的一个目的在于提供一种磨砂轮，主要由上述磨料制备得到，具有优异的磨削效果，可节约砂轮成本，提高砂轮修整周期，砂轮每次修整量降低，大幅度提高砂轮使用寿命。

本发明另一个目的在于提供一种所述磨砂轮的制备方法，该方法简单易行，节能环保，得到的磨砂轮具有优异的磨削效果以及使用寿命。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种磨料，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉15～27份、单晶刚玉22～33份、棕刚玉30～46份、陶瓷结合剂9～11份、糊精粉1～2份和糊***2～4份。

优选地，所述陶瓷结合剂主要由如下质量百分比的组分组成：

SiO₂ 50％-55％、Al₂O₃ 19％-23％、Fe₂O₃ 0.2％-0.5％、TiO₂ 1％-2％、CaO 0％-0.5％、MgO 0％-0.5％、K₂O 4％-7％、Na₂O 5％-8％、Li₂O 1％-3％和B₂O₃ 7％-10％。

一种磨砂轮，主要由如上所述的磨料制备得到。

如上所述的磨砂轮的制备方法，包括以下步骤：

将所述磨砂轮各原料组分的混合物进行压制成型，再进行干燥和烧结。

优选地，所述混合物的制备方法包括以下步骤：

将所述陶瓷刚玉、所述单晶刚玉和所述棕刚玉混合研磨，加入所述糊***混合搅拌，再加入所述陶瓷结合剂和所述糊精粉混合搅拌。

优选地，所述混合研磨的时间为2.5～4min；

优选地，所述加入所述糊***混合搅拌的时间为4～6min；

优选地，所述加入所述陶瓷结合剂和所述糊精粉混合搅拌的时间为5～7min。

优选地，所述干燥包括以下步骤：

将所述压制成型后的坯体进行加热，所述加热的温度从室温升温至135～145℃进行保温，再冷却至室温；

优选地，所述升温的速率为3.5～4℃/h；

优选地，所述保温的时间为20～24h。

优选地，所述烧结的条件包括：

所述烧结的温度从室温升至1000℃，再降温至室温；

优选地，所述烧结的温度从室温升至1000℃的步骤包括：

从25℃升温至100～110℃，升温的速率为35～40℃/h，在100～110℃下保温1.8～2.2h；再升温至400～410℃，升温的速率为9～10℃/h；再升温至620～640℃，升温的速率为13～15℃/h，在620～640℃下保温2.5～3.5h；再升温至820～840℃，升温的速率为18～22℃/h，在820～840℃保温2.5～3h；再升温至1000℃，升温的速率为33～35℃/h，在1000℃下保温7.5～8.5h。

优选地，所述降温至室温的步骤包括：

从1000℃降温至750～800℃，降温的速率为180～200℃/h；再降温至650～700℃，降温的速率为45～55℃/h；再降温至400～420℃，降温的速率为22～25℃/h；再降温至95～100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温。

优选地，所述烧结包括：

从25℃升温至105℃，升温的速率为40℃/h，在105℃下保温2h；再升温至405℃，升温的速率为10℃/h；再升温至630℃，升温的速率为15℃/h，在630℃下保温3h；再升温至830℃，升温的速率为20℃/h，在830℃保温3h；再升温至1000℃，升温的速率为34℃/h，在1000℃下保温8h；将磨砂轮从1000℃降温至800℃，降温的速率为200℃/h；再降温至700℃，降温的速率为50℃/h；再降温至400℃，降温的速率为25℃/h；再降温至100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的磨料通过各组分的协调配合作用，具有优异的磨削性能。

(2)本发明的磨料制得的磨砂轮具有优异的磨削效果，可节约砂轮成本，提高砂轮修整周期，砂轮每次修整量降低，可大幅度提高砂轮使用寿命。

(2)所述磨砂轮的制备方法简单易行，节能环保，得到的磨砂轮具有优异的磨削效果以及使用寿命。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明涉及一种磨料，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉15～27份、单晶刚玉22～33份、棕刚玉30～46份、陶瓷结合剂9～11份、糊精粉1～2份和糊***2～4份。

本发明的磨料通过陶瓷刚玉、单晶刚玉、棕刚玉、陶瓷结合剂、糊精粉和糊***的特定配合作用，具有优异的磨削效果。

优选地，所述糊***是由糊精粉和水组成；在所述糊***中，所述水与所述糊精粉的质量比为100：(50～60)，优选为100:60。

陶瓷刚玉磨料采用溶胶凝胶烧结工艺生产，具有比普通白刚玉小几千倍的晶粒尺寸，磨粒强度高，具有微破碎性能。陶瓷刚玉磨料在磨削难磨材料以及要求高磨削效率和高精度的场合，具有优异的特性。陶瓷刚玉磨粒不但硬度高，而且磨粒呈超微晶结构，具有很多晶解面。本发明通过加入适量的陶瓷刚玉磨料与其他磨料配合具有以下优势：磨粒锋利，切削能力强，磨削效率高，可以进行大切深、大进给、重负荷和高效磨削；砂轮自锐性好，不堵塞；韧性好，磨损小，砂轮形状保持性好。

单晶刚玉磨料是以矾土、黄铁矿、无烟煤、铁屑为原料，在电弧炉中冶炼而成。其氧化铝含量在98％以上，颗粒形状多为等积状，而且是完整的晶体，具有良好的多角多棱切削刃，并有较高的硬度和韧性，因此，这种磨料在磨削时不易破碎，切削能力强，寿命长，与其他组分配合活性磨削性能优异的磨砂轮。

棕刚玉是以铝矾土、焦炭(无烟煤)为主要原料，在电弧炉内经高温冶炼而成，棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低，耐腐蚀的特点。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述陶瓷刚玉为15～27份，还可以选择15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份或27份。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述单晶刚玉为22～33份，还可以选择22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份或33份。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述棕刚玉为30～46份，还可以选择30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份、40份、41份、42份、43份、44份、45份或46份。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述陶瓷结合剂为9～11份，9.1份、9.2份、9.3份、9.3份、9.4份、9.5份、9.6份、9.7份、9.8份、9.9份、10份、10.1份、10.2份、10.3份、10.4份、10.5份、10.6份、10.7份、10.8份10.9份或11份。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述糊精粉为1～2份，1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份。

在一种实施方式中，以质量份数计，所述糊***为2～4份，还可以选择2份、2.1份、2.2份、2.3份、2.4份、2.5份、2.6份、2.7份、2.8份、2.9份、2.9份、3份、3.1份、3.2份、3.3份、3.4份、3.5份、3.6份、3.7份、3.8份、3.9份或4份。

优选地，所述陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉的质量比为(0.3～0.5)：(0.5～0.7):1。

在一种实施方式中，所述陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉的质量比为0.3:0.5:1、0.3:0.6：1、0.4:0.5:1、0.4:0.6:1、0.5:0.7:1或0.3:0.7:1。

本发明通过陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉的特定配合作用，进而获得磨削性能更加优异，使用寿命更长的磨砂轮。

优选地，所述磨砂轮主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉18～25份、单晶刚玉25～30份、棕刚玉35～43份、陶瓷结合剂9～10份、糊精粉1.2～1.8份和糊***2.5～3.5份。

通过进一步优选各组分的配比，可进一步提高其磨削性能及使用寿命。

优选地，所述陶瓷结合剂主要由如下质量百分比的组分组成：

SiO₂ 50％-55％、Al₂O₃19％-23％、Fe₂O₃ 0.2％-0.5％、TiO₂ 1％-2％、CaO0％-0.5％、MgO 0％-0.5％、K₂O 4％-7％、Na₂O 5％-8％、Li₂O 1％-3％和B₂O₃7％-10％。所述陶瓷结合剂烧失量为3％-6％。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种磨砂轮，主要由如上所述的磨料制备得到。

本发明的磨砂轮磨削效果优异，节约砂轮成本；提高砂轮修整周期；砂轮每次修整量降低，大幅度提高砂轮使用寿命。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及如上所述的磨砂轮的制备方法，包括以下步骤：

将所述磨砂轮各原料组分的混合物进行压制成型，再进行干燥和烧结。

优选地，所述混合物的制备方法包括以下步骤：

将所述陶瓷刚玉、所述单晶刚玉和所述棕刚玉混合研磨，加入所述糊***混合搅拌，再加入所述陶瓷结合剂和所述糊精粉混合搅拌。

优选地，所述混合研磨的时间为2.5～4min；

优选地，所述加入所述糊***混合搅拌的时间为4～6min；

优选地，所述加入所述陶瓷结合剂和所述糊精粉混合搅拌的时间为5～7min。

本发明将陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉混合研磨适宜时间，然后再加入糊***混合适宜时间，再加入陶瓷结合剂和糊精粉混合搅拌一定的时间，过20目筛网后得到混合均匀的砂轮成型料，为后续的压制成型打下良好的基础。

在一种实施方式中，所述混合研磨的时间为2.5～4min，还可以选择2.6min、2.7min、2.8min、2.9min、3min、3.1min、3.2min、3.5min、3.7min、3.8min或4min。

在一种实施方式中，所述加入糊***混合搅拌的时间为4～6min，还可以选择4.2min、4.4min、4.5min、4.6min、4.7min、4.8min、4.9min、5min、5.2min、5.5min、5.7min或6min。

在一种实施方式中，所述加入陶瓷结合剂和糊精粉混合搅拌的时间为5～7min，还可以选择5.2min、5.3min、5.5min、5.7min、5.9min、6min、6.2min、6.5min、6.7min或7min。

优选地，所述干燥包括以下步骤：

将所述压制成型后的坯体进行加热，所述加热的温度从室温升温至135～145℃进行保温，再冷却至室温；

优选地，所述升温的速率为3.5～4℃/h；

优选地，所述保温的时间为20～24h。

在一种实施方式中，所述升温速率为3.5～4℃/h，还可以选择3.6℃/h、3.7℃/h、3.8℃/h、3.9℃/h或4℃/h。

在一种实施方式中，所述保温时间为20～24h还可以选择20.5h、21h、21.5h、22h、22.5h、23h、23.5h或24h。

所述再冷却至室温为自然降至室温。

本发明的室温是指10～30℃。

优选地，所述烧结的条件包括：

所述烧结的温度从室温升至1000℃，再降温至室温；

优选地，所述烧结的温度从室温升至1000℃的步骤包括：

从25℃升温至100～110℃，升温的速率为35～40℃/h，在100～110℃下保温1.8～2.2h；再升温至400～410℃，升温的速率为9～10℃/h；再升温至620～640℃，升温的速率为13～15℃/h，在620～640℃下保温2.5～3.5h；再升温至820～840℃，升温的速率为18～22℃/h，在820～840℃保温2.5～3h；再升温至1000℃，升温的速率为33～35℃/h，在1000℃下保温7.5～8.5h。

优选地，所述降温至室温的步骤包括：

从1000℃降温至750～800℃，降温的速率为180～200℃/h；再降温至650～700℃，降温的速率为45～55℃/h；再降温至400～420℃，降温的速率为22～25℃/h；再降温至95～100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温。

耐火物料或陶瓷坯体在烧结过程中，要发生复杂的物理化学变化，如原料的脱水、氧化分解、易熔物的熔融、液相的形成、旧晶相的消失、新晶相的生成以及新生成化合物量的不断变化，液相的组成、数量和粘度的不断变化。与此同时，坯体的气孔率逐渐减少，坯体的密度不断增大，最后达到坯体气孔率最小，密度最大。本发明特定的烧结方法使磨砂轮具有更加优异的磨削性能以及使用寿命。

优选地，所述烧结包括：

从25℃升温至105℃，升温的速率为40℃/h，在105℃下保温2h；再升温至405℃，升温的速率为10℃/h；再升温至630℃，升温的速率为15℃/h，在630℃下保温3h；再升温至830℃，升温的速率为20℃/h，在830℃保温3h；再升温至1000℃，升温的速率为34℃/h，在1000℃下保温8h；将磨砂轮从1000℃降温至800℃，降温的速率为200℃/h；再降温至700℃，降温的速率为50℃/h；再降温至400℃，降温的速率为25℃/h；再降温至100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温。

在一种优选地实施方式中，所述磨砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(a)将所述将陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉混合研磨2.5～4min，加入糊***混合搅拌4～6min，再加入陶瓷结合剂和糊精粉混合搅拌5～7min，过20目筛网；

(b)将步骤(a)得到的砂轮成型料在500吨压机上冷压成型，成型毛坯尺寸为：外径*厚度*内径604*236*302，成型密度为2.26g/cm³，投料总重量114.13kg；

(c)干燥：将所述压制成型后的坯体进行加热，加热温度从室温升至135～145℃，升温速率为3.5～4℃/h；在135～145℃下进行保温，所述保温时间为20～24h；再自然冷却至室温；

(d)烧结：从25℃升温至100～110℃，升温的速率为35～40℃/h，在100～110℃下保温1.8～2.2h；再升温至400～410℃，升温的速率为9～10℃/h；再升温至620～640℃，升温的速率为13～15℃/h，在620～640℃下保温2.5～3.5h；再升温至820～840℃，升温的速率为18～22℃/h，在820～840℃保温2.5～3h；再升温至1000℃，升温的速率为33～35℃/h，在1000℃下保温7.5～8.5h；将磨砂轮从1000℃降温至750～800℃，降温的速率为180～200℃/h；再降温至650～700℃，降温的速率为45～55℃/h；再降温至400～420℃，降温的速率为22～25℃/h；再降温至95～100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温；

(e)加工：把烧成后的砂轮加工至所需尺寸，外径*厚度*内径为600*225*305；

(f)检验：砂轮检验按国家标准GB/T 2485—2016执行。

本发明的磨砂轮可以实现粗精磨一体化；提高砂轮修整周期1～2倍；砂轮每次修整量降低40％～60％，不仅大幅度提高了砂轮使用寿命(5～7倍)，而且由于减少了一道加工工序而及大地提高了生产效率。本发明的磨砂轮用于加工汽车缸套，具有优异的磨削效果。

下面将结合具体的实施例和对比例对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

一种磨砂轮，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉25份、单晶刚玉25份、棕刚玉36份、陶瓷结合剂9份、糊精粉1.5份和糊***3.5份；

所述陶瓷结合剂主要由如下质量百分比的组分组成：

SiO₂ 50％、Al₂O₃23％、Fe₂O₃ 0.5％、TiO₂ 2％、CaO 0.5％、MgO 0.5％、K₂O 6％、Na₂O 7％、Li₂O 2％和B₂O₃8.5％。

所述磨砂轮的制备方法，包括以下步骤：

(a)配混料：总混料重120kg，将所述将陶瓷刚玉、单晶刚玉和棕刚玉混合研磨3min，加入糊***混合搅拌5min，再加入陶瓷结合剂和糊精粉混合搅拌6min，过20目筛网；

(b)将步骤(a)得到的砂轮成型料在500吨压机上冷压成型，成型毛坯尺寸为：外径*厚度*内径604*236*302，成型密度为2.26g/cm³，投料总重量114.13kg；

(c)干燥：将所述压制成型后的坯体进行加热，加热温度从室温升至140℃，升温速率为4℃/h；在140℃下进行保温，所述保温时间为24h；再自然冷却至室温；

(d)烧结：将干燥后的磨砂轮从25℃升温至105℃，升温的速率为40℃/h，在105℃下保温2h；再升温至405℃，升温的速率为10℃/h；再升温至630℃，升温的速率为15℃/h，在630℃下保温3h；再升温至830℃，升温的速率为20℃/h，在830℃保温3h；再升温至1000℃，升温的速率为34℃/h，在1000℃下保温8h；将磨砂轮从1000℃降温至800℃，降温的速率为200℃/h；再降温至700℃，降温的速率为50℃/h；再降温至400℃，降温的速率为25℃/h；再降温至100℃，降温的速率为10℃/h；再自然降温至室温；

(e)加工：把烧成后的砂轮加工到客户要求的尺寸，外径*厚度*内径为600*225*305；

(f)检验：砂轮检验按国家标准GB/T 2485—2016执行。

实施例2

一种磨砂轮，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉18份、单晶刚玉28份、棕刚玉40份、陶瓷结合剂9份、糊精粉1.5份和糊***3.5份；

所述陶瓷结合剂同实施例1。

所述磨砂轮的制备方法同实施例1。

实施例3

一种磨砂轮，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉18份、单晶刚玉32份、棕刚玉35份、陶瓷结合剂10份、糊精粉1.5和糊***3.5份；

所述陶瓷结合剂同实施例1。

所述磨砂轮的制备方法同实施例1。

实施例4

一种磨砂轮，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉15份、单晶刚玉33份、棕刚玉36份、陶瓷结合剂11份、糊精粉1.5份和糊***3.5份；

所述陶瓷结合剂同实施例1。

所述磨砂轮的制备方法同实施例1。

实施例5

一种磨砂轮，主要由如下重量份数的原料制备得到：

陶瓷刚玉27份、单晶刚玉22份、棕刚玉37份、陶瓷结合剂9份、糊精粉1.5份和糊***3.5份；

所述陶瓷结合剂同实施例1。

所述磨砂轮的制备方法同实施例1。

对比例1

一种棕刚玉砂轮，其中棕刚玉83份、陶瓷结合剂12份、糊精粉1.5份、糊***3.5份，制备方法同实施例1。

实验例

将本发明实施例和对比例的磨砂轮进行进行磨削对比试验，结果如表1所示。

表1磨削对比试验

由表1可以看出，本发明特定方法制得的磨砂轮具有优异的磨削效果，可节约砂轮成本，提高砂轮修整周期，砂轮每次修整量降低，可大幅度提高砂轮使用寿命。而对比例1中的棕刚玉砂轮在磨削性能及使用寿命上均差于本申请特定方法得到的磨砂轮。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。