高效率耐磨树脂砂轮及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 高效率耐磨树脂砂轮及其制备方法和应用 (High-efficiency wear-resistant resin grinding wheel and preparation method and application thereof ) 是由 许圣波 许轲靖 徐纳新 徐会山 许润泽 孟钢 姜帅 任道凤 陈子林 孟园园 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高效率耐磨树脂砂轮及其制备方法和应用,属于砂轮技术领域。本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮,包括以下质量百分含量的主料：单晶刚玉30-70％,微晶刚玉10-50％,白刚玉5-30％,碳化硅磨料3-40％,金属粉或金属氧化物3-50％,金刚石3-30％,立方氮化硼3-30％,成孔剂3-15％；以上述原料为100％计量,还加入了10-25％结合剂。本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮,具有高密度和高强度,耐用度和磨削效率得到明显提高,光洁度等级提升,修正次数减少,节能环保；同时本发明提供了一种低能耗无污染、生产周期短的制备方法；另外本发明还提供一种产品的新应用。(The invention relates to a high-efficiency wear-resistant resin grinding wheel and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of grinding wheels. The high-efficiency wear-resistant resin grinding wheel comprises the following main materials in percentage by mass: 30-70% of single crystal corundum, 10-50% of microcrystalline corundum, 5-30% of white corundum, 3-40% of silicon carbide abrasive, 3-50% of metal powder or metal oxide, 3-30% of diamond, 3-30% of cubic boron nitride and 3-15% of pore-forming agent; the raw materials are measured by 100 percent, and 10 to 25 percent of bonding agent is also added. The high-efficiency wear-resistant resin grinding wheel disclosed by the invention has the advantages of high density and high strength, obviously improved durability and grinding efficiency, improved finish grade, reduced correction times, energy conservation and environmental friendliness; meanwhile, the invention provides a preparation method with low energy consumption, no pollution and short production period; in addition, the invention also provides a new application of the product.)
技术领域
本发明涉及一种高效率耐磨树脂砂轮及其制备方法和应用，属于砂轮技术领域。
背景技术
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，这三部分常称为固结磨具的三要素。按照结合剂的不同分类，常见的有陶瓷(结合剂)砂轮、树脂(结合剂)砂轮、橡胶(结合剂)砂轮。
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。
树脂砂轮是以树脂为结合剂，将松散的磨料粘结起来，固结成一定形状的薄片砂轮，它主要应用于圆钢、扁钢、钢管、角钢、槽钢、钢轨等金属型材的切割加工。而对于轴承、齿轮、螺纹、丝锥、刃具刀具等机械加工的精密磨削，需要高效率以及耐磨的树脂砂轮或者陶瓷砂轮。
常用树脂类产品经压制成型180℃36小时固结，由于成型密度低，耐用度低，工件形状把持和磨削效率等远低于陶瓷结合剂砂轮，所以常用于切割、打磨、粗磨等，能源利用率低消耗大，有微毒。
陶瓷砂轮是以陶瓷结合剂常温压制成型，经1250℃高温50小时以上烧成固结，然后用硫磺灌孔，里外全加工，生产工艺复杂周期长，一般为10天左右，能耗很高。
CN 104669130A公开了一种新型树脂砂轮及其成型工艺，其磨料采用棕刚玉、铬刚玉、镨钕刚玉、黑碳化硅，结合剂采用液体酚醛树脂，粉状聚酰亚胺树脂、粉状呋喃树脂，填料采用半水石膏粉，铝矾土、铜粉、米白云十分、聚酰胺蜡微粉，蛭石。
CN 110370177A公开了一种打磨钢管内壁的树脂专用砂轮，其包括磨料和结合剂，所述磨料包括烧结刚玉和棕刚玉，所述结合剂由聚酰亚胺树脂、氟材料和乌洛托品构成。该发明通过烧结刚玉、棕刚玉和锆刚玉制得的磨料，利用其体密大、气孔率低、高温下有几好的抗热震性和抗炉渣侵蚀性、晶粒强度高、质地坚韧、强度高和耐高温性，可以提高砂轮的抗蠕变性能、耐磨性和耐高温性，提高砂轮在使用过程中的使用寿命，而氟材料的添加，同时可以去除在打磨钢管内壁的树脂所产生的的异味。
以上两种方法制作的砂轮应用范围窄，配用24-40目磨料只能专用或用于普通切割、打磨和粗荒磨，不能胜任工件的半精磨和精磨要求，所选用的结合剂呋喃树脂中的糠醛和芳烷基有毒，不利于环保。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率耐磨树脂砂轮，其具有高密度和高强度，耐用度和磨削效率得到明显提高，光洁度等级提升，修正次数减少，节能环保；同时本发明提供了一种低能耗无污染、生产周期短的制备方法；另外本发明还提供一种产品的新应用。
本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮，包括以下质量百分含量的主料：
单晶刚玉30-70％，微晶刚玉10-50％，白刚玉5-30％，碳化硅磨料3-40％，金属粉或金属氧化物3-50％，金刚石3-30％，立方氮化硼3-30％，成孔剂3-15％；
以上述原料为100％计量，还加入了10-25％结合剂。
单晶刚玉为一级砂，粒径为24-320目。
微晶刚玉为一级砂，粒径为24-320目。
白刚玉为一级砂，粒径为24-320目。
优选的，金属粉为铜粉、铁粉或铝粉中的一种或多种。
所述结合剂为聚酰亚胺、聚氨酯、磷酸二氢铝或甲阶酚醛树脂。
所述主料包括以下质量百分含量的成分Al2O3 50-90％，C 3-60％，金属氧化物0.1-35％，金属物3-50％。
所述的高效率耐磨树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料15-25分钟，使其相互摩擦产生热量；
(2)然后放入结合剂继续混料8-12分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热180-220℃压制15-20分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至220-230℃固化5-6小时；
(4)停炉后温度降至75-85℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
在压制成型时，优选采用等静压方式。
所述的高效率耐磨树脂砂轮应用于陶瓷领域，属于一种新的应用。
本发明所述配方中，单晶刚玉的独特冶炼方式使其具有多角度切削刃、较高的硬度和韧性，适用于接触面较大的成型磨削；微晶刚玉采用凝胶工艺具有亚微米级的微晶结构，独特的断裂性在微观结构上能更多的提供新的切削面，更锋利，能有效减少磨削过程中产生的热损伤，并提升工件磨削品质；碳化硅磨料具有良好的导热和抛光作用，能将磨削产生的热量快速均匀扩散，减少工件热损伤和提高光洁度；将一定比例细粒度的金属粉末均匀散布于磨料和结合剂中，起到骨架支撑作用，使得磨料不易过早脱落得以最大限度的充分使用，提高了砂轮耐用度；金刚石磨料的特性可对硬质合金、玻璃、陶瓷、玉石等非金属难加工材料进行高效率磨削，且其硬度最高具有最长加工时间的使用寿命；立方氮化硼具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，不易和铁元素产生化学反应，故使用于磨削各类高速钢、工具钢、合金淬火钢等高温高硬度热传导率低的材料，其优越的磨削性能，不仅能胜任难磨材料的精密加工，更有效的提高工件的磨削质量；加入一定比例的成孔剂，砂轮固化以后在其组织内散布许多微小气孔，砂轮在高速旋转时，气孔能使空气对流加快，加速了工件的冷却不易烧伤，另外气孔有利于磨削物的排泄，使砂轮磨削面不易堵塞，提高切削能力和耐用度。
综上所述，本发明通过对各种磨料的合理配比，使其相互协同充分发挥各磨料的磨削优点，配以聚酰亚胺等为结合剂，经热压工艺压制成型，使得该砂轮具有磨削效率高、耐用度高、使用寿命长、线速度高不易破损、光洁度高、生产周期短、节约能源环保等特点，不仅能适用一般树脂砂轮的切割，打磨，粗磨等，且更优于陶瓷砂轮的各类精密磨削，适用于绝大多数的磨削领域。
经过实际测试，与陶瓷砂轮相比较，本发明制备的高效率耐磨树脂砂轮耐用度大约提高了4.3倍；磨削效率大约提高了30％(此产品同规格每片12小时磨削工件3900件，渗流砂轮4小时磨削仅仅为900件)；光洁度提高了一个等级(本发明所述的砂轮用80目达0.4，原砂轮达到同等光洁度需用100目以上)；修正次数减少60％(本发明所述的砂轮3900工件修正800次左右，现有技术中的砂轮需要修正1300次)。
本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮，用于打磨砂轮耐用度提高了2.5倍，效率提高了40％以上(同长度焊缝该产品用1个用时10分钟左右，其他两款用2.5个用时18分钟)，强度高不易破损使用安全，线速度可提高10-20米/秒，工作效率大幅提高，使原材料能源得以充分高效利用，经济环保。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮，其具有高密度(密度值为3.3g/cm3，现有技术中的密度一般在3g/cm3以下)和高强度(回转线速度达80米/秒，现有技术中的最高为60米/秒)，耐用度和磨削效率得到明显提高，光洁度等级提升，修正次数减少，节能环保；
(2)本发明所述的制备方法，低能耗无污染，生产周期短，仅仅需要2天左右；
(3)本发明制备的高效率耐磨树脂砂轮兼顾了普通树脂砂轮和陶瓷砂轮的优点，广泛适用于轴承，齿轮、丝锥、工具等机械加工的精密磨削和切割打磨，环保无毒无害，并可代替有毒的陶瓷渗流砂轮，解决了几十年来轴承沟道磨渗流砂轮的技术难题；
(4)本发明所述的高效率耐磨树脂砂轮，尤其适用于陶瓷领域，具有显著的经济效益和社会价值。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但本发明不局限于这些实施例。
所用原料均为市售原料。
实施例1
所述的高效率耐磨树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料15分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉30％，微晶刚玉50％，白刚玉5％，碳化硅磨料3％，铜粉3％，金刚石3％，立方氮化硼3％，成孔剂3％；
(2)然后放入结合剂继续混料8分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热180℃压制22分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至220℃固化6小时；
(4)停炉后温度降至75℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
实施例2
所述的高效率耐磨树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料25分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉66％，微晶刚玉10％，白刚玉6％，碳化硅磨料3％，铁粉4％，金刚石3％，立方氮化硼4％，成孔剂4％；
(2)然后放入结合剂继续混料12分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热220℃压制15分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至230℃固化5小时；
(4)停炉后温度降至85℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
实施例3
所述的高效率耐磨树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料20分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉40％，微晶刚玉20％，白刚玉10％，碳化硅磨料5％，铝粉5％，金刚石5％，立方氮化硼5％，成孔剂10％；
(2)然后放入结合剂继续混料10分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热200℃压制18分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至225℃固化5.5小时；
(4)停炉后温度降至80℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
实施例4
所述的高效率耐磨树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料22分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉35％，微晶刚玉15％，白刚玉12％，碳化硅磨料8％，氧化锌粉8％，金刚石3％，立方氮化硼11％，成孔剂8％；
(2)然后放入结合剂继续混料10分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热195℃压制16分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至225℃固化6小时；
(4)停炉后温度降至82℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
对比例1
一种树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料15分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉43％，白刚玉20％，碳化硅磨料5％，铜粉10％，金刚石8％，立方氮化硼8％，成孔剂6％；
(2)然后放入结合剂继续混料8分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热180℃压制22分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至220℃固化6小时；
(4)停炉后温度降至75℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
该对比例配方中没有微晶刚玉，制备的产品的切削力减小，磨削效率降低20％左右，形状保持性差，砂轮修正次数增加3次。
对比例2
一种树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将主料按比例分别过称，然后放入密闭的混料锅内旋转混料15分钟，使其相互摩擦产生热量；原料配比如下：
单晶刚玉41％，微晶刚玉10％，白刚玉20％，碳化硅磨料5％，金属粉10％，金刚石8％，成孔剂6％；
(2)然后放入结合剂继续混料8分钟搅拌均匀，使得结合剂均匀粘附在磨料颗粒上备用；
(3)将混好的料过称盛入模具中加热180℃压制22分钟，固化成型取出放在平板上，送进电炉1小时升温至180℃，固化1小时；2小时升温至220℃固化6小时；
(4)停炉后温度降至75℃取出，用平面磨床进行平面加工，然后做静平衡测试，最后做高于使用线速度1.6倍回转试验保证回转强度，测试合格后得到所述的高效率耐磨树脂砂轮。
该对比例配方中没有立方碳化硼，制备的产品对于高速钢、工具钢、淬火钢等材料的磨削性能降低，砂轮消耗大，耐用度降低30％左右。
对实施例1-4和对比例1-2制备的产品进行相关性能检测，见表1。
表1
备注：同粒度的现有产品的光洁度等级为1.2，而本发明制备产品的光洁度等级达到了0.8。