阅读说明：本技术 一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮及其制备方法 (Repair-free superhard grinding wheel for processing hard and brittle materials and preparation method thereof ) 是由 马尧 史冬丽 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮,包括基体,磨削层由多层磨料层组成,磨削层上设有周向排屑槽和径向排屑槽,各磨料层均以质量份数计,包含以下组分：超硬磨料20-55份,树脂粉10-35份,金属粉3-15份,填料2-10份,造孔剂2-6份,硫酸钙晶须1-3份,润湿剂1-2份；制备时,将各磨料层组分原料均匀混料,热压成型、固化、随炉冷却至室温得到各磨料层毛坯,将所述磨料层毛坯粘结到基体上,按要求对砂轮进行加工,并在磨料层上切出相应的排屑槽,得到砂轮成品。本发明的砂轮具有优异的容屑排屑能力、散热能力以及极佳的自锐性,能够保证工件加工质量且不需要修整,大幅提高加工效率,且生产成本低,制备工艺简单。(The invention discloses a repair-free superhard grinding wheel for processing hard and brittle materials, which comprises a substrate, wherein a grinding layer consists of a plurality of grinding material layers, the grinding layer is provided with a circumferential chip removal groove and a radial chip removal groove, and each grinding material layer comprises, by mass, 20-55 parts of superhard grinding material, 10-35 parts of resin powder, 3-15 parts of metal powder, 2-10 parts of filler, 2-6 parts of pore-forming agent, 1-3 parts of calcium sulfate whisker and 1-2 parts of wetting agent.)

一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及磨料磨具磨削领域，具体涉及一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮及其制备方法。

背景技术

在硬脆材料磨削加工中，当被加工工件需要去除余量较大时，为提高加工效率，通常会加大单次切深，提高走刀速度。在此条件下，磨削过程中会产生大量的磨屑和热量。但现有砂轮在大切深、快走刀加工时会产生磨削噪音大、机床载荷高、砂轮堵塞、易烧伤等问题，从而导致加工出的工件表面质量差甚至尺寸不达标，需要频繁对砂轮进行修整以解决上述问题，严重影响加工效率及质量。

因此，提供一种排屑能力强、自锐性佳的免修整超硬砂轮，对硬脆材料大切深、快走刀磨削加工具有重要意义。

发明内容

本发明为解决硬脆材料大切深，快走刀磨削时砂轮易堵塞、烧伤，且需频繁修整等问题，提供了一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮及其制备方法。

本发明的一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮，包括基体，所述基体设有中心孔，在所述基体的一侧设置有磨削层，磨削层由多层磨料层组成，磨削层上还设置有周向排屑槽和径向排屑槽，其中在相邻的磨料层之间均设置有周向排屑槽，所述径向排屑槽沿砂轮周向均布于磨料层，且沿与砂轮径向方向成一定夹角度数的方向贯穿各磨料层并与周向排屑槽连通，各磨料层均以质量份数计，包含以下组分：超硬磨料20-55份，树脂粉10-35份，金属粉3-15份，填料2-10份，造孔剂2-6份，硫酸钙晶须1-3份，润湿剂0-2份。

进一步的，所述超硬磨料为人造金刚石或立方氮化硼，磨料粒度为10-160μm。

进一步的，所述树脂粉为酚醛树脂或聚酰亚胺树脂，粒度为2-30μm。

进一步的，所述金属粉为铜粉和/或铜锡合金粉，粒度为5-75μm。

进一步的，所述填料为氧化铁、氧化锌、氧化铬中的一种或几种，粒度为2-30μm。

进一步的，所述造孔剂为玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠、热膨胀微珠中的一种或几种，粒度为25-90μm。

进一步的，所述硫酸钙晶须直径为3-8μm，长度为80-150μm。

进一步的，所述夹角度数为0°-60°。

本发明还提供了一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按配比取所述各磨料层的组分原料在三位混料机中混料120min，过筛得到各磨料层预成型粉料；

步骤2)：将步骤1)中各磨料层预成型料分别均匀投入相应的模具腔中，摊平，热压成型，得到各磨料层毛坯，其中热压温度为150-250℃，压力为5-30MPa，保温保压时间为30-60min；

步骤3)：将各磨料层毛坯放入热风烘箱中固化，固化温度150-250℃，固化时间6-18h，然后随炉冷却至室温；

步骤4)：将固化冷却后的磨料层毛坯粘结到砂轮的基体上，按要求对砂轮进行加工，并在磨料层上切出相应的排屑槽，得到砂轮成品。

本发明对砂轮的磨削层配方及结构进行优化,通过相互协同，在不增加其他投入的前提下，提高了砂轮的容屑、排屑、散热能力，增强砂轮自锐性，制备出免修整的高度耐用的砂轮，大幅提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮实施例1的砂轮结构示意图；

图2为本发明的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮实施例2的砂轮结构示意图。

具体实施方式

以下实施例中，聚酰亚胺树脂、酚醛树脂可选择树脂结合剂砂轮领域所用市售常规品种，铜粉、铜锡合金、人造单晶金刚石、立方氮化硼、氧化铁、氧化锌、氧化铬、玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠、热膨胀微珠均可通过市售常规渠道获得。硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体且价格低廉，能够有效提高结合剂强度，提升砂轮使用寿命。润湿剂的作用在于增强磨料的润湿能力，提高结合剂对磨料的把持力，磨料磨具领域的常规润湿剂品种均可使用，优选为甲酚。

实施例1

参见图1，一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮，包括基体，所述基体设有中心孔，在所述基体的一侧设置有磨削层，所述磨削层由磨料层1、磨料层2和磨料层3组成，周向排屑槽1和周向排屑槽2分别相应的设置在磨料层1和磨料层2以及磨料层2和磨料层3之间，径向排屑槽3沿砂轮径向贯穿磨料层1、磨料层2和磨料层3与周向排屑槽1和周向排屑槽2连通，所述磨料层1、磨料层2和磨料层3均由以下质量份数的原料制成：人造金刚石40份，聚酰亚胺树脂12份，铜粉13份，氧化锌8份，陶瓷空心微珠5份，硫酸钙晶须2.5份，甲酚2份。其中，人造金刚石粒度50μm，聚酰亚胺树脂粉粒度10μm，铜粉粒度20μm，氧化锌粒度15μm，陶瓷空心微珠粒度60μm；磨料层1宽度为5mm，高度为6mm，磨料层2宽度为5mm，高度为6mm，磨料层3宽度为3mm，高度为6mm；排屑槽1和排屑槽2的槽宽均为2mm，槽深均为3mm，排屑槽3共8个，沿砂轮周向均布于磨料层，其槽宽为3mm，槽深为4mm。

本实施例的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)：按配方比例分别称取各磨料层原料放入三维混料机中混料120min，过筛得到各磨料层预成型粉料；

步骤2)：将步骤1)中各磨料层预成型料分别均匀投入相应的模具腔中，摊平，热压成型，热压温度175℃，压力10MPa，保温保压时间35min，得到各磨料层毛坯；

步骤3)：将各磨料层毛坯放入热风烘箱中固化，按照3℃/min的升温速率升温至180℃，保温8h，随炉冷却至室温；

步骤4)：将固化冷却后的各磨料层毛坯粘结到砂轮基体上，按要求对砂轮进行加工，并在磨料层上切出相应的排屑槽，得到砂轮成品。

实施例2

参见图2，本实施的一种硬脆材料加工用免修整超硬砂轮，包括基体，所述基体设有中心孔，在所述基体的一侧设置有磨削层，所述磨削层由磨料层1和磨料层2组成，周向排屑槽1设置在磨料层1和磨料层2之间，径向排屑槽2沿与砂轮径向成60°夹角方向贯穿磨料层1和磨料层2与周向排屑槽1连通，所述磨料层1和磨料层2均由以下质量份数的原料制成：人造金刚石28份，酚醛树脂25份，铜锡合金粉6份，氧化铁3份，氧化锌5.5份，热膨胀微珠5份，硫酸钙晶须1.5份，甲酚1.5份。其中，人造金刚石粒度20μm，酚醛树脂粉粒度10μm，铜锡合金粉粒度5μm，锡含量40％，氧化铁粒度为8μm，氧化锌粒度5μm，热膨胀微珠粒度25μm。磨料层1宽度为7mm，高度为7mm；磨料层2宽度为7mm，高度为7mm。排屑槽1槽宽1.5mm，槽深4mm；排屑槽2共16个，沿砂轮周向均布于磨削层，其槽宽2mm，槽深5mm。

本实施例的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)：按配方比例分别称取各磨料层原料放入三维混料机中混料120min，过筛得到各磨料层预成型粉料；

步骤2)：将步骤1)中各磨料层预成型料分别均匀投入相应的模具腔中，摊平，热压成型，热压温度210℃，压力20MPa，保温保压时间50min，得到各磨料层毛坯；

步骤3)：将各磨料层毛坯放入热风烘箱中固化，按照5℃/min的升温速率升温至230℃，保温11h，随炉冷却至室温；

步骤4)：将固化冷却后的磨料层毛坯粘结到砂轮基体上，按要求对砂轮进行加工，并在磨料层上切出相应的排屑槽，得到砂轮成品。

实施例3

本实施例的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮是在实施例2中的砂轮的基础上进行的改进，其包括基体，所述基体设有中心孔，在所述基体的一侧设置有磨削层，所述磨削层由磨料层1和磨料层2组成，周向排屑槽1设置在磨料层1和磨料层2之间，径向排屑槽2沿与砂轮径向成45°夹角方向贯穿磨料层1和磨料层2与周向排屑槽1连通，所述磨料层1和磨料层2均由以下质量份数的原料制成：人造金刚石35份，酚醛树脂35份，铜粉5份，铜锡合金10份，氧化铬4份，氧化锌3份，玻璃空心微珠3份，硫酸钙晶须2份，甲酚1份；其中，人造金刚石粒度80μm，酚醛树脂粉粒度10μm，氧化铁粒度为20μm，氧化锌粒度15μm，热膨胀微珠粒度70μm。磨料层1宽度为5.5mm，高度为6.2mm；磨料层2宽度为7.5mm，高度为6.2mm。排屑槽1槽宽为2mm，槽深为4mm；排屑槽2共30个，沿砂轮周向均布于磨削层，其槽宽为2.5mm，槽深为5mm。

本实施例的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)：按配方比例分别称取各磨料层原料放入三维混料机中混料120min，过筛得到各磨料层预成型粉料。

步骤2)：将步骤1)中各磨料层预成型料分别均匀投入相应的模具腔中，摊平，热压成型。热压温度225℃，压力25MPa，保温保压时间45min，得到各磨料层毛坯。

步骤3)：将各磨料层毛坯放入热风烘箱中固化，按照8℃/min的升温速率升温至250℃，保温6h，随炉冷却至室温。

步骤4)：将固化冷却后的磨料层毛坯粘结到砂轮基体上，按要求对砂轮进行加工，在磨料层上切出相应的排屑槽，得到砂轮成品。

本发明的硬脆材料加工用免修整超硬砂轮在硬脆材料磨削加工中的应用效果，请参见以下实施例与对照例的对比情况。其中对照例为取市售常用硬脆材料磨削用砂轮。砂轮使用情况对比如下表：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。