阅读说明：本技术 一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法 (Polymerized abrasive ceramic grinding wheel for grinding bearing channel and preparation method thereof ) 是由 王学涛 边华英 张霖 陈德光 刘斐 孙龙 张慧芳 张贝贝 常艳丽 李杭 李玉婷 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法,属于固结磨具制造技术领域。其制备方法包括如下步骤：(1)配制混合成型料：将一定比例和粒度的聚合磨料与白刚玉磨料混合构成磨料组分,配入结合剂、辅料糊精粉和临时粘结剂糊精液混合均匀得到成型料；磨料质量与陶瓷结合剂的质量比为76-88:24-12,所述辅料糊精粉的用量为磨料、陶瓷结合剂总质量的1-2%,所述临时粘结剂糊精液的用量为外加磨料、陶瓷结合剂总质量的3-6%；(2)成型和烧成：将混配好混合料按相应规格磨具的成型技术参数进行投料、梳料、刮平、施压、定型、脱模、干燥,在常压下1050-1100℃温度制度条件下焙烧5～7小时。(The invention discloses a polymerized abrasive ceramic grinding wheel for grinding a bearing channel and a preparation method thereof, belonging to the technical field of manufacturing of bonded grinding tools. The preparation method comprises the following steps: (1) preparing a mixed molding material: mixing a certain proportion of polymeric abrasive with a certain granularity with white corundum abrasive to form an abrasive component, and adding a bonding agent, an auxiliary material dextrin powder and a temporary binder dextrin liquid to uniformly mix to obtain a molding material; the mass ratio of the abrasive to the ceramic bond is 76-88:24-12, the using amount of the auxiliary material paste powder is 1-2% of the total mass of the abrasive and the ceramic bond, and the using amount of the temporary bonding agent paste liquid is 3-6% of the total mass of the additional abrasive and the ceramic bond; (2) molding and firing: and (3) feeding, carding, strickling, pressing, shaping, demolding and drying the mixed mixture according to the molding technical parameters of the corresponding specification grinding tool, and roasting for 5-7 hours under the conditions of 1050 plus materials at 1100 ℃ under normal pressure.)

一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于磨料磨具制造技术领域，具体涉及一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法。

背景技术

轴承是机械设备中的重要零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低机械零部件在高速运动过程中产生的摩擦和冲击，并保证其回转精度。沟道作为球轴承的一部分是一种呈沟型的特殊滚道，通常为圆弧形横截面，其半径略大于球半径。在轴承厂中，一般说沟道特指深沟球轴承或者角接触球轴承的滚动表面。

由于轴承要承受持续性的钢球冲击载荷，且运行速度很高，因此要求轴承有较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度，如图1（a）和（b）所示，其中轴承沟道的加工主要通过砂轮磨削加工实现。

智能装备制造业得到快速发展，对轴承的加工精度、表面粗糙度、加工效率等的要求越来越高。近年来材料应用技术的进步给加工技术提出了新的要求，特别是在难加工材料（如高温耐热钢、钛合金钢等）的加工精度方面，传统WA和WA/A磨料制备的磨沟道陶瓷砂轮，由于沟形保形差，加工精度低，加工效率低的缺点，逐渐不能满足如今高精度轴承沟道的磨削要求。高精密轴承是未来的发展方向，高精密轴承一般包括高技术指标轴承和高端领域轴承、新一代智能轴承、悬浮类轴承、陶瓷轴承等。

目前国内生产的普通磨轴承沟道陶瓷砂轮，大多采用传统WA和WA/A磨料制备，所使用的结合剂，即粘土-长石系列，添加少量的硼玻璃，仍属于高温结合剂，烧成温度在1250℃左右。采用这种方案在所制备的砂轮主要存在以下问题：1）耐用度很低，一般在4-6件/次；2）虽然通过调整粒度也可满足磨削加工零件粗糙度的要求，但切削率明显下降，生产节拍在45-60s/件，圆度也很难保证；3）砂轮若偏硬，砂轮切削力下降，工件出现波纹度超差，反之工件沟曲率形状保形性变差。

聚合磨料（堆积磨料）的出现，为砂轮磨削性能的提高以及难磨材料的加工质量效率提高提供了可能性。聚合磨料（堆积磨料）采用细粒度磨料加结合剂混配、造粒、焙烧后制成具有一定气孔结构的具有磨料、结合剂、气孔三要素的类似磨具组织的复合磨料，其表面粗糙度远高于普通刚玉磨料，在制成磨具时结合剂的把持力高成型性能好，每一颗聚合磨料在使用过程中发生其组织内的磨粒脱落、自锐，延长磨料和磨具的使用寿命，采用这种聚合磨料制备的新型磨具包含很多这样的微型磨具，符合高效去除、微破碎、容屑等磨削机理。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法，特别是制备能够兼顾磨削质量和加工效率的聚合磨料砂轮。

为了实现上述目的，本发明的磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮采用如下技术方案：一种磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮，该砂轮本体是由以聚合磨料和白刚玉磨料构成的混合磨料、陶瓷结合剂、临时粘结剂制成，所述聚合磨料为白刚玉磨料微粉和陶瓷粘结剂经过特殊工艺造粒烧结制成的磨料，该磨料的磨粒具有表面粗糙并具有气孔的微晶结构，其粒度号分级方法参照白刚玉磨料。

具体地，其制备过程如下：

（1）配制混合成型料：将聚合磨料与白刚玉磨料混合构成磨料组分，聚合磨料加入量占磨料总质量的30~50%，加入陶瓷结合剂、糊精粉和糊精液混合均匀得到混合成型料；磨料质量与陶瓷结合剂的质量比为（76-88）:（24-12），所述辅料糊精粉的用量为磨料、陶瓷结合剂总质量的1-2%，所述临时粘结剂糊精液的用量为磨料、陶瓷结合剂总质量的3-6%；

（2）成型和烧成：将混合成型料按相应规格磨具的成型技术参数进行投料、梳料、刮平、施压、定型、脱模、干燥，在常压下1050-1100℃焙烧5~7小时。

本发明的制备方法中，起磨削作用的磨料采用聚合磨料与白刚玉磨料的混合磨料，聚合磨料在砂轮组织中具有“微型磨具”作用，使砂轮磨粒具有微破碎的自锐性效果，韧性、耐用性好，又呈现微观的疏松气孔组织，疏松气孔组织具有容纳冷却液、容屑、降低磨削高温、不易烧伤工件的效果，该发明方法所制备的砂轮自锐性好，散热性、耐用性、保形性优良，兼具磨削质量和加工效率，特别适用于高精密轴承沟道类产品的磨削加工。通过一系列的磨削试验，可以探寻确定聚合磨料的合理加入量，以获得适用性强、性价比高的砂轮产品。

本发明的制备方法中，可以根据磨削对象的加工要求进行砂轮的配方、结构设计，如不同的结合剂加入量、成型压力、成型密度等，制备出喷砂硬度G-Q级的砂轮，满足不同工件的磨削加工精度和效率的要求。其中采用的辅料糊精粉和临时粘结剂糊精液属于绿色有机粘结剂，在成型过程中，辅料糊精粉起到提高成型料的成型性能和半成品的强度，糊精液起到临时粘结剂的作用，在焙烧过程中它们都会燃烧挥发掉。采用的陶瓷结合剂由粘土、长石、硼玻璃组成，为B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃体系，该结合剂可以形成[BO₄]硼氧四面体网络结构，为烧熔结合剂，耐火度低（850-950℃）而且强度高，在烧成温度1050-1100℃条件下可以制备出使用速度63m/s的高速砂轮，满足砂轮的高速高效磨削要求。

作为进一步优化的方案，所述聚合磨料颗粒的粒度为F80-F120（178-124μm），白刚玉磨料颗粒的粒度为F80-F120（178-124μm）。可以根据工件的加工粗糙度、形状尺寸精度等指标要求，选用不同粒级的聚合磨料与白刚玉磨料进行混合，以及采取不同的混配比例。优选的，采用聚合磨料与白刚玉磨料相同粒度混配，聚合磨料加入量为磨料总质量的30-50%。

作为进一步优化的方案，所述陶瓷结合剂由粘土、长石、硼玻璃三者组成，所述粘土、长石、硼玻璃的质量比为（20-30）:（50-60）:（10-30），粘土、长石和硼玻璃的粒度均为100目-320目。

作为进一步优化的方案，所述临时粘结剂糊精液质量浓度为35~40%、所述辅料糊精粉粒度为80目~320目；所述糊精粉的用量为外加磨料、陶瓷结合剂总质量的1-2%，所述糊精液的用量为外加磨料、陶瓷结合剂总质量的3-6%。

作为进一步优化的方案，所述砂轮为了外观商品化，加入一定量的着色剂，用量为外加磨料、陶瓷结合剂总质量的0.1~0.6%。优选的，采用钴蓝、铁红、钒黄等高温无机颜料。

作为进一步优化的方案，为了节能降耗实现碳减排，将混合料压制成型，干燥后在常压下1050-1100℃的低温条件下烧成5~7小时。

本发明采用聚合磨料制备磨具，具有磨粒表面粗糙、制成陶瓷磨具时易于形成气孔结构的特点，并且可以通过调整抗压强度满足不同性能材料的加工工艺和个性化需求。本发明磨具磨削工件时自锐性好、耐用度高，不易堵塞，磨削热少不易烧伤工件，使用寿命长，磨削比可达70%以上，磨削表面质量稳定。

附图说明

图1是现有球轴承的图片，a 为深沟球轴承，b为角接触球轴承；

图2是用3Dsmax绘制的本发明的砂轮本体及砂轮本体内部结构示意图；

图3是用3Dsmax绘制的本发明的聚合磨粒内部结构示意图；

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：1、白刚玉磨料；2、聚合磨料；3、陶瓷结合剂；4、砂轮本体中的气孔；5、白刚玉磨料微粉；6、聚合磨料中的陶瓷粘结剂；7、聚合磨料中的气孔。

具体实施方式

本发明磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮，如图1所示，包括砂轮本体和内部结构，该砂轮本体是由白刚玉磨料1、聚合磨料2和陶瓷结合剂3堆积结合构成，所述聚合磨料2颗粒是由白刚玉磨料微粉5和聚合磨料中的陶瓷粘结剂6堆积结合而成。在砂轮本体中存在气孔4和聚合磨料中存在气孔7。其中白刚玉磨料颗粒的粒度为F80-F120（178-124μm），聚合磨料颗粒的粒度F80-F120（178-124μm），可以根据工件的磨削粗糙度进行相应的调整。

上述砂轮的具体制备过程如下。

实施例1-4

为了对本发明的产品做进一步说明，现选取几个典型实施例阐明制备方法：

（1）磨料材质及粒度：白刚玉磨料F120（124μm）和聚合磨料F120（124μm），其中聚合磨料购自淄博科润磨料有限公司，F120：球磨韧性11.45%，密度3.85g/cm³，磁性物含量0.0014；

（2）陶瓷结合剂各原材料的质量比：粘土：长石：硼玻璃为20：50：30，粘土、长石和硼玻璃粒度均为120目；

（3）外加辅料糊精粉和临时粘结剂糊精液的加入量：糊精粉（120目）加入量占磨料、陶瓷结合剂总质量的1.5%、糊精液（浓度35wt%，将糊精溶于水配制而成）加入量为磨料、陶瓷结合剂总质量的3.5%；

（4）烧成温度：在常压下烧成温度1050℃烧成时间6小时。

有关磨轴承沟道类磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮及其制备方法的实施例如表1所示。

表1 实施例1~4磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮制备方法相关参数

注：*“砂结比”指的是磨料与陶瓷结合剂的质量比。

性能实验1

将实施例1-4制备所得的磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮进行性能参数测定，测定结果如表2所示。

各指标测定依据：1）硬度-喷砂硬度机；2）强度-回转强度机；3）平衡克数-砂轮静平衡仪；4）密度、气孔率-净水力学称重法。其中对比样采用F120普通白刚玉磨料陶瓷砂轮（除没加聚合磨料外，与实施例1-4制备条件相同）。砂轮规格、型号和基本参数为V-PDT（单面凸） 600*8/16*305 WA F120 L 60m/s。检验标准依据GB/T2485-2016。

表2 实施例1-4所制备的砂轮的各项性能参数

由表2可知，经过砂轮性能参数测定，实施例1-4制备的磨轴承沟道聚合磨料陶瓷砂轮，随着聚合磨料的加入量增加，砂轮的密度会减小、气孔率增大，说明组织变得疏松，喷砂硬度值变大，砂轮的硬度变软。另外所有加入聚合磨料的砂轮都比对比样的组织要疏松。

性能实验2

将实施例1-4所制备的砂轮用于磨轴承沟道实验，所使用的轴承工件的参数如表3所示。

表3 轴承工件参数及工艺要求

磨削轴承沟道工件实验结果如表4所示。其中对比样采用普通白刚玉磨料陶瓷砂轮。砂轮规格、型号和基本参数为V-PDT（单面凸） 600*8/16*305 WA F120 L 60m/s。

表4 采用实施例1-4制备的砂轮进行磨削实验结果

从表4结果可知，加入聚合磨料所制备的砂轮，耐用度、磨削效率都得到了较大提高，加工工件的质量如表面粗糙度、圆度都也出现明显改善。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，对于不同粒度、不同结合剂量、不同烧成温度、不同加工对象等在这里没有逐一列举，但并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。