一種金剛石砂輪及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械加工中的超硬材料及制品領(lǐng)域，具體設(shè)及一種應(yīng)用于碳化娃陶瓷 材料密封環(huán)倒角磨削用金剛石砂輪及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃(SiC)陶瓷是一種具有優(yōu)良的機(jī)械性能、熱學(xué)性能和化學(xué)性能的新型陶瓷 材料。由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等性能，被大量應(yīng)用于石油化工、冶金機(jī) 械、航空航天、汽車(chē)、鋼鐵等領(lǐng)域，尤其在熱機(jī)工程及機(jī)械密封行業(yè)中顯示了其良好的應(yīng)用 性能和開(kāi)發(fā)潛力。燒結(jié)碳化娃(SiC)陶瓷材料密封環(huán)具有高強(qiáng)度、高初性、低蠕變性的特點(diǎn)， 另外還具有良好的耐腐蝕、耐磨損、抗氧化性W及低的熱膨脹系數(shù)。目前，工業(yè)生產(chǎn)所用的 機(jī)械密封材料中有近一半采用碳化娃(SiC)陶瓷材料。
[0003] 碳化娃(SiC)密封環(huán)能夠在極高的溫度下保持良好的尺寸，且具有自潤(rùn)滑性和摩 擦系數(shù)小(僅為硬質(zhì)合金材料的一半）的特點(diǎn)，其材料燒結(jié)硬度在70-10(KHRA)之間，體積密 度為3.0-3. Ig/cm3，抗彎強(qiáng)度為2500kg/cm3-3200kg/cm3，彈性模量為3.2 X IO6，碳化娃密封 環(huán)端面平面度要求低于0.Olmm,倒角處光潔度要求Ra<0.1WI1。目前針對(duì)該材料的加工主要 包括:外圓加工、平面加工、內(nèi)圓加工W及倒角加工，上述加工全部為磨削加工。碳化娃密封 環(huán)的特性對(duì)磨具的磨削效率和加工精度提出了很高的要求。
[0004] CN103923607A公開(kāi)了一種金剛石樹(shù)脂磨具及制備方法，該磨具由W下質(zhì)量百分比 的組分組成：固體酪醒樹(shù)脂粉25~45%，銅粉或鐵粉30~50%，氧化鋒、=氧化二銘或=氧 化二鐵5~10%，石墨3~5%，冰晶石3~5%，金剛石5~15%。該磨具主要解決了如何減少 磨具內(nèi)部缺陷，保證磨具組織均勻性的問(wèn)題，并沒(méi)有進(jìn)一步研究其磨削效率和加工精度。在 對(duì)碳化娃陶瓷材料密封環(huán)進(jìn)行倒角加工時(shí)，金剛石、結(jié)合劑及功能填料的選取或搭配不當(dāng)， 往往會(huì)造成磨削效率下降，加工精度難W滿(mǎn)足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種金剛石砂輪，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)碳化娃陶瓷材料 密封環(huán)進(jìn)行倒角加工時(shí)，磨削效率和加工精度難W兼顧的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種上述金剛石砂輪的制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[000引一種金剛石砂輪，包括砂輪基體和附著在砂輪基體上的磨料層，所述磨料層由W 下體積百分比的組分組成:金剛石磨料20~30%，酪醒樹(shù)脂40~50%，幾基鐵5~15%，冰晶 石5~15%，石墨10~20 %。
[0009]本發(fā)明所提供的金剛石砂輪，通過(guò)合理選取金剛石、結(jié)合劑和功能填料，各組分科 學(xué)配比，使該砂輪塊磨削鋒利，在用于磨削碳化娃陶瓷材料時(shí)，具有較高的磨削效率。W酪 醒樹(shù)脂為結(jié)合劑，對(duì)金剛石磨料和幾基鐵粉、冰晶石、石墨粉組成的功能填料具有良好的潤(rùn) 濕和粘結(jié)能力;石墨粉具有潤(rùn)滑和拋光作用，使各組分易于混料均勻，其拋光作用能夠提高 密封環(huán)倒角的表面光潔度;幾基鐵粉能夠?qū)ι拜喗Y(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)，且導(dǎo)熱效果好，增加了結(jié)合 劑本身的強(qiáng)度和硬度，使砂輪強(qiáng)度高，耐磨性好，壽命長(zhǎng);冰晶石具有散熱作用，冰晶石和石 墨的添加，能夠增加熱傳導(dǎo)速率，且增加了砂輪層內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的孔隙率，使砂輪內(nèi)部組織結(jié) 構(gòu)具有一定的疏松空間，增加容屑和排屑空間，使砂輪在磨削加工時(shí)，能夠很好的排屑，不 易燒傷工件，磨削鋒利。上述各組分協(xié)同作用，使該砂輪塊具有較高的磨削效率，加工出的 角度無(wú)劃痕，無(wú)崩邊，表面光潔度好，能夠使碳化娃密封環(huán)達(dá)到很好的密封效果。
[0010]所述金剛石磨料為鍛儀金剛石或多晶金剛石。應(yīng)用于粗磨加工時(shí)，金剛石磨料優(yōu) 選為鍛儀金剛石磨料，該種磨料能夠增加結(jié)合劑對(duì)于金剛石的把持力，增加金剛石壽命，且 磨削鋒利。應(yīng)用于精磨加工時(shí)，金剛石磨料優(yōu)選為多晶金剛石，其自銳性好，磨削鋒利，在對(duì) 粗磨后的工件進(jìn)行精磨加工時(shí)，容易得到倒角表面光潔度高，無(wú)崩口的碳化娃密封環(huán)。多晶 金剛石磨料為現(xiàn)有技術(shù)，可選擇河南飛孟金剛石工業(yè)有限公司生產(chǎn)的PDG3型多晶金剛石。 [00 11]優(yōu)選的，所述砂輪基體為鑄侶基體。進(jìn)一步優(yōu)選的，鑄侶的抗拉強(qiáng)度M50Mpa。W 鑄侶為基體的金剛石砂輪，具有一定的強(qiáng)度和硬度，能夠保證砂輪的安裝精度，并能夠配合 磨床的剛性，便于對(duì)碳化娃密封環(huán)進(jìn)行高效加工。
[0012] 上述金剛石砂輪，通過(guò)對(duì)磨料層和砂輪基體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，能夠安裝在普通磨 床上對(duì)碳化娃密封環(huán)的倒角直接進(jìn)行磨削成型加工，具有加工效率高，不同調(diào)節(jié)磨床角度， 且加工的倒角一致性好的特點(diǎn)。
[0013] 上述金剛石砂輪，所述砂輪基體包括磨削部，所述磨削部為圓錐體形凸起或倒圓 錐體形凹槽，所述磨料層附著在磨削部表面。磨料層附著在圓錐體形凸起的外表面或倒圓 錐體形凹槽的內(nèi)表面上形成磨削部。
[0014] 采用磨削部為圓錐體形凸起結(jié)構(gòu)的砂輪，通過(guò)磨料層可W對(duì)碳化娃密封環(huán)的內(nèi)倒 角方便加工，避免了傳統(tǒng)內(nèi)倒角的加工需要不斷的對(duì)內(nèi)圓磨砂輪進(jìn)行角度修整，導(dǎo)致內(nèi)圓 磨砂輪消耗一致性不好，大大降低密封環(huán)的加工效率和加工精度的問(wèn)題。
[0015] 采用磨削部為倒圓錐體形凹槽結(jié)構(gòu)的砂輪，通過(guò)磨料層可W對(duì)碳化娃密封環(huán)的外 倒角方便加工，避免了現(xiàn)有技術(shù)在加工碳化娃密封環(huán)的外倒角時(shí)，需要調(diào)整角度，砂輪形狀 保持性不好的問(wèn)題。
[0016] 采用上述結(jié)構(gòu)的金剛石砂輪，可方便對(duì)碳化娃密封環(huán)的內(nèi)外倒角進(jìn)行加工，加工 過(guò)程無(wú)需繁雜的砂輪角度修整過(guò)程，大大提高加工效率，同時(shí)砂輪形狀保持性好，使用壽命 長(zhǎng)，加工的倒角精度高，加工的R角含0.05mm，加工工件無(wú)崩邊，無(wú)劃痕，表面光潔度達(dá)到 RaO. 1，能夠使密封環(huán)達(dá)到很好的密封效果。
[0017] 上述結(jié)構(gòu)中，磨料層厚度為3~10mm。磨削部的高度為50~200mm，磨削部的外徑為 50~250mm。磨削部的高度為圓錐體形凸起的高度或倒圓錐體形凹槽的深度。
[0018] 上述的金剛石砂輪的制備方法，包括:將金剛石磨料、酪醒樹(shù)脂粉、幾基鐵粉、冰晶 石粉、石墨粉混合均勻，與砂輪基體組合后熱壓成型，固化，即得。
[0019] 金剛石磨料的粒度為120#~400#;酪醒樹(shù)脂粉的粒徑為30~60皿;幾基鐵粉的粒 度為300#~400#;冰晶石粉的粒度為150#~400#;石墨粉的粒度為600#。
[0020] 本發(fā)明提供的金剛石砂輪，金剛石磨料選擇鍛儀金剛石磨料，粒度選擇120#~ 200#，可用于制作粗磨用金剛石砂輪；金剛石磨料選擇多晶金剛石磨料，粒度選擇200#~ 400#，可用于制作精磨磨用金剛石砂輪。
[0021] 熱壓成型的溫度為140~150°C，壓力為2~lOMpa，時(shí)間為40~60min。所述固化是 在80~100 °C下保溫4~化，后在140~160 °C下保溫4~化，再在170~190 °C下保溫4~化。優(yōu) 選的，所述固化是在100 °C下保溫化，后在150°C下保溫4h，后在180°C下保溫化。
[0022] 本發(fā)明提供的金剛石砂輪的制備方法，通過(guò)熱壓工藝即可方便的制備金剛石砂輪 塊;通過(guò)金剛石類(lèi)型和粒度的選擇，可W根據(jù)需要制備出不同規(guī)格的粗磨砂輪和精磨砂輪； 磨料層和基體一體成型，可通過(guò)與砂輪形狀相配合的模具制作上述具有圓錐體磨削面的倒 角砂輪，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳化娃密封環(huán)倒角高效精確的加工;該方法制備工藝簡(jiǎn)單，磨料層與基體的 結(jié)合力好，適于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明應(yīng)用于碳化娃密封環(huán)內(nèi)倒角加工的砂輪示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明應(yīng)用于碳化娃密封環(huán)外倒角加工的砂輪示意圖；
[0025] 圖3為應(yīng)用于萬(wàn)能外圓磨床上的平行結(jié)構(gòu)砂輪。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。W下實(shí)施例中，CN56型鍛儀金 剛石磨料、PDG3型多晶金剛石磨料，均購(gòu)自河南飛孟金剛石工業(yè)有限公司。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 本實(shí)施例的金剛石砂輪，如圖1所示，包括砂輪基體2和附著在砂輪基體2上的磨料 層1;所述砂輪基體為抗拉強(qiáng)度含ISOMpa的鑄侶基體;所述砂輪基體2包括磨削部和與磨削 部一體成型的安裝部，所述磨削部具有圓錐體形凸起，磨料層1設(shè)置于外圓錐面上。
[0029] 本實(shí)施例的金剛石砂輪為粗磨砂輪，金剛石磨料選擇120#的CN56型鍛儀金剛石磨 料，由W下體積百分比的組分組成：金剛石磨料20%，酪醒樹(shù)脂45%，幾基鐵10%，冰晶石 10%，石墨 15%。
[0030] 本實(shí)施例的金剛石砂輪的制備方法，包括W下步驟：
[0031] 1)將金剛石磨料、酪醒樹(shù)脂粉、幾基鐵粉、冰晶石粉、石墨粉在半自動(dòng)混料機(jī)內(nèi)混 合化，過(guò)篩網(wǎng)=次，得到均一的混合料;所述酪醒樹(shù)脂粉的粒徑為30WH;幾基鐵粉的粒度為 300#;冰晶石粉的粒度為150#;石墨粉的粒度為600#;
[0032] 2)將步驟1)所得混合料與砂輪基體配合模具組合后，在140°C、IOMPa下熱壓 40min，然后置于硬化烘箱中于固化，固化分為S