專利名稱：立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種金屬元件磨削機(jī)械加工用的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前磨制金屬構(gòu)件多是采用碳化硅、剛玉制造的磨具加工，但隨著科技的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)和人們生活水平的提高，特別是空調(diào)、冰箱的廣泛應(yīng)用，而空調(diào)、冰箱的核心部件制冷壓縮機(jī)的曲軸、滾軸、滑塊、上下蓋等都部件是由高速鋼難磨材料制成，而且要求精度很高，采用碳化硅、剛玉制造的磨具加工效率低，修整頻繁，且粗糙度難以達(dá)到要求，生產(chǎn)的壓縮機(jī)噪音大，壽命短，成本高，采用進(jìn)口壓縮機(jī)價格高昂，很難為人們所接受，那么如何解決這些高速鋼難磨件高質(zhì)量、高精度、高效率、低成本的加工磨制需要呢？三、發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，本發(fā)明之目的就是提供一種機(jī)械加工用的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤及其生產(chǎn)方法，有效解決高速鋼難磨件的加工磨削問題，該研磨盤是在磨盤式金屬基體圓平面上粘結(jié)立方氮化硼混合物層制成，立方氮化硼混合物層是由以重量百分計的立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白剛玉23-31％、濕潤劑3-4％、陶瓷結(jié)合劑19-21％，總量為100％制成；其生產(chǎn)方法是配料——成型——干燥——燒結(jié)——測驗——整形——粘結(jié)一一硬化——加工——檢驗入庫——包裝，本發(fā)明產(chǎn)品硬度大、韌性大，高溫強(qiáng)度高，耐磨性好，用途廣，壽命長，加工部件質(zhì)量高，效率高，成本低，工藝簡單，易生產(chǎn)，應(yīng)用市場廣闊，開拓了金屬部件磨削的新途徑，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
四

圖1為本發(fā)明產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)剖面主視圖。
圖2為本發(fā)明產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程圖。
五具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細(xì)說明。
由圖1給出，本發(fā)明研磨盤是在磨盤式金屬基體1上圓平面粘結(jié)立方氮化硼混合物層2制成，立方氮化硼混合物層是由以重量百分計的立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白剛玉23-31％、濕潤劑3-4％、陶瓷結(jié)合劑19-21％，總量為100％制成；實施例1生產(chǎn)密度為2.258g/cm3、體積450cm3的研磨盤，其立方氮化硼混合物層是由立方氮化硼517.5g(占組份總重量的50.93％)、糊精粉13.5g(占組份總重量的1.33％)、白剛玉238.5g(占組份總重量的23.47％)、濕潤劑39.6g(占組份總重量的3.90％)、陶瓷結(jié)合劑207g(占組份總重量的20.37％)，總量1016.1g(100％)。
實施例2生產(chǎn)密度為2.260g/cm3、體積560cm3的研磨盤，其立方氮化硼混合物層是由立方氮化硼560g(占組份總重量的44.25％)、糊精粉22.4g(占組份總重量的1.77％)、白剛玉380.8g(占組份總重量的30.09％)、濕潤劑50.4g(占組份總重量的3.98％)、陶瓷結(jié)合劑252g(占組份總重量的19.91％)，總量1265.6g(100％)其中陶瓷結(jié)合劑為氧化硅或三氧化二鋁或氧化鋰或氧化鎂；濕潤劑是由每200g水中加入1g的糊精粉配制而成，立方氮化硼為市售的超強(qiáng)度磨料CBN如990CBN 80/110、850CBN 110/120，白剛玉為WA180型材料。
實現(xiàn)上述立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤，包括實施例1、實施例2的生產(chǎn)方法是，如圖2所示，先將金屬基體按要求用車床加工成所需的磨盤體備用(包括在基體上打孔開槽)，再將立方氮化硼混合物層粘結(jié)在金屬基體1上圓平面，所說的立方氮化硼混合物層是按以下方法制成首先進(jìn)行混合配料，按組方要求，在200/230以粗料濕混時，將立方氮化硼44-52％與白剛玉23-31％混勻后，加入濕潤劑3-4％充分混合，使每顆砂粒都被濕潤劑浸潤，根據(jù)料的多少和粗細(xì)決定混料時間長短，一般500克左右的料需攪拌40分鐘，然后加入陶瓷結(jié)合劑19-21％、糊精粉1-2％，用力進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌靹颍瑫r要經(jīng)常用毛刷清理混料工具(如研缽)，500克混料攪拌一般需40分鐘，與濕混時間基本一樣，混配好后，過30-60號篩，裝入袋中備用(最好是稱好重量，貼上標(biāo)簽，寫明粒度及時間等)；若是230/270以細(xì)料濕混時，先把立方氮化硼44-52％、白剛玉23-31％、陶瓷結(jié)合劑19-21％、糊精粉1-2％混合在一起，混配時間為40-100分鐘，然后加入濕潤劑3-4％，混合攪拌40-100分鐘，再過60-80號篩，裝入袋中備用；
配混料后，選擇所需成型模具，將混料裝入模具內(nèi)進(jìn)行成型，裝料應(yīng)分次進(jìn)行，一般要3-5次，投料時要進(jìn)行攪拌、刮平、搗料，搗料時要由輕到重慢慢地均勻進(jìn)行，最后一次無需搗料，如模具采用組合模具，成型槽磨條成六方塊時，必須進(jìn)行搗料；如一次成型數(shù)種規(guī)格的研磨盤，要按研磨盤的粒度由細(xì)到粗的成型順序進(jìn)行，而且根據(jù)立方氮化硼混合物層的薄厚來決定投料次數(shù)，并選擇合適的模具墊塊，一般情況，研磨盤高度H＝15-30mm時，墊塊厚度h＝1.5-2.5mm；H＝31-55mm時，h＝2.6-4mm；成型后的立方氮化硼混合物層，置于烤箱內(nèi)進(jìn)行干燥，若是體積小的研磨盤采用槽磨條和六方塊成型后可當(dāng)天進(jìn)行分級干燥，其干燥溫度為40-140℃，累計時間為8小時，具體見下表干燥曲線1

內(nèi)、外元磨頭，當(dāng)外徑D＞30mm時，需涼至24小時后再進(jìn)行干燥，干燥分級進(jìn)行，干燥溫度40-140℃，累計時間11小時，具體見下表干燥曲線2

當(dāng)烘箱(干燥箱)溫度降至40℃以下后，取出所干燥后的混合物硼層體，即立方氮化硼混合物層體；干燥好后的立方氮化硼混合物層裝入窖或燒爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時，耐火板要平整無粗大顆粒，墊砂要撒均勻，所有CBN制品放平整后，再在制品上均勻撒一層墊砂；體積小的研磨盤必須全部埋砂；耐火板及CBN制品要平穩(wěn)地放入高溫爐中，以避免碰撞而造成CBN制品的移動和錯位。CBN制品直徑在25mm以下時，溫度為100-770℃，分12級燒結(jié)，累計時間為8小時35分鐘，詳見下表

CBN制品直徑Φ≥30mm時，溫度為100-770℃，分13級燒結(jié)，累計時間為9小時45分鐘，詳見下表

燒結(jié)好后，經(jīng)測驗，包括重量、尺寸、強(qiáng)度合格后，再進(jìn)行整形，使之符合形體要求，然后將金屬基體與(CBN)立方氮化硼制成的立方氮化硼混合物層體進(jìn)行粘結(jié)，使其成為一體，粘結(jié)具體方法是1、準(zhǔn)備好粘接胎具，調(diào)整好尺寸，做好粘結(jié)的前期準(zhǔn)備工作；2、基體檢查合格后，進(jìn)行噴砂、清洗，放烘箱干燥，干燥溫度在55-60℃；3、對CBN砂輪體進(jìn)行詳細(xì)檢查后，進(jìn)行噴砂(視情況而定)、清洗、干燥，干燥溫度55-60℃；4、先把粘接用膠進(jìn)行預(yù)熱，溫度不高于60℃，其膠可為市售的二合一膠合劑或膠結(jié)劑，嚴(yán)格按照1∶1的比例調(diào)膠，并在膠內(nèi)加入膠重量的6％的填料，填料是由白剛玉、陶瓷結(jié)合劑、糊精粉制成，配比為白剛玉28.5份，陶瓷結(jié)合劑18.6份和糊精粉1.8份。充分調(diào)均勻后，即可進(jìn)行粘接。
5、粘接好的制品，在室溫下放置1-2小時后，再放入烘箱進(jìn)行硬化，硬化溫度為55-60℃；硬化時間12小時。硬化后的制品經(jīng)測驗合格的制品再進(jìn)行細(xì)加工，之后即可檢驗入庫，包裝待售(用)。
實現(xiàn)實施例1(或2)的生產(chǎn)方法根據(jù)上述是，先進(jìn)行混合配料，按組方要求，在200/230以粗料濕混時，將立方氮化硼517.5g(或560g)與白剛玉238.5g(或380.8g)混勻后，加入濕潤劑39.6g(或50.4g)充分混合，使每顆砂粒都被濕潤劑浸潤，根據(jù)料的多少和粗細(xì)決定混料時間長短，一般500克左右的料需攪拌40分鐘，然后加入陶瓷結(jié)合劑207g(或252g)、糊精粉13.5g(或22.4g)，用力進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌靹?，同時要經(jīng)常用毛刷清理混料工具(如研缽)，500克混料攪拌一般需40分鐘，與濕混時間基本一樣，混配好后，過30-60號篩，裝入袋中備用(最好是稱好重量，貼上標(biāo)簽，寫明粒度及時間等)；若是230/270以細(xì)料濕混時，先把立方氮化硼517.5g(或560g)、白剛玉238.5g(或380.8g)、陶瓷結(jié)合劑207g(或252g)、糊精粉13.5g(或22.4g)混合在一起，混配時間為40-100分鐘，然后加入濕潤劑39.6g(或50.4g)，混合攪拌40-100分鐘，再過60-80號篩，裝入袋中備用；然后再如前述進(jìn)行成型、干燥、燒結(jié)、檢驗和整形。
本發(fā)明產(chǎn)品經(jīng)國家權(quán)威的質(zhì)檢部門檢測，其質(zhì)量完全達(dá)到或超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，研磨盤平行度、平面度及研磨盤外圓對基準(zhǔn)內(nèi)孔面的跳動均不超過0.02mm，研磨盤外圓基體內(nèi)孔表面和端面粗糙度小于Ra0.8，其余表面粗糙度最大允許值為Ra3.2，砂輪在1500rpm的不平衡量＜0.5g.cm，研磨盤表面無裂紋、凹坑、發(fā)泡及兩個以上長、寬大于1mm的崩刃，研磨盤內(nèi)孔的極限偏差為h7，外徑極限偏差為±0.2mm，厚度極限偏差為±0.3mm，磨具磨削鋒利，耐磨性能好，單位磨損量極小。磨削鋼材時的磨削比為4000-10000，是普通磨料高速磨料的120-150倍，被磨削工件的耐用度能提高30-50％，而且經(jīng)試用，本發(fā)明產(chǎn)品立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤還具有以下突出的優(yōu)點1、立方氮化硼對黑色金屬，特別是硬度大，韌性大，高溫強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)率低的材料具有良好的磨削性能，其金屬磨除率是金剛石的10倍，解決了硬而韌的難磨材料的加工問題。
2、同一磨具可以磨削不同材料，不同規(guī)格工件，不必更換磨具，機(jī)床參數(shù)，加工條件不必經(jīng)常變更，且磨具壽命長，特別適用于多品種、中、小批量磨具生產(chǎn)和CNC、FMS、CIM以及FA加工使用。
3、表面質(zhì)量得到提高，一般無裂紋，不易燒傷，并且可獲得殘余壓應(yīng)力，顯著地提高工件的疲勞強(qiáng)度。
4、立方氮化硼磨具磨削容易保持尺寸精度，更重要的是其導(dǎo)熱性比剛玉大得多，因而能將磨削熱迅速導(dǎo)出，減少工件熱變形。
5、立方氮化硼雖然初始成本高，但因磨損小，壽命長，效率高，分?jǐn)偟矫恳粋€工件的磨具成本費(fèi)反而比普通磨具低。
總之本發(fā)明的研制成功，必為空調(diào)、冰箱生產(chǎn)及高速鋼部件廉價、高效、高質(zhì)量磨削加工作出突出的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，開創(chuàng)砂輪生產(chǎn)的廣闊天地，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
權(quán)利要求
1.一種立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤，其特征在于，是磨盤式金屬基體1上圓平面粘結(jié)立方氮化硼混合物層2制成，立方氮化硼混合物層是由以重量百分計的立方氮化硼44-52％、糊精粉1-2％、白剛玉23-31％、濕潤劑3-4％、陶瓷結(jié)合劑19-21％，總量為100％制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤，其特征在于，所說的立方氮化硼混合物層是由立方氮化硼517.5g、糊精粉13.5g、白剛玉238.5g、濕潤劑39.6g、陶瓷結(jié)合劑207g制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤，其特征在于，所說的立方氮化硼混合物層是由立方氮化硼560g、糊精粉22.4g、白剛玉380.8g、濕潤劑50.4g、陶瓷結(jié)合劑252g制成。
4.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤的生產(chǎn)方法，其特征在于，先將金屬基體用車床制成磨盤體，再將立方氮化硼混合物層粘結(jié)在金屬基體上圓平面上，所說的立方氮化硼混合物層是按以下方法制成先進(jìn)行混料，按組方要求，在200/230以粗料濕混時，將立方氮化硼44-52％與白剛玉23-31％混勻后，加入濕潤劑3-4％混勻，然后加入陶瓷結(jié)合劑19-21％、糊精粉1-2％攪拌混勻，過30-60號篩；在230/270以細(xì)料濕混時，先把立方氮化硼44-52％、白剛玉23-31％、陶瓷結(jié)合劑19-21％、糊精粉1-2％混合在一起，混配時間為40-100分鐘，然后加入濕潤劑3-4％，混合攪拌40-100分鐘，再過60-80號篩，將混料裝入模具成型，成型后的立方氮化硼混合物層，置于烤箱內(nèi)進(jìn)行分級干燥，干燥溫度為40-140℃，烘箱溫度降至40℃以下時，取出混合物硼層體，再置入燒爐中進(jìn)行分級燒結(jié)，燒結(jié)溫度為100-770℃，再經(jīng)檢驗、整形即為成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤的生產(chǎn)方法，其特征在于，所說的該研磨盤是先將金屬基體用車床加工成磨盤體，再將由立方氮化硼517.5g、糊精粉13.5g、白剛玉238.5g、濕潤劑39.6g、陶瓷結(jié)合劑207g混合制成的立方氮化硼混合物層粘結(jié)在金屬基體上圓平面上，所說的立方氮化硼混合物層的生產(chǎn)方法是先進(jìn)行混合配料，在200/230以粗料濕混時，將立方氮化硼517.5g與白剛玉238.5g混勻后，加入濕潤劑39.6g混合拌勻，然后加入陶瓷結(jié)合劑207g、糊精粉13.5g，再攪拌混勻，混配好后，過30-60號篩，在230/270以細(xì)料濕混時，先把立方氮化硼517.5g、白剛玉238.5g、陶瓷結(jié)合劑207g、糊精粉13.5g混合均勻，然后加入濕潤劑39.6g，拌勻后再過60-80號篩，然后再進(jìn)行成型、干燥、燒結(jié)、檢驗和整形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤的生產(chǎn)方法，其特征在于，所說的干燥是分級進(jìn)行的，在溫度40℃下干燥1小時、溫度60℃下干燥1小時、溫度80℃下干燥2小時、溫度100℃下干燥2小時、溫度120℃下干燥1小時、溫度140℃下干燥1小時，累計干燥8小時；當(dāng)立方氮化硼混合物層直徑＞30mm，所說干燥是，在溫度40℃下干燥2小時、溫度60℃下干燥2小時、溫度80℃下干燥2小時、溫度100℃下干燥2小時、溫度120℃下干燥1小時、溫度140℃下干燥2小時，累計干燥11小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤的生產(chǎn)方法，其特征在于，所說的燒結(jié)是分級進(jìn)行的，當(dāng)立方氮化硼混合物層直徑25mm以下時，是在溫度100℃下燒結(jié)40分鐘、溫度150℃下燒結(jié)40分鐘、溫度200℃下燒結(jié)40分鐘、溫度250℃下燒結(jié)40分鐘、溫度300℃下燒結(jié)40分鐘、溫度350℃下燒結(jié)40分鐘、溫度400℃下燒結(jié)40分鐘、溫度450℃下燒結(jié)40分鐘、溫度500℃下燒結(jié)60分鐘、溫度600℃下燒結(jié)45分鐘、溫度700℃下燒結(jié)45分鐘、溫度770℃下燒結(jié)45分鐘；當(dāng)立方氮化硼混合物層直徑Φ≥30mm時，是在溫度100℃下燒結(jié)40分鐘、溫度150℃下燒結(jié)40分鐘、溫度200℃下燒結(jié)40分鐘、溫度250℃下燒結(jié)40分鐘、溫度300℃下燒結(jié)40分鐘、溫度350℃下燒結(jié)40分鐘、溫度400℃下燒結(jié)45分鐘、溫度450℃下燒結(jié)50分鐘、溫度500℃下燒結(jié)50分鐘、溫度550℃下燒結(jié)50分鐘、溫度620℃下燒結(jié)50分鐘、溫度680℃下燒結(jié)50分鐘；溫度770℃下燒結(jié)50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是一種機(jī)械加工用的立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑研磨盤及其生產(chǎn)方法，有效解決高速鋼難磨件的加工磨削問題，該研磨盤是在磨盤式金屬基體圓平面上粘結(jié)立方氮化硼混合物層制成，立方氮化硼混合物層是由以重量百分計的立方氮化硼44－52％、糊精粉1－2％、白剛玉23－31％、濕潤劑3－4％、陶瓷結(jié)合劑19－21％，總量為100％制成；其生產(chǎn)方法是配料—成型—干燥—燒結(jié)—測驗—整形—粘結(jié)—硬化—加工—檢驗入庫—包裝，本發(fā)明產(chǎn)品硬度大、韌性大，高溫強(qiáng)度高，耐磨性好，用途廣，壽命長，加工部件質(zhì)量高，效率高，成本低，工藝簡單，易生產(chǎn)，應(yīng)用市場廣闊，開拓了金屬部件磨削的新途徑，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號C04B35/622GK1746133SQ200510017868
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者李和聰, 張艷芳, 劉元鋒, 吳賓, 秦艷強(qiáng) 申請人:河南萊盟特磨料磨具有限公司