專利名稱：磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于磨削加工工具的，尤其涉及鈦合金磨削加工用的陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪。
背景技術(shù)：
鈦合金具有密度小、強度高(常溫、高溫下均具有較高的強度)、比強度高、耐高溫、耐腐蝕性好、可與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)匹配、高韌性、無磁等優(yōu)點，目前已在航空、航天、核能、艦船、兵器等諸多領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用，成為重要的戰(zhàn)略金屬材料。其應(yīng)用水平已成為衡量一個國家武器裝備的先進程度，反映一個國家的軍事水平和軍事實力的重要指標(biāo)。但是對鈦合金而言，加工性差、加工效率低已成為阻礙其廣泛推廣應(yīng)用的的主要原因。在20世紀(jì)90年代初，很多鈦合金零件對尺寸精度和表面粗糙度的要求并不太高，多數(shù)只需要精車即可滿足要求。隨著科技發(fā)展和產(chǎn)品性能的提高，對鈦合金零件的尺寸精度和表面粗糙度的要求越來越高，例如某些飛機零件必須經(jīng)過磨削加工工序才能滿足要求，但鈦合金的磨削加工性能很差，磨削時主要存在難題有:磨削力大、磨削溫度高；砂輪粘附嚴(yán)重；磨削過程中變形復(fù)雜，形成層疊狀擠裂切屑；化學(xué)活性高，磨削過程中表面容易形成硬脆表層；磨削質(zhì)量不易控制等。近幾十年來，針對鈦合金在磨削過程中出現(xiàn)的問題，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究，取得了一定的進展，主要集中在鈦合金的磨削機制、磨削工藝以及磨具的制備等方面。就磨削工藝而言，主要有超高速磨削、高效深磨、強冷磨削等。就磨具的制備而言，由于CBN磨料具有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，較小的磨削力和較低的磨削溫度，以及對鐵族元素的化學(xué)惰性，可獲得較好的加工表面完整性，特別適合鈦合金、高溫合金等難加工材料的磨削加工。此外，陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪具有剛性好、磨削鋒利、氣孔率可調(diào)，結(jié)合劑與磨料的結(jié)合強度高，能有效解決現(xiàn)有技術(shù)鈦合金在磨削過程中出現(xiàn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)用于磨削鈦合金的磨具存在的缺點和不足，提供一種具有熱導(dǎo)率高、自銳性好、磨削效率高、磨削精度高、使用壽命長、磨削成本低的磨削鈦合金用的陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，使其更好地適用于鈦合金磨削加工的需要，有效地解決鈦合金磨削過程中出現(xiàn)的問題。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。—種磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、砂輪塊和粘結(jié)層組成，其特征在于，所述砂輪塊為立方氮化硼砂輪塊，即工作層，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為40 80%立方氮化硼磨料，O 30%碳化硅，14 35%陶瓷結(jié)合劑，6%臨時粘結(jié)劑；所述陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為15 25%B203，8 15%A1203，46 60%Si02，2 8%Li20，2 10%Na20，2 10%Zn0，2 10%A1N;所述臨時粘結(jié)劑為糊精液或者水玻璃。
所述立方氮化硼磨料與碳化硅磨料的粒度一致，均為80/100-325/400目。所述陶瓷結(jié)合劑的耐火度低于700° C。本發(fā)明的有益效果:提供了一種鈦合金磨削加工用的陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，有效解決鈦合金在磨削過程中出現(xiàn)的磨削力大、磨削溫度高、砂輪粘附嚴(yán)重等問題。該砂輪具有熱導(dǎo)率高、自銳性好、磨削效率高、磨削精度高、使用壽命長、磨削成本低、制備工藝簡單等特點，具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。


圖1為本發(fā)明立方氮化硼砂輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖。附圖標(biāo)記說明如下:1-CBN砂輪塊2-粘結(jié)層3-基體
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施案例對本發(fā)明做進一步描述。本發(fā)明采用常規(guī)的化工原料和常規(guī)的制備方法，首先制備陶瓷結(jié)合劑。由于立方氮化硼磨料與普通碳化硅、剛玉磨料相比，在較低的溫度下(1000° C以下)即可被氧化，1200° C以上將轉(zhuǎn)化為類石墨的六方結(jié)構(gòu)，失去其超硬磨料的特性，所以陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪與普通陶瓷結(jié)合劑砂輪相比需要采用低溫?zé)Y(jié)，即陶瓷結(jié)合劑本身的耐火度要低。此外，由于磨削過程中產(chǎn)生大量的磨削熱，且60 95%的熱量傳入工件，而鈦合金自身的導(dǎo)熱系數(shù)特別小，這些傳入工件的熱量在磨削過程中來不及傳入工件深處，而聚集在工件表面形成局部高溫，進而造成工件表面燒傷、砂輪粘附嚴(yán)重。因此，需要進一步提高磨具的導(dǎo)熱率，讓更多的磨削熱傳入砂輪，減少磨削E熱量，降低磨削溫度。在陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的工作層中，立方氮化硼磨料具有很高的熱導(dǎo)率(1200W/m.K)，而其中起到黏結(jié)作用的陶瓷結(jié)合劑卻是熱的不良導(dǎo)體，嚴(yán)重阻礙熱量的傳遞，使得磨削熱不能有效、快速地散發(fā)出去，導(dǎo)致磨削區(qū)溫度太高，造成工件表面燒傷、砂輪粘附現(xiàn)象加重，最終導(dǎo)致工件加工質(zhì)量差，砂輪使用壽命短。本發(fā)明是向陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱的填料，旨在提高陶瓷結(jié)合劑的熱導(dǎo)率，進而提高陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪的熱導(dǎo)率，讓更多的磨削熱傳入砂輪，減少磨削區(qū)熱量，降低磨削溫度。本發(fā)明的陶瓷結(jié)合劑的制備分為兩步，首先制備低熔點的基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑，然后向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入高導(dǎo)熱的AlN填料，在基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中形成導(dǎo)熱通路，制備熱導(dǎo)率較高的陶瓷結(jié)合劑?；A(chǔ)陶瓷結(jié)合劑的制備方法:將15 25%B203，8 15%A1203，46 60%Si02，2 8%Li20，4 10%Na20，2 10%Zn0按比例混料，然后放入高溫熔塊爐中加熱至1350° C，保溫2h進行充分熔煉，水淬，在100° C烘箱中干燥24h之后進行研磨，過250目篩，即制得基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑。然后向基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑中加入適量A1N，混合均勻，即制得陶瓷結(jié)合劑。陶瓷結(jié)合劑的耐火度低于700° C，其具體實施例詳見表I。

表I
權(quán)利要求
1.一種磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、砂輪塊和粘結(jié)層組成，其特征在于，所述砂輪塊為立方氮化硼砂輪塊，即工作層，其原料組分及其質(zhì)量百分比含量為40 80%立方氮化硼磨料，O 30%碳化硅，14 35%陶瓷結(jié)合劑，6%臨時粘結(jié)劑； 所述陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為15 25%B 20 3，8 15%A1 2 O3,46 60% S i O 2，2 8%Li20，2 10%Na20，2 10%Zn0，2 10%A1N; 所述臨時粘結(jié)劑為糊精液或者水玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述立方氮化硼磨料與碳化硅磨料的粒度一致，均為80/100-325/400目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，其特征在于，所述陶瓷結(jié)合劑的耐火度低 于700° C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磨削鈦合金用陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪，由基體、砂輪塊和粘結(jié)層組成，所述砂輪塊的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為40～80%立方氮化硼磨料，0～30%碳化硅，14～35%陶瓷結(jié)合劑，6%臨時粘結(jié)劑;所述陶瓷結(jié)合劑的原料組分及其質(zhì)量百分比含量為15～25%B2O3，8～15%Al2O3，46～60%SiO2，2～8%Li2O，2～10%Na2O，2～10%ZnO，2～1O%AlN，該陶瓷結(jié)合劑的耐火度低于700°C。本發(fā)明可以有效解決鈦合金在磨削過程中出現(xiàn)的磨削力大、磨削溫度高、砂輪粘附嚴(yán)重等缺陷，其優(yōu)點是熱導(dǎo)率高、自銳性好、磨削效率高、磨削精度高、使用壽命長、成本低、工藝簡單。
文檔編號B24D3/14GK103223644SQ201310123808
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者李志宏, 武衛(wèi)杰, 朱玉梅 申請人:天津大學(xué)