本發(fā)明涉及砂輪制造技術領域，尤其涉及一種基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪及其制備方法。

背景技術：

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步與發(fā)展，對機械零部件材料的物理性能、加工質(zhì)量要求越來越高。磨削加工是機械制造中重要的加工工藝,是實現(xiàn)高精度、高質(zhì)量加工的重要手段之一,被人們所重視并不斷研究和發(fā)展著。陶瓷結合劑CBN砂輪是將陶瓷結合劑與CBN(立方氮化硼)磨料經(jīng)高溫工藝燒結在一起，配合以一定基體支撐與粘結工藝最終制成相應形狀的高效固結式磨具。陶瓷結合劑CBN砂輪以其優(yōu)良的磨削性能和磨削表面質(zhì)量，在高速、超高速磨削、難加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工領域獲得了廣泛應用。目前，就國內(nèi)陶瓷結合劑CBN砂輪發(fā)展水平而言，陶瓷結合劑CBN砂輪在使用性能上還有一定差距，其主要原因在于結合劑組分的選擇、配比，以及砂輪的制備工藝。

隨著超導技術的發(fā)展，穩(wěn)定的強磁場得以被人們利用。對于具有抗磁性的陶瓷顆粒，在強磁場中獲得具有晶粒取向排列的微觀結構從而改善陶瓷的性能成為可能。強磁場可以使一些弱磁性材料的陶瓷材料產(chǎn)生磁效應。對于非鐵磁性材料，當磁場強度達到10T時，都會對其產(chǎn)生明顯的磁效應。由于在陶瓷結合劑CBN復合材料中存在著晶型各向異性的晶體，因此在磁場中會具有各向異性的磁化率，具有磁各向異性的陶瓷結合劑CBN復合材料中的晶粒會自動調(diào)整為磁化能最低的狀態(tài)，從而會形成定向排列的結構。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的現(xiàn)有陶瓷結合劑CBN砂輪在使用性能上的技術缺陷，而提供一種基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪及其制備方法。本發(fā)明主要利用強電磁場對陶瓷顆粒的晶粒排列具有一定的取向作用，以提高陶瓷結合劑的強度與獲取較好的微觀結構，從而提高陶瓷結合劑CBN砂輪的磨削性能。

本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪，其特征在于，所述砂輪的工作層制備原料以重量百分比計為：

CBN磨料50％-57％、陶瓷結合劑40％-46％、濕潤劑糊精液3％-4％；

其中，陶瓷結合劑以SiO_2-Al₂O₃-B₂O₃-Na₂O-Li₂O體系為基礎，按重量百分比計，其原料組成為SiO₂：56.9％-62.8％，Al₂O₃：9.8％，B₂O₃：15.7％，Na₂O：3.9％-9.8％，LiO₂：5.9％，TiO₂：1.9％。

進一步地，所述砂輪的工作層制備原料以重量百分比計為：CBN磨料57％，陶瓷結合劑40％，濕潤劑糊精液3％。

本發(fā)明還公開了一種如上述的基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪的制備方法，其特征在于包括如下步驟，

S1、球磨混料：按預設比例稱取各物料后，首先將陶瓷結合劑各原料粉末混合，加入去離子水、剛玉球按照一定比例混合，放入球磨罐中進行球磨；

S2、烘干過篩：將步驟S1中的陶瓷結合劑液體在恒溫烘干箱中烘干，烘干后，將結成塊狀的陶瓷結合劑研磨成粉末后過篩備用；

S3、成型：先將CBN磨料用糊精液進行潤濕，然后將步驟S2中制得的陶瓷結合劑粉末與潤濕后的CBN磨料按比例充分混合制成砂輪成型料，將砂輪成型料在壓力機模具內(nèi)壓制成弧形樣條，自然干燥；

S4、燒結：將步驟S3中弧形樣條放入強電磁燒結爐中燒結，先升磁場至12T，然后升溫，燒結溫度580℃-600℃，保溫1.5-3小時，而后隨爐冷卻；

S5、貼片修整：將步驟S4中燒結后的弧形樣條清洗打磨，用環(huán)氧樹脂膠將弧形樣條粘結在砂輪基體表面，常溫下靜置24小時，之后用金剛石滾輪修整，完成制備。

進一步地，所述步驟S1中，采用濕磨方式進行球磨12小時，物料、去離子水、剛玉球的比例為1:2:4。

進一步地，所述步驟S4中，在爐溫升至100℃之前以2℃/min的速率緩慢升溫，并在100℃保溫0.5-1小時，之后升溫速率控制在2-2.5℃/min。

進一步地，所述步驟S4中，燒結溫度為580℃，保溫2小時。

進一步地，所述步驟S3中，成型后的CBN樣條規(guī)格為：弧度36°，外半徑×厚度×內(nèi)半徑＝64×7×59，規(guī)格單位為cm。

較現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的主要改進點在于：利用強電磁燒結爐制成砂輪工作層，這種燒結方式對陶瓷結合劑顆粒的晶粒排列具有一定的取向作用，強電磁燒結可以提高陶瓷結合劑的流動，改善氣孔的大小和分布，產(chǎn)生的氣泡較小且均勻，提高陶瓷結合劑的強度與獲取較好的微觀結構。陶瓷結合劑可以更好地包裹住CBN磨粒，在高溫狀態(tài)下提高對CBN磨粒的把持力，從而增加了砂輪的強度和耐磨性能，砂輪形狀保持良好，能進行精密的切削加工，使用壽命更長。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明制備的CBN陶瓷結合劑弧形樣條在強電磁燒結后的樣條斷面的微觀結構圖。

圖2為普通燒結后的樣條斷面的微觀結構圖。

圖3為燒結后的陶瓷貼片的照片。

圖4為修整后的陶瓷結合劑CBN砂輪的照片。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪，所述砂輪的工作層制備原料以重量百分比計為：

CBN磨料50％-57％、陶瓷結合劑40％-46％、濕潤劑糊精液3％-4％；

其中，陶瓷結合劑以SiO_2-Al₂O₃-B₂O₃-Na₂O-Li₂O體系為基礎，按重量百分比計，其原料組成為SiO₂：56.9％-62.8％，Al₂O₃：9.8％，B₂O₃：15.7％，Na₂O：3.9％-9.8％，LiO₂：5.9％，TiO₂：1.9％。

優(yōu)選地，所述砂輪的工作層制備原料以重量百分比計為：CBN磨料57％，陶瓷結合劑40％，濕潤劑糊精液3％。

本實施例中采用的CBN磨料由河南鄭州富耐克超硬材料股份有限公司生產(chǎn)，粒度為120/140。陶瓷結合劑所用原料為分析純，由國藥集團生產(chǎn)。

本發(fā)明公開的基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪的制備方法，包括如下步驟，

S1、球磨混料：按上述的比例稱取各物料后，首先將陶瓷結合劑各原料粉末混合，加入去離子水、剛玉球，按照物料、去離子水、剛玉球的比為1:2：4的比例混合，放入球磨罐中在球磨機WZM-B上進行球磨，采用濕磨方式進行球磨12小時；

S2、烘干過篩：待步驟S1中球磨結束后，過濾剛玉球，將陶瓷結合劑液體倒在玻璃皿中，在電熱恒溫烘干箱DHG100-00中烘干，采用恒溫烘干箱進行烘干8-12小時，優(yōu)選為10小時，設置溫度為100℃，并保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定；烘干后，將結成塊狀的陶瓷結合劑研磨成細小的粉末，并過篩獲得200目陶瓷結合劑粉末備用；

S3、成型：先將CBN磨料用糊精液進行潤濕，然后將步驟S2中制得的陶瓷結合劑粉末與潤濕后的CBN磨料按比例(通常情況下，采用1:1的比例進行混合)充分混合30分鐘以上，制成砂輪成型料，將砂輪成型料在壓力機模具內(nèi)，載荷60kN，保壓時間為60秒，壓制成弧度36°，外徑×厚度×內(nèi)徑＝64×7×59(規(guī)格單位，cm，半徑)的弧形樣條，自然干燥24小時；本實施例采用的壓力機為全自動抗折抗壓恒應力試驗機，DYE-300B，抗壓最大試驗力300KN，抗壓壓板空間180mm，抗壓活塞行程80mm，數(shù)值準確度±1％。

S4、燒結：將步驟S3中得到的CBN陶瓷結合劑弧形樣條放入強電磁燒結爐中燒結，型號為JASTEC-12Tesla無液氦超導強磁場；先升磁場，以0.3T/min從0T升到12T，然后升溫，在爐溫從室溫升至100℃之前以2℃/min的速率緩慢升溫，并在100℃保溫0.5-1小時，之后升溫速率控制在2-2.5℃/min，升至燒結溫度580℃-600℃，保溫1.5-3小時，而后隨爐冷卻；

優(yōu)選地，燒結溫度為580℃，保溫2小時。

S5、貼片修整：將步驟S4中燒結后的弧形樣條(如圖3所示)清洗打磨平整，使相鄰樣條可以緊密相接，用環(huán)氧樹脂膠將弧形樣條粘結在砂輪基體表面，常溫下靜置24小時，砂輪基體為圓盤形，鋁合金材質(zhì)，尺寸外徑×寬度×內(nèi)徑為118mm×10mm×32mm。為使砂輪具有好的宏觀形貌和良好的磨削狀態(tài)，將制備出的砂輪安裝在磨床上，用金剛石滾輪對砂輪進行修整，制成外圓磨砂輪。

經(jīng)過上面一系列步驟之后，完成基于強電磁的陶瓷結合劑高性能CBN砂輪的制備(如圖4所示)。

通過圖1和圖2的對比可以觀察到，強電磁燒結后的樣條斷面中的氣孔明顯要比普通燒結后樣條的斷面中的小。而且可以看到強電磁燒結后的陶瓷結合劑流動性較好，和CBN磨粒的包裹很好，形成玻璃態(tài)的程度較高，說明陶瓷結合劑在強電磁燒結后的效果更好。從而說明強電磁燒結可以使陶瓷結合劑更好的流動包裹CBN磨粒，增加對CBN磨粒的把持力、提高強度，而且強電磁燒結有助于陶瓷結合劑CBN復合材料中產(chǎn)生大小適宜的氣孔，從而提高陶瓷結合劑的強度與獲取較好的微觀結構，增加了砂輪的強度和耐磨性能，砂輪形狀保持良好，能進行精密的切削加工，使用壽命更長。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。