一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑cbn砂輪的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，按重量百分比將16-20%硼酸、9%碳酸鈉、5%碳酸鉀、8%氧化鋁、4%二氧化鈦、54-58%二氧化硅進行預(yù)處理；熔煉結(jié)合劑；破碎結(jié)合劑；球磨結(jié)合劑；按重量百分比將15-23%結(jié)合劑粉末、72-80%CBN磨料、3%黃糊精粉和2%去離子水倒入磨壇中球磨制備砂輪成型料；砂輪加壓干燥成型；燒結(jié)砂輪；配制緩沖溶液；利用緩沖溶液調(diào)控砂輪硬度制得可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪。本發(fā)明使所制備陶瓷CBN砂輪的硬度精確可控，獲得不同硬度的適用于磨削不同材質(zhì)的陶瓷CBN砂輪，提高陶瓷CBN砂輪的磨削性能。
【專利說明】一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及砂輪制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪因具有彈性模量大，形狀保持性好，磨削精度高，自銳性能好，磨削力小，磨削過程中發(fā)熱量少，可減少或避免被加工零件表面燒傷和微裂紋情況，延長被加工零件的使用壽命和增加可靠性，被公認為是黑色金屬精密磨削的最佳工具。目前陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備工藝與傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝相同:將陶瓷結(jié)合劑與CBN按配方混合均勻，干壓成型，素坯干燥后以一定的燒結(jié)制度燒結(jié)，最后粘接基體、修整開刃。燒結(jié)后的CBN砂輪其硬度反映了結(jié)合劑對磨料CBN的把持力，硬度越高，結(jié)合劑對CBN的把持力越強，磨削過程CBN磨料越難以脫落，砂輪的鋒利度和自銳性越低。因此陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的設(shè)計思路是根據(jù)被磨削工件材質(zhì)的硬度來設(shè)計砂輪硬度:被磨削材質(zhì)越硬，磨削過程中CBN磨料越易鈍化，設(shè)計的砂輪就應(yīng)該越軟，通過加快CBN磨料的脫落來提高砂輪的鋒利度。CBN砂輪的硬度可以通過調(diào)整結(jié)合劑加入量、成型密度和燒結(jié)制度等工藝參數(shù)來改變。根據(jù)現(xiàn)行的陶瓷CBN砂輪的制備工藝，一旦砂輪燒結(jié)完成后，砂輪的硬度為恒定值，不能改變。但是在工業(yè)生產(chǎn)陶瓷CBN砂輪時，即使是同一批砂輪，每個砂輪在窯爐中放置的位置不同，都會造成實際燒結(jié)溫度的不同，從而使砂輪的硬度產(chǎn)生波動，影響砂輪的使用性能。另一方面，不同的被磨削材質(zhì)就需要制備不同配方的陶瓷CBN砂輪來進行磨削，這極大的限制了 CBN砂輪的應(yīng)用范圍。
[0003]如果能夠制備出一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，燒結(jié)后的CBN砂輪，通過工藝控制，精確調(diào)控CBN砂輪硬度的衰減，使每片砂輪硬度都達到目標值區(qū)間。該工藝一方面可以提高陶瓷CBN砂輪的磨削穩(wěn)定性，提高CBN砂輪的磨削性能，另一方面，同一片CBN砂輪，通過調(diào)整工藝參數(shù)，可獲得不同硬度的砂輪，磨削不同硬度的材料，拓寬了 CBN砂輪的使用范圍，簡化了使用工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基本【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，使所制備陶瓷CBN砂輪的硬度精確可控，獲得不同硬度的適用于磨削不同材質(zhì)的陶瓷CBN砂輪，提高陶瓷CBN砂輪的磨削性能。
[0005]本發(fā)明提出的一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，包括如下步驟:
S1、結(jié)合劑原料預(yù)處理:按重量百分比將16-20%硼酸、9%碳酸鈉、5%碳酸鉀、8%氧化鋁、4% 二氧化鈦、54-58% 二氧化硅倒入第一球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨30min得到預(yù)處理后的結(jié)合劑原料，其中第一球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min,第一球磨壇直徑為400mm,直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑小于50mm的剛玉球磨球占70% ；
52、熔煉結(jié)合劑:將坩堝爐以3-5°C/min的升溫速度升溫到1350°C，倒入結(jié)合劑預(yù)處理原料，待爐溫再次升到1350°C后，保溫0.5小時得到熔化結(jié)合劑，將熔化結(jié)合劑進行水淬得到陶瓷結(jié)合劑碎塊，其中結(jié)合劑預(yù)處理原料的體積和坩堝內(nèi)容積的比為4:5 ；
53、破碎結(jié)合劑:將陶瓷結(jié)合劑碎塊置于第二球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球，再加入水后球磨24小時，取出倒入盛料盤中得到結(jié)合劑漿料，其中水與陶瓷結(jié)合劑碎塊的重量比為1:1，第二球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第二球磨壇直徑400mm，直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑在20_50mm的剛玉球磨球占40%,直徑小于20mm的剛玉球磨球占30% ；
54、球磨結(jié)合劑:將結(jié)合劑漿料干燥后得到結(jié)合劑料塊，干燥溫度 為120°C，再將結(jié)合劑料塊置于第三球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨4小時取出并過180#篩網(wǎng)得到結(jié)合劑粉末，將結(jié)合劑粉末置于密封的容器中，其中第三球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第三球磨壇直徑為400mm，直徑為50mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于50mm的剛玉球磨球占70% ；
55、制備砂輪成型料:按重量百分比將15-23%結(jié)合劑粉末、72-80%CBN磨料、3%黃糊精粉和2%去離子水倒入第四球磨壇中，按球料質(zhì)量比0.8:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨I小時取出并過40#篩網(wǎng)后密封保存得到砂輪成型料，其中第四球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第四球磨壇直徑400mm，直徑為40mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于40mm的剛玉球磨球占70% ；
56、砂輪成型:將砂輪成型料過60#篩網(wǎng)后投入到模具中，加壓成型，保壓Imin后得到砂輪素還A,將砂輪素還A水平放置于SiC棚板上,室溫下放置24小時后,再干燥12小時得到砂輪素坯B，其中干燥溫度為70°C ；
57、燒結(jié)砂輪:將SiC棚板和放置SiC棚板上的砂輪素坯B放入井式爐中，以3-5°C/min的升溫速率升溫至500-550 °C，保溫1_2小時，再以2_4°C /min的升溫速率升溫至800-850°C，保溫1.5-2小時，停止加熱使井式爐自然冷卻，當(dāng)爐溫低于150°C時打開爐門繼續(xù)冷卻，當(dāng)爐溫低于70°C時取出得到砂輪燒結(jié)體；
58、配制緩沖溶液:將碳酸鈉加入到去離子水中配制成第一溶液，將硼砂加入到去離子水中配制成第二溶液，將第一溶液和第二溶液按體積比973:27混合均勻得到緩沖溶液，第一溶液中碳酸鈉與去離子水的質(zhì)量比為52:9948，第二溶液中硼砂和去離子水的質(zhì)量比為19:981 ；
59、調(diào)控砂輪硬度:將燒結(jié)后的砂輪燒結(jié)體在工具磨床上進行預(yù)加工后，在洛氏硬度儀上測量砂輪的原始HRB硬度，CBN砂輪原始硬度為XI，砂輪目標硬度為X2，砂輪的浸泡時間
為t小時，根據(jù)公式〖=100(j^&)得到砂輪所需浸泡的時間，將緩沖溶液倒入容器中，緩
沖溶液水浴加熱至50°C后維持溫度，將砂輪浸沒在緩沖溶液中t小時后，撈出CBN砂輪用去離子水沖洗至中性，烘干后得到可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，其中燒結(jié)后的砂輪坯體與緩沖溶液的體積比為1:20。
[0006]優(yōu)選的，S6中，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的成型密度為(2.15±0.05) g/cm3。[0007]本發(fā)明采用熔煉-破碎法制備出在堿性環(huán)境下會產(chǎn)生恒速水解反應(yīng)的R2O-B2O3-SiO2-TiO2系CBN陶瓷結(jié)合劑，將該結(jié)合劑與CBN磨料按設(shè)計配方混合后干壓成型和無壓燒結(jié)后，制備出陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪；將制備出的CBN砂輪浸潰于一定溫度下的pH值為11的緩沖溶液中，結(jié)合劑中的R+會和溶液中的H+產(chǎn)生離子交換，結(jié)合劑以恒定速率水解，降低結(jié)合劑對CBN磨料的把持力，當(dāng)砂輪原始硬度高于HRB80時，砂輪硬度的衰減值與浸潰時間成嚴格的正比例關(guān)系，當(dāng)砂輪硬度達到目標硬度后，將砂輪取出用水沖洗至中性烘干，獲得陶瓷CBN砂輪。本發(fā)明解決燒結(jié)后的陶瓷CBN砂輪硬度難于精確調(diào)整的問題，使相同配方的陶瓷CBN砂輪燒結(jié)體，通過后期堿性緩沖溶液的浸泡處理，可以獲得不同硬度的適用于磨削不同材質(zhì)的CBN砂輪，提高了陶瓷CBN砂輪的磨削性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明提出的一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法所制得的陶瓷結(jié)合劑在緩沖溶液中浸泡后表面產(chǎn)生的水解腐蝕坑形貌。
[0009]圖2為本發(fā)明提出的一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法所制得的砂輪在緩沖溶液中浸泡后顯微結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0010]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0011]實施例1
本發(fā)明提出的一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，包括如下步驟:
51、結(jié)合劑原料預(yù)處理:按重量百分比將16%硼酸、9%碳酸鈉、5%碳酸鉀、8%氧化鋁、4%二氧化鈦、58% 二氧化硅倒入第一球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨30min得到結(jié)合劑預(yù)處理原料,其中第一球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min,第一球磨壇直徑為400mm,直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑小于50mm的剛玉球磨球占70% ；
52、熔煉結(jié)合劑:將坩堝爐以:TC/min的升溫速度升溫到1350°C，倒入結(jié)合劑預(yù)處理原料，待爐溫再次升到1350°C后，保溫0.5小時得到熔化結(jié)合劑，將熔化結(jié)合劑進行水淬得到陶瓷結(jié)合劑碎塊，其中結(jié)合劑預(yù)處理原料的體積和坩堝內(nèi)容積的比為4:5 ；
53、破碎結(jié)合劑:將陶瓷結(jié)合劑碎塊置于第二球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球，再加入水后球磨24小時，取出倒入盛料盤中得到結(jié)合劑漿料，其中水與陶瓷結(jié)合劑碎塊的重量比為1:1，第二球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第二球磨壇直徑400mm，直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑在20_50mm的剛玉球磨球占40%,直徑小于20mm的剛玉球磨球占30% ；
54、球磨結(jié)合劑:將結(jié)合劑漿料干燥后得到結(jié)合劑料塊，干燥溫度為120°C，再將結(jié)合劑料塊置于第三球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨4小時取出并過180#篩網(wǎng)得到結(jié)合劑粉末，將結(jié)合劑粉末置于密封的容器中，其中第三球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第三球磨壇直徑為400mm，直徑為50mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于50mm的剛玉球磨球占70% ；
55、制備砂輪成型料:按重量百分比將23%結(jié)合劑粉末、72%磨料粒度為120/140#的CBN磨料、3%黃糊精粉和2%去離子水倒入第四球磨壇中，按球料質(zhì)量比0.8:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨I小時取出并過40#篩網(wǎng)后密封保存得到砂輪成型料，其中第四球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第四球磨壇直徑400mm，直徑為40mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于40mm的剛玉球磨球占70% ；
56、砂輪成型:將砂輪成型料過60#篩網(wǎng)后投入到模具中，加壓成型，保壓Imin后得到砂輪素?A,將砂輪素還A水平放置于SiC棚板上,室溫下放置24小時后,再干燥12小時得到砂輪素坯B，其中干燥溫度為70°C，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的成型密度為2.1 g/cm3 ；
57、燒結(jié)砂輪:將SiC棚板和放置SiC棚板上的砂輪素坯B放入井式爐中，以5°C/min的升溫速率升溫至500°C，保溫2小時，再以2°C /min的升溫速率升溫至850°C，保溫1.5小時，停止加熱使井式爐自然冷卻，當(dāng)爐溫低于150°C時打開爐門繼續(xù)冷卻，當(dāng)爐溫低于70°C時取出得到砂輪坯體；
58、配制緩沖溶液:將碳酸鈉加入到去離子水中配制成第一溶液，將硼砂加入到去離子水中配制成第二溶液，將第一溶液和第二溶液按體積比973:27混合均勻得到緩沖溶液，第一溶液中碳酸鈉與去離子水的質(zhì)量比為52:9948，第二溶液中硼砂和去離子水的質(zhì)量比為19:981 ；
59、調(diào)控砂輪硬度:將燒結(jié)后的砂輪坯體在工具磨床上進行預(yù)加工后，在洛氏硬度儀上測量砂輪的原始HRB硬度，CBN砂輪原始硬度Xl為80，砂輪目標硬度X2為75，砂輪的浸泡
時間為t小時，根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: .51、結(jié)合劑原料預(yù)處理:按重量百分比將16-20%硼酸、9%碳酸鈉、5%碳酸鉀、8%氧化鋁、4% 二氧化鈦、54-58% 二氧化硅倒入第一球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨30min得到預(yù)處理后的結(jié)合劑原料，其中第一球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min,第一球磨壇直徑為400mm,直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑小于50mm的剛玉球磨球占70% ；.. 52、熔煉結(jié)合劑:將坩堝爐以3-5°C/min的升溫速度升溫到.1350°C，倒入預(yù)處理后的結(jié)合劑原料，待爐溫再次升到1350°C后，保溫0.5小時得到熔化結(jié)合劑，將熔化結(jié)合劑進行水淬得到陶瓷結(jié)合劑碎塊，其中結(jié)合劑預(yù)處理原料的體積和坩堝內(nèi)容積的比為4:5 ；. 53、破碎結(jié)合劑:將陶瓷結(jié)合劑碎塊置于第二球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，再加入水后球磨24小時，取出倒入盛料盤中得到結(jié)合劑漿料，其中水與陶瓷結(jié)合劑碎塊的重量比為1:1，第二球磨壇自轉(zhuǎn)速度為.30r/min，第二球磨壇直徑.400mm,直徑為50mm的剛玉球磨球占30%,直徑在20_50mm的剛玉球磨球占40%,直徑小于.20mm的剛玉球磨球占30% ； . 54、球磨結(jié)合劑:將結(jié)合劑漿料干燥后得到結(jié)合劑料塊，干燥溫度為120°C，再將結(jié)合劑料塊置于第三球磨壇中，按球料質(zhì)量比為1.2:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨4小時后取出并過180#篩網(wǎng)得到結(jié)合劑粉末，將結(jié)合劑粉末置于密封的容器中，其中第三球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第三球磨壇直徑為400mm，直徑為50mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于.50mm的剛玉球磨球占70% ；. 55、制備砂輪成型料:按重量百分比將15-23%結(jié)合劑粉末、72-.80%CBN磨料、3%黃糊精粉和2%去離子水倒入第四球磨壇中，按球料質(zhì)量比0.8:1的比例加入剛玉球磨球后，球磨I小時取出并過40#篩網(wǎng)后密封保存得到砂輪成型料，其中第四球磨壇自轉(zhuǎn)速度為30r/min，第四球磨壇直徑400mm，直徑為40mm的剛玉球磨球占30%，直徑小于.40mm的剛玉球磨球占.70% ； .56、砂輪成型:將砂輪成型料過60#篩網(wǎng)后投入到模具中，加壓成型，保壓Imin后得到砂輪素?A,將砂輪素還A水平放置于SiC棚板上,室溫下放置24小時后,再干燥12小時得到砂輪素坯B，其中干燥溫度為70°C ； . 57、燒結(jié)砂輪:將SiC棚板和放置SiC棚板上的砂輪素坯B放入井式爐中，以3-5°C/min的升溫速率升溫至500-550 °C，保溫1_2小時，再以2_4°C /min的升溫速率升溫至.800-850°C，保溫1.5-2小時，停止加熱使井式爐自然冷卻，當(dāng)爐溫低于150°C時打開爐門繼續(xù)冷卻，當(dāng)爐溫低于70°C時取出得到砂輪坯體； .58、配制緩沖溶液:將碳酸鈉加入到去離子水中配制成第一溶液，將硼砂加入到去離子水中配制成第二溶液，將第一溶液和第二溶液按體積比973:27混合均勻得到緩沖溶液，第一溶液中碳酸鈉與去離子水的質(zhì)量比為52:9948，第二溶液中硼砂和去離子水的質(zhì)量比為.19:981 ； .59、調(diào)控砂輪硬度:將燒結(jié)后的砂輪坯體在工具磨床上進行預(yù)加工后，在洛氏硬度儀上測量砂輪的原始HRB硬度，CBN砂輪原始硬度為XI，砂輪目標硬度為X2，砂輪的浸泡時間為t小時，根據(jù)公式
2.如權(quán)利要求1所述可精確調(diào)控硬度衰減數(shù)值的陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法，其特征在于，S6中，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的成型密度為(2.15±0.05) g/cm3。
【文檔編號】B24D18/00GK104002250SQ201410254670
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】劉小磐, 萬隆 申請人:湖南大學(xué)