修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮及其制备方法。

背景技术

随着我国磨料磨具行业的快速发展，金刚石砂轮的应用也越来越广泛，金刚石砂轮加工效率高、使用寿命长、综合成本低等特点，得到了全世界的认可。但是金刚石砂轮需要根据客户的需求在生产过程中进行修磨，从而达到客户需要的尺寸、平整度及跳动等要求，同时对新砂轮进行开刃，以便客户可以直接使用。金刚石砂轮使用寿命长的特点，在金刚石砂轮生产修磨方面恰恰成为了缺点，金刚石砂轮耐磨性好造成了金刚石砂轮在生产过程中修磨困难。目前，行业内均使用普通磨料砂轮(刚玉砂轮或碳化硅砂轮)对金刚石砂轮进行修磨和开刃，修磨一个金属金刚石钢轨打磨砂轮需要消耗6个Φ200×20×Φ32的陶瓷碳化硅砂轮，耗时5h。生产效率极低，且产生的废料多。急需寻找一种新的修磨工具提高生产效率，降低综合成本。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮及其制备方法，旨在解决金属金刚石钢轨打磨砂轮修磨、开刃时遇到的生产效率低、陶瓷碳化硅砂轮寿命短、综合成本高的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮，砂轮配方按重量百分比如下：低温高强度陶瓷结合剂(10-30)％、25/30金刚石浓度50％-200％、320目白刚玉(5-30)％、空心球(3-15)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

进一步地，所述低温高强度陶瓷结合剂配方按重量百分比如下：二氧化硅(20-40)％、三氧化二铝(5-10)％、碳酸钠(5-10)％、碳酸钾(3-6)％、硼酸(10-15)％、氧化锌(5-8)％、碳酸锂(10-20)％、碳酸钙(5-10)％、五氧化二磷(5-10)％、氧化锆(3-5)％、氧化钛(1-5)％、三氧化二铁(1-3)％。

本发明还提供了一种修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制作待成型料：

按比例称取低温高强度陶瓷结合剂、25/30金刚石、320目白刚玉、空心球、糊精粉、自来水，并投入混料机中混合(1-2)h，将混合均匀的待成型料从混料机中取出，待用；

步骤二、制作磨块：

组装模具，按设计好的重量称取待成型料，投入模具中摊平，用20MPa的压强压制，保压10min，卸模取出磨块；重复该步骤直至制作出足够的磨块数量；

步骤三、将步骤二制作好的磨块坯体自然风干一周，然后放入干燥炉中进行干燥，温度为200℃，保温6h；

步骤四、将干燥后的磨块坯体装入陶瓷方舟中并埋砂，放入高温烧结炉中烧结，以2℃/min的升温速率升到750℃，保温8h后自然冷却出炉；

步骤五、利用胶黏剂将步骤四烧结好的磨块与加工好的钢基体粘结在一起，组成砂轮。

进一步地，所述低温高强度陶瓷结合剂按如下步骤进行制备：

A、按比例称取二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、碳酸钾、硼酸、氧化锌、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二磷、氧化锆、氧化钛、三氧化二铁，投入球磨机中混合24h，将混合均匀的混合料从球磨机中取出，待用；

B、将混合均匀的混合料装入熔块炉内，以10℃/min的升温速率升到1650℃，保温2h，得到熔融料；拔出塞子，使熔融料流入到盛有大量常温水的桶中，并不停地搅拌水，使熔融料充分分散在水溶液中；然后使用筛网将低温陶瓷结合剂从水中过滤出来，干燥；

C、将干燥后的块状低温陶瓷结合剂装入球磨机中，球、料比为1:1，经过72h的球磨粉碎后过80目筛网，即得到低温高强度陶瓷结合剂粉末。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明提供了一种新型修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮及其制备方法。该砂轮使用寿命长、磨削效率高、产生的磨削废料少，综合成本低。本发明与陶瓷碳化硅砂轮的主要区别是：采用低温高强度陶瓷结合剂、以金刚石为磨料、以空心球作为造孔材料、利用冷压、烧结、粘结的成型方式成型。

本发明自主研发的修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮与陶瓷碳化硅砂轮对比，其磨削效率最高提高了7.14倍，砂轮使用寿命最高提高了210倍，修磨单个金属金刚石钢轨打磨砂轮产生的磨削废料减少了99％。

本发明通过自主研发低温高强度陶瓷结合剂，增加结合剂对磨料的把持力，减少磨粒的脱落，减少陶瓷金刚石砂轮本身产生的磨削废料；利用金刚石磨料硬度远大于碳化硅磨料，使用金刚石磨料可大幅度提升砂轮的使用寿命，减少了更换砂轮和调试设备的时间，从而节约大量的人工成本和时间成本。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明的陶瓷砂轮的结构示意图；

图中附图标记包括：1、钢基体；2、磨块；3、胶黏剂。

具体实施方式

本发明提供的修磨金属金刚石钢轨打磨砂轮的陶瓷砂轮结构如图1所示，包括钢基体1，和通过胶黏剂3粘结在钢基体1上的磨块2，磨块2之间亦通过胶黏剂3进行粘结。

(1)低温高强度陶瓷结合剂配方按重量百分比如下：二氧化硅(20-40)％、三氧化二铝(5-10)％、碳酸钠(5-10)％、碳酸钾(3-6)％、硼酸(10-15)％、氧化锌(5-8)％、碳酸锂(10-20)％、碳酸钙(5-10)％、五氧化二磷(5-10)％、氧化锆(3-5)％、氧化钛(1-5)％、三氧化二铁(1-3)％。

(2)低温高强度陶瓷结合剂的制备方法

A、按比例称取二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钠、碳酸钾、硼酸、氧化锌、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二磷、氧化锆、氧化钛、三氧化二铁，投入球磨机中混合24h，将混合均匀的混合料从球磨机中取出，待用。

B、将混合均匀的混合料装入熔块炉内，以10℃/min的升温速率升到1650℃，保温2h，使配方中各组分充分反应。拔出塞子，使熔融料流入到盛有大量常温水的桶中，并不停地搅拌水，使熔融料充分分散在水溶液中。待熔融料全部流入水桶后关闭电源，使用筛网将低温陶瓷结合剂从水中过滤出来，干燥。

C、将干燥后的块状低温陶瓷结合剂装入球磨机中，球料比为1:1，经过72h的球磨粉碎后过80目筛网，即可得到低温高强度陶瓷结合剂粉末。

(3)砂轮配方如下：低温高强度陶瓷结合剂(10-30)％、25/30金刚石浓度50％-200％、320目白刚玉(5-30)％、空心球(3-15)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

(4)砂轮的制作流程如下：

A、按比例称取低温高强度陶瓷结合剂、25/30金刚石、320目白刚玉、空心球、糊精粉、自来水，并投入混料机中混合(1-2)h，将混合均匀的待成型料从混料机中取出，待用。

B、组装模具，按设计好的料重称料，将称量过的料投入模具中摊平，用20MPa的压强压制，保压10min，卸模取出磨块。重复上述动作，制作出足够的磨块数量。

C、将压制好的磨块坯体自然风干一周，然后放入干燥炉中进行干燥，温度为200℃，保温6h。

D、将干燥后的磨块坯体装入陶瓷方舟中并埋砂，放入高温烧结炉中烧结，以2℃/min的升温速率升到750℃，保温8h后自然冷却出炉。

E、用车床按图纸加工成钢基体，将烧结好的磨块与加工后的钢基体粘结在一起，组成砂轮。

(5)具体实施方法

示例1：

砂轮配方如下：低温高强度陶瓷结合剂(26-30)％、25/30金刚石浓度50％、320目白刚玉(25-30)％、空心球(13-15)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

示例2：

砂轮配方如下：低温高强度陶瓷结合剂(22-24)％、25/30金刚石浓度75％、320目白刚玉(21-24)％、空心球(10-12)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

示例3：

砂轮配方如下：低温高强度陶瓷结合剂(18-22)％、25/30金刚石浓度125％、320目白刚玉(15-18)％、空心球(10-12)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

示例4：

砂轮配方如下：低温高强度陶瓷结合剂(18-22)％、25/30金刚石浓度200％、320目白刚玉(12-15)％、空心球(5-10)％、糊精粉(5-8)％，自来水(5-10)％。

示例1至4均按上述制作流程所述的方法进行制备。

(6)磨削试验：

打磨工件材质为金属金刚石钢轨打磨砂轮，陶瓷砂轮转速2400r/min，工件转速300r/min，进刀量0.05mm，磨削结果如下表1

表1不同砂轮在上述同等条件下的磨削试验结果

在陶瓷砂轮转速2400r/min，工件转速300r/min，进刀量0.05mm，的条件下，本发明的示例1、示例2、示例3、示例4砂轮与陶瓷碳化硅砂轮对比，磨削效率最高提高了7.14倍，砂轮使用寿命最高提高了210倍，修磨单个金属金刚石钢轨打磨砂轮产生的磨削废料减少了99％。