一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法

技术领域

本发明属于新材料制备技术领域，具体是涉及一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法。

背景技术

金刚石滚轮是新一代砂轮修整工具，具有高精度，高成型的特点。数控成形磨削技术是近年来国内外迅速发展的一种新型的加工技术，其高效精密的加工方式在机械工程上有着极其广泛的应用。本文正是基于磨削技术所具有的极大和极广的应用前景，以及目前砂轮修整技术还存在一定局限性的背景下提出的。

金刚石滚轮的工作原理是：通过安装在磨床的修整装置上，金刚石滚轮修整普通陶瓷砂轮或CBN砂轮，砂轮成型后再磨削零件，从而将金刚石滚轮的外形轮廓及精度、尺寸通过砂轮复制到被加工的零件表面。其特点是机床操作简单，对操作工人的技术要求不高，加工的产品精度一致性好，质量稳定，能显著提高生产效率和产品质量，降低制造成本，容易实现磨削加工自动化。与传统的单点金刚石笔修整相比，生产效率大幅度提高，且加工出的零件表面质量和精度更高，特别适合高精度、大批量生产中。

如今的工厂发展是朝着追求产能和品质，高精度，省人力，降低对操作工人技术门槛，去掉中间繁琐操作的方向发展，针对CBN砂轮修整这里就不能使用以前的工艺单点金刚石修整器了，因为修整的一致性差，要反复调整修整的角度，由于金刚石通常只有一颗，所以磨损快，一致性差，满足不了特殊要求的高精度，还更换频繁，费事费力，次品率高。本发明就是针对CBN砂轮修整，提供的一套解决方案。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法。

本发明的技术方案是：一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法，主要包括以下步骤：

S1：原料制备

取总质量为57±0.5g的金刚石颗粒和铜铁合金粉末，所述金刚石颗粒和铜铁合金粉末的质量比为13-17:37，将金刚石颗粒和铜铁合金粉末放入微型搅拌机中搅拌10-20min得到混合粉末，然后向混合物料中加入2-3g润滑剂，继续搅拌1-2h得到混合物料，将所述混合物料装入密封袋中，抽密封袋真空至5-8Pa下保存备用；

S2：合金片制备

将S1得到的混合物料取出密封袋并放入石墨模具中，利用台式液压机将混合物料压制成1mm的金属薄片，将所述金属薄片连同石墨模具一起放入中频烧结机中，使中频烧结机内保持氩气氛围对金属薄片进行烧结，关闭中频烧结炉，自然冷却至室温后取出石墨模具，得到金刚石合金片；

S3：滚轮制备

根据图纸加工外径比金刚石合金片内径大0.05mm的滚轮基体，将S2得到的金刚石合金片放入高频加热机中加热至200±5℃，利用热胀冷缩原理使金刚石合金片的内径变大，然后用镊子将内径变大的金刚石合金片取出并快速套入所述滚轮基体上，待金刚石合金片自然冷却至室温，得到金刚石滚轮；

S4：包装保存

将S3得到的金刚石滚轮用磨床机打磨外缘和端面，然后上动平衡机作动平衡，将动平衡后的金刚石滚轮清洗并烘干，喷涂防锈油后包装保存。

优选地，S1中，所述金刚石颗粒选用30-80粒/cm2的天然金刚石或人工金刚石，粒径合适的基金刚石既能满足打磨需求又降低了制备成本。

优选地，S1中，所述铜铁合金粉末中铜与铁的质量百分比为3:7，该比例下的铜铁合金与金刚石结合牢固。

优选地，S1中，所述润滑剂为负载有金属钴的环氧树脂，微量金属钴可以提高金刚石滚轮的耐磨性。

进一步地，S1中，所述金刚石颗粒和铜铁合金粉末的总质量通过体积公式和质量公式联合计算得到，体积公式为：V＝π(r12-r22)×h＝3.14(102-92)×0.1＝5.966cm2，质量公式为m＝ρV＝9.5×5.966＝56.677g，考虑称量和制备过程中不可避免的误差和损耗，取总质量为57±0.5g的金刚石颗粒和铜铁合金粉末。

优选地，S2中，所述台式液压机的压制压力为600±50mPa，使压制得到的金刚石合金片密度均匀。

进一步地，S2中，所述对金属薄片进行烧结的具体工艺为：将中频烧结机以5℃/s的升温速率在1min内匀速升温至300±10℃，保温5-7min，保温过程中持续向中频烧结机中吹拂氩气，然后密封中频烧结炉，以10℃/s的升温速率将中频烧结炉温度在1min内升高至900±5℃，保温10-20min，低温过程可以使金属薄片中的空气和润滑剂排出，高温过程通过高温高压得到金刚石合金片。

进一步地，S2中，所述得到的金刚石合金片外径为100mm、内径为90mm、厚度为1mm。

优选地，S3中，所述滚轮基体采用无碳钢作为原料，且滚轮基体的厚度为10mm，无碳钢结构稳定且耐热耐磨。

进一步地，S4中，所述喷涂防锈油是在金刚石滚轮表面及包装内表面均匀喷涂防锈油，包装内表面喷涂防锈油可以避免包装将金刚石滚轮上喷涂的防锈油吸收，造成金刚石滚轮的生锈。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法，解决了修整CBN砂轮的金刚石滚轮达不到粗糙度和精度要求的问题，通过将金刚石与铜铁合金混合后压制成金属薄片，然后利用中频烧结技术直接烧结，省去了以往产品用高温烧结炉真空烧结带来的高成本，高复杂性，并且在通过润滑剂中负载的少量金属钴，提高了金刚石滚轮的耐磨性，然后利用热胀冷缩的原理将金刚石合金片套接在滚轮基体上，本发明可以大幅缩短CBN砂轮修整时间，减少金刚石滚轮的磨损，修整的重复精度高，在修整过程中能大量降低次品率，降低磨削成本，性价比高。总之，本发明具有方法新颖、操作方便、成本低且产品寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明制备得到金刚石滚轮的圆截面结构示意图；

图2是本发明制备得到金刚石滚轮的矩形截面结构示意图。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-2和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。

实施例1：一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法，主要包括以下步骤：

S1：原料制备

取总质量为56.5g的金刚石颗粒和铜铁合金粉末，金刚石颗粒和铜铁合金粉末的质量比为13:37，金刚石颗粒选用30粒/cm

金刚石颗粒和铜铁合金粉末的总质量通过体积公式和质量公式联合计算得到，体积公式为：V＝π(r1

S2：合金片制备

将S1得到的混合物料取出密封袋并放入石墨模具中，利用台式液压机将混合物料压制成1mm的金属薄片，台式液压机的压制压力为550mPa，将金属薄片连同石墨模具一起放入中频烧结机中，使中频烧结机内保持氩气氛围对金属薄片进行烧结，关闭中频烧结炉，自然冷却至室温后取出石墨模具，得到金刚石合金片，得到的金刚石合金片外径为100mm、内径为90mm、厚度为1mm，如图1-2所示，

对金属薄片进行烧结的具体工艺为：将中频烧结机以5℃/s的升温速率在1min内匀速升温至300℃，保温5min，保温过程中持续向中频烧结机中吹拂氩气，然后密封中频烧结炉，以10℃/s的升温速率将中频烧结炉温度在1min内升高至900℃，保温10min；

S3：滚轮制备

根据图纸加工外径比金刚石合金片内径大0.05mm的滚轮基体，滚轮基体采用无碳钢作为原料，且滚轮基体的厚度为10mm，将S2得到的金刚石合金片放入高频加热机中加热至195℃，利用热胀冷缩原理使金刚石合金片的内径变大，然后用镊子将内径变大的金刚石合金片取出并快速套入滚轮基体上，待金刚石合金片自然冷却至室温，得到金刚石滚轮；

S4：包装保存

将S3得到的金刚石滚轮用磨床机打磨外缘和端面，然后上动平衡机作动平衡，将动平衡后的金刚石滚轮清洗并烘干，喷涂防锈油后包装保存，喷涂防锈油是在金刚石滚轮表面及包装内表面均匀喷涂防锈油。

实施例2：一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法，主要包括以下步骤：

S1：原料制备

取总质量为57g的金刚石颗粒和铜铁合金粉末，金刚石颗粒和铜铁合金粉末的质量比为15:37，金刚石颗粒选用55粒/cm

金刚石颗粒和铜铁合金粉末的总质量通过体积公式和质量公式联合计算得到，体积公式为：V＝π(r1

S2：合金片制备

将S1得到的混合物料取出密封袋并放入石墨模具中，利用台式液压机将混合物料压制成1mm的金属薄片，台式液压机的压制压力为600mPa，将金属薄片连同石墨模具一起放入中频烧结机中，使中频烧结机内保持氩气氛围对金属薄片进行烧结，关闭中频烧结炉，自然冷却至室温后取出石墨模具，得到金刚石合金片，得到的金刚石合金片外径为100mm、内径为90mm、厚度为1mm，

对金属薄片进行烧结的具体工艺为：将中频烧结机以5℃/s的升温速率在1min内匀速升温至300℃，保温6min，保温过程中持续向中频烧结机中吹拂氩气，然后密封中频烧结炉，以10℃/s的升温速率将中频烧结炉温度在1min内升高至900℃，保温15min；

S3：滚轮制备

根据图纸加工外径比金刚石合金片内径大0.05mm的滚轮基体，滚轮基体采用无碳钢作为原料，且滚轮基体的厚度为10mm，将S2得到的金刚石合金片放入高频加热机中加热至200℃，利用热胀冷缩原理使金刚石合金片的内径变大，然后用镊子将内径变大的金刚石合金片取出并快速套入滚轮基体上，待金刚石合金片自然冷却至室温，得到金刚石滚轮；

S4：包装保存

将S3得到的金刚石滚轮用磨床机打磨外缘和端面，然后上动平衡机作动平衡，将动平衡后的金刚石滚轮清洗并烘干，喷涂防锈油后包装保存，喷涂防锈油是在金刚石滚轮表面及包装内表面均匀喷涂防锈油。

实施例3：一种高效率修整CBN砂轮的金刚石滚轮制备方法，主要包括以下步骤：

S1：原料制备

取总质量为57.5g的金刚石颗粒和铜铁合金粉末，金刚石颗粒和铜铁合金粉末的质量比为17:37，金刚石颗粒选用80粒/cm

金刚石颗粒和铜铁合金粉末的总质量通过体积公式和质量公式联合计算得到，体积公式为：V＝π(r1

S2：合金片制备

将S1得到的混合物料取出密封袋并放入石墨模具中，利用台式液压机将混合物料压制成1mm的金属薄片，台式液压机的压制压力为650mPa，将金属薄片连同石墨模具一起放入中频烧结机中，使中频烧结机内保持氩气氛围对金属薄片进行烧结，关闭中频烧结炉，自然冷却至室温后取出石墨模具，得到金刚石合金片，得到的金刚石合金片外径为100mm、内径为90mm、厚度为1mm，

对金属薄片进行烧结的具体工艺为：将中频烧结机以5℃/s的升温速率在1min内匀速升温至300℃，保温7min，保温过程中持续向中频烧结机中吹拂氩气，然后密封中频烧结炉，以10℃/s的升温速率将中频烧结炉温度在1min内升高至900℃，保温20min；

S3：滚轮制备

根据图纸加工外径比金刚石合金片内径大0.05mm的滚轮基体，滚轮基体采用无碳钢作为原料，且滚轮基体的厚度为10mm，将S2得到的金刚石合金片放入高频加热机中加热至205℃，利用热胀冷缩原理使金刚石合金片的内径变大，然后用镊子将内径变大的金刚石合金片取出并快速套入滚轮基体上，待金刚石合金片自然冷却至室温，得到金刚石滚轮；

S4：包装保存

将S3得到的金刚石滚轮用磨床机打磨外缘和端面，然后上动平衡机作动平衡，将动平衡后的金刚石滚轮清洗并烘干，喷涂防锈油后包装保存，喷涂防锈油是在金刚石滚轮表面及包装内表面均匀喷涂防锈油。

实施例4：与实施例1基本相同，不同之处在于：润滑剂为的环氧树脂。

实施例5：与实施例1基本相同，不同之处在于：

S2：合金片制备

对金属薄片进行烧结的具体工艺为：将中频烧结机以15℃/s的升温速率在1min内匀速升温至900℃，保温20min。

实验例1：研究金属钴对金刚石滚轮耐磨性的影响

分别利用实施例1、实施例4提供的制备方法制备得到金刚石滚轮，分别利用实施例1、实施例4制备得到的金刚石滚轮对参数完全相同的CBN砂轮进行修整，分别记录其最大修正次数，结果如表1所示：

表1实施例1、实施例4制备得到的金刚石滚轮最大修整次数

结论：金属钴将可以与铜铁合金中的晶粒结合在一起，使铜铁合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，使金刚石滚轮的寿命大大提高。

实验例2：研究不同烧结工艺对金刚石滚轮性能的影响

分别利用实施例1、实施例5的烧结工艺对相同的金属薄片进行烧结，并利用烧结得到的金刚石合金片制备得到金刚石滚轮，分别检测金刚石滚轮的性能参数，结果如表2所示：

表2不同烧结工艺得到金刚石滚轮性能对标表

结论：梯度烧结方法可以先将金属薄片中的空气和润滑剂缓慢排出，而直接高温烧结会使金属薄内部的空气和润滑剂来不及排出，对产品的密度、精度和耐磨性能产生较大影响。