[發(fā)明專利]碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610054962.4
• 申請(qǐng)日: 2016-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106994652A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉小磐;陳瑞和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇華東砂輪有限公司
• 主分類號(hào): B24D3/14
• 分類號(hào): B24D3/14;B24D18/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，進(jìn)一步是指用于碳纖維增強(qiáng)的高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備技術(shù)，用該方法制備出的高孔隙率CBN砂輪強(qiáng)度更高，采用該砂輪在普通磨床上對(duì)黑色金屬工件進(jìn)行精磨拋光，可以獲得高光潔度的加工面。

背景技術(shù)

陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼(CBN)砂輪具有磨削效率高，磨削力小，尺寸保持性好，磨削精度高，易于修整等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于黑色金屬的成型磨削和精密磨削。隨著我國(guó)精密機(jī)械制造業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)金屬零部件表面質(zhì)量和磨削效率的要求越來(lái)越高，通過高孔隙率來(lái)提高砂輪的鋒利度和自銳性、減少磨削發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)高效低應(yīng)力磨削。這就需要陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪具有40％以上的氣孔率，和優(yōu)良的抗燒傷性能，目前，高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的制備方法都是將陶瓷結(jié)合劑、CBN磨料、造孔劑干法混合均勻后，無(wú)壓燒結(jié)。由于該類精密磨砂輪磨料粒度較小，表面積大，燒結(jié)后的砂輪高氣孔率，燒結(jié)前砂輪素坯強(qiáng)度很低，燒結(jié)過程中，砂輪坯體中的成型劑、造孔劑有機(jī)物隨著燒成溫度逐漸升高會(huì)碳化，產(chǎn)生大量的氣體，集聚一定的應(yīng)力，造成砂輪開裂，成品率很低。另一方面，顯微結(jié)構(gòu)疏松，抗沖擊強(qiáng)度低，在使用過程中易于開裂，影響了CBN砂輪的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪制備方法，所制得的CBN砂輪孔隙率可高達(dá) 40％以上，減少砂輪燒結(jié)中的開裂，燒結(jié)后砂輪的強(qiáng)度可提高20％以上，同時(shí)，在砂輪磨削過程中碳纖維可以起到自潤(rùn)滑、抗燒傷工件的效果，磨削出的工件表面粗糙度值更低。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪制備方法包括：

(1)制備陶瓷漿料：

a.干粉料的重量百分比組成：

將上述各組分在球磨條件下混合均勻，球石為塑料，球磨壇直徑500mm，轉(zhuǎn)速為50-80轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間1-2小時(shí)，獲得干粉料；

b.制備陶瓷CBN砂輪成型料漿：按重量百分比取68％-72％的干粉料與28％32％的工業(yè)級(jí)石蠟。將石蠟在水浴鍋中加熱到80℃，再倒入稱好的干粉料，采用立式攪拌機(jī)，在80℃下，2000-3000轉(zhuǎn)/分速度攪拌0.5-1小時(shí)均勻混合，即得；

(2)制備碳纖維增強(qiáng)CBN砂輪：將根據(jù)砂輪規(guī)格制備好的鐵質(zhì)澆注模具，表面清潔干凈，在真空電烘箱中，在空氣氣氛下加熱至80℃，然后將步驟1制備的80℃下混合均勻的成型料漿倒入鐵質(zhì)注模，關(guān)上真空電烘箱門，在80℃恒溫下抽真空至10Pa，保壓10-15分鐘，關(guān)閉真空泵，將鐵質(zhì)注模從烘箱中取出冷卻到室溫，再?gòu)哪＞咧腥〕鯟BN砂輪成型坯體。

將CBN砂輪成型坯體放入井式爐中，用粒度為240#的白剛玉完全掩埋，在N₂保護(hù)下燒結(jié)，室溫～200℃的升溫速率為1℃/分鐘，在200℃保溫4-6小時(shí)；再以1℃/分鐘升溫速率升溫至400℃，保溫4-6小時(shí)；再以5℃/分鐘升溫速率升溫至700℃，在700℃保溫1-2小時(shí)；然后隨爐冷卻，得燒結(jié)后的砂輪坯體；將燒結(jié)后的砂輪坯體在工具磨床上進(jìn)行外圓、內(nèi)圓和平面加工，獲得碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪。

本發(fā)明采用短切碳纖維作為增強(qiáng)材料增強(qiáng)陶瓷結(jié)合劑與CBN磨料獲得干粉料，再與石蠟混合，澆鑄法成型，采用保護(hù)氣氛燒結(jié)制備碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，先將碳纖維、陶瓷結(jié)合劑、CBN磨料在加熱的條件下在液態(tài)石蠟中均勻混合獲得成型漿料，再將成型漿料澆注于鋼模中，在真空排除漿料中氣泡后，冷卻模具使液態(tài)石蠟固化，獲得CBN砂輪坯體。將砂輪坯體采用埋砂的方式進(jìn)行燒結(jié)，在400℃以下燒結(jié)溫度區(qū)間時(shí)，石蠟變?yōu)橐后w，在毛細(xì)管力的作用下被埋砂(240#白剛玉)中的孔隙吸收，在400℃以上燒結(jié)溫度區(qū)間時(shí)石蠟逐漸裂解碳化，完全從CBN砂輪中排出。砂輪在700℃燒結(jié)后，陶瓷結(jié)合劑軟化，包裹CBN磨料和碳纖維，碳纖維以短切纖維狀均勻分布于砂輪組織中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)陶瓷，制備碳纖維增強(qiáng)高孔隙率陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪(參見圖1)。相對(duì)于傳統(tǒng)砂輪強(qiáng)度提高20％以上，安全性更好，氣孔率高于40％，澆鑄法成型，組織密度均勻一致。砂輪在進(jìn)行磨削時(shí)，增強(qiáng)材料碳纖維為石墨質(zhì)材料，具有自潤(rùn)滑效果，能降低砂輪的磨削力，抗燒傷，大幅度提高了被加工工件的表面光潔度，降低表面粗糙度(參見圖2)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法制得的砂輪顯微照片；

圖2是用本發(fā)明制得的CBN砂輪加工工件的表面形貌。

具體實(shí)施方式：