一种超硬磨具修整工具及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超硬磨具修整工具，其由下述质量百分比的各原料制成：普通磨料30‑55%、PTFE粉10‑35%、树脂粉20‑40%、改性填料5‑34%、增强纤维材料5‑10%、偶联剂1‑6%。本发明专利技术修整工具适应范围广泛，效率高，成本低，能够适用于各种硬度结合剂的，从45#粒度到20000#粒度的金刚石和CBN砂轮的修整；修整效率低于3‑10min，修整效果都能达到1cm

【技术实现步骤摘要】
一种超硬磨具修整工具及其制备方法
本专利技术属于超硬材料
，具体涉及一种金刚石和CBN砂轮在使用过程中的超硬磨具修整工具，具体的，即此修整工具制备所需要的原料，配方及制备工艺。
技术介绍
磨料磨具被称为工业的牙齿，在精密机械加工工业广泛应用，随着工业的发展，对于超硬磨具的高精度加工要求越来越高。其中，树脂结合剂金刚石和立方CBN砂轮在高精密加工中体现出很大的优势，因为树脂结合剂金刚石和CBN本身具有相对的弹性，自锐性高，内部可以添加不同的功能填料，如抛光材料，散热材料，导电材料等，这样就具有了独特的功能应用。但是金刚石和CBN砂轮要想达到高精密高表面质量磨削，必须具有好的修整形面，磨料能够具有高度一致的出刃高度和均匀分布。这除了与其本身结合剂性能有关，还与修整工具有着极大的关系，修整工具的本身物理磨削性能直接影响着被修整砂轮的形面修整状态。目前，行业内对金刚石和CBN砂轮应用广泛的修整工具是绿碳化硅砂轮，白刚玉砂轮，软铁，紫铜，单点修整笔，金刚石滚轮等。但是这些材料适应范围较小，比如绿碳化硅，白刚玉砂轮一般修整粗磨砂轮或者半精磨砂轮，对于精磨和超精磨砂轮修整效果不佳；软铁，紫铜等材料修整孔隙率较大的树脂结合剂砂轮时容易粘屑，反而不利于被修砂轮的磨料出刃，而且软铁材料修整效率很低，特别是对于细粒度树脂结合剂无心磨砂轮的修整，修整轮损耗快，基本一个300mm直径、5mm宽度、100mm厚度的无心磨砂轮如果用上述材料修整，至少需要10个小时左右的修整时间。单点笔修整陶瓷结合剂金刚石砂轮时，磨损快，修整精度差，无法修整高浓度细粒度(600目以细)陶瓷结合剂金刚石砂轮。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术根据金刚石和CBN砂轮本身的特性，专门设计制造了一种超硬磨具修整工具(即修整轮)，其适应范围广泛，效率高，成本低，能够适用于各种硬度结合剂的，从45#粒度到20000#粒度的金刚石和CBN砂轮的修整；修整效率低于3-10min，修整效果能达到1cm2平面上磨料出刃率为98％以上。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超硬磨具修整工具，其由下述质量百分比的各原料制成：普通磨料30-55％、PTFE粉10-35％、树脂粉20-40％、改性填料5-34％、增强纤维材料5-10％、偶联剂1-6％。具体的，所述普通磨料为绿碳化硅、黑碳化硅、白刚玉、棕刚玉和碳化硼中的一种或几种，粒度为45#-2000#。本专利技术普通磨料粒度可以是最粗45#，最细粒度为2000#。根据被修砂轮的粒度选取本专利技术中普通磨料的粒度。一般的，本专利技术的粒度要粗于被修整砂轮的粒度。此普通磨料硬度低于金刚石和CBN超硬磨料的硬度，同超硬磨具进行磨削作用时，既能破坏掉超硬磨具的结合剂体系，使超硬磨料露出刃口，又不能破坏掉超硬磨料。具体的，所述PTFE粉为粒径5-85μm的粉体。此材料在热压烧结情况下，加入改性填料，能够形成具有一定强度和脆性的结晶体，把持普通磨料。具体的，所述树脂粉为酚醛树脂粉、环氧树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、有机硅树脂粉和聚酯树脂粉中的一种或几种，粒径为20—100μm。此树脂粉材料主要作为体系的结合剂，在PTFE结晶体中具有分散结晶，增加整体体系脆性和辅助粘接磨料的作用。具体的，所述改性填料为玻璃微珠、二氧化硅、二氧化钛和碳酸钙的一种或几种。其增强填料的作用有两点，一是降低PTFE的热膨胀系数，二是增加热加工反应后的强度。具体的，所述增强纤维材料为玻璃纤维丝或石棉；所述玻璃纤维长径比不高于10，直径＜15μm。具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂或有机硅过氧化物偶联剂。此类偶联可以增加有机物和无机填充物之间的粘接性。本专利技术还提供了上述超硬磨具修整工具的制备方法，经混料、热压烧结、卸模获得，其包括如下步骤：1)按比例称量普通磨料、改性填料、偶联剂放入玻璃容器中，加入氧化锆介质球，放在回转机上进行旋转(40-100分钟)，混合均匀；2)按比例称量PTFE粉和树脂粉，然后采用气流混合方式混合均匀；气流混合是本领域一种常规的物料混合方式，其目的是利用气流将粉状物料混合均匀，可以采用本领域常规的气流混合装置来实现混料均匀，也可以采用如下装置进行气流混合以实现混料均匀：物料放入直径300-800mm、高度300-1200mm、以80rpm转速不断转动的混料桶，同时混料桶顶部具有10-15个直径5-15mm的小孔，利用从桶底部不断通入流速为3-10m/s的空气流进行混料，混合时间一般为30-60分钟；3)将步骤1)和步骤2)所得产物混匀，过100-150目筛网，加入增强纤维材料，在三维混料机中混匀(混合30分钟)，然后将混合料投入模具中进行热压烧结，热压烧结结束后卸模，即得本专利技术所需的超硬磨具修整工具(纤维填充修整砂轮)。进一步的，步骤3)中热压烧结程序为：在2Mpa压力下于1min内升温至120℃，在3Mpa压力下于2min内升温至180℃，在3Mpa压力下于2min内升温至220℃，在4Mpa压力下于3min内升温至300℃，在4Mpa压力下于2min内升温至380℃，在4Mpa压力下于5min内升温至420℃，并于420℃保温5min。此步的热压烧结工序是重要的(详见表1)，因为压力和升温速率能够直接决定PTFE的结晶度以及与其他功能填料的反应速率以及小分子气体的排出量和排出速率，从而导致整个结合体系强度和硬度的变化，具体的如果压力大，模具中的高分子树脂和PTFE会流出，且排气不畅，体系内形成不均匀结构和气孔，压力小则不利于设计密度的达到。表1热压烧结工艺的程序本专利技术的核心在于：一是选取原材料配方的配比设计；二是混料以及热压烧结成型工艺。按照上述配方以生产工艺制得的修整砂轮洛氏硬度范围为HR15N(30-60)，做出的样块弹性模量在0.015-0.025×105MPa，此硬度属于中软硬度，此弹性模量属于较小的弹性模量，因此修整轮具有的性能是中软硬度，具有一定脆性的砂轮，适宜于用于硬度高的各种结合剂的CBN和金刚石超硬磨料砂轮的修整。和现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术修整工具(修整砂轮)，利用PTFE粉做主要结合剂，树脂粉作为辅助改性剂，加入改性填料、增强纤维材料，制得的修整轮较普通绿碳化硅砂轮、白刚玉砂轮强度高，脆性大，且寿命长；2)本专利技术修整工具(修整砂轮)，适用范围广，能够修整所有粒度、所有硬度的树脂结合剂金刚石和CBN砂轮，且修整效率高，对于行业内难修整的超细粒度(粒度低于1000#)砂轮，3-5分钟能够完成对其的高效修整，且修整后在高倍显微镜下检测被修整轮磨料出刃率＞95％；3)本专利技术修整工具(修整砂轮)采用的原材料成本低、所用制造设备成本低，有利于大批量生产制备；且可以根据修整轮的不同形状，制备成不同规格形状的，相匹配的修整工具，具有广泛适用性。附图说明图1为本专利技术修整砂轮的结构示意图，具体尺寸和形状可以根据现场应用做成各种尺寸和形状；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超硬磨具修整工具，其特征在于，由下述质量百分比的各原料制成：普通磨料30-55%、PTFE粉10-35%、树脂粉20-40%、改性填料5-34%、增强纤维材料5-10%、偶联剂1-6%。/n

【技术特征摘要】
1.一种超硬磨具修整工具，其特征在于，由下述质量百分比的各原料制成：普通磨料30-55%、PTFE粉10-35%、树脂粉20-40%、改性填料5-34%、增强纤维材料5-10%、偶联剂1-6%。


2.如权利要求1所述的超硬磨具修整工具，其特征在于，所述普通磨料为绿碳化硅、黑碳化硅、白刚玉、棕刚玉和碳化硼中的一种或几种，粒度为45#-2000#。


3.如权利要求1或2所述的超硬磨具修整工具，其特征在于，所述PTFE粉为粒径5-85μm的粉体。


4.如权利要求3所述的超硬磨具修整工具，其特征在于，所述树脂粉为酚醛树脂粉、环氧树脂粉、聚酰亚胺树脂粉、有机硅树脂粉和聚酯树脂粉中的一种或几种，粒径为20—100μm。


5.如权利要求4所述的超硬磨具修整工具，其特征在于，所述改性填料为玻璃微珠、二氧化硅、二氧化钛和碳酸钙的一种或几种。


6.如权利要求1所述的超硬磨具修整工具，其特征在于，所述增强纤维材料为玻璃纤维丝或石棉丝；所述玻璃纤维丝或石棉丝长径比不高于10，直径＜15μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶腾飞，张高亮，赵延军，钱灌文，熊华军，吴武山，谷春青，王海龙，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41