一种金刚石砂轮及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械加工中的超硬材料及制品领域，具体设及一种应用于碳化娃陶瓷 材料密封环倒角磨削用金刚石砂轮及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳化娃(SiC)陶瓷是一种具有优良的机械性能、热学性能和化学性能的新型陶瓷 材料。由于其具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高溫等性能，被大量应用于石油化工、冶金机 械、航空航天、汽车、钢铁等领域，尤其在热机工程及机械密封行业中显示了其良好的应用 性能和开发潜力。烧结碳化娃(SiC)陶瓷材料密封环具有高强度、高初性、低蠕变性的特点， 另外还具有良好的耐腐蚀、耐磨损、抗氧化性W及低的热膨胀系数。目前，工业生产所用的 机械密封材料中有近一半采用碳化娃(SiC)陶瓷材料。
[0003] 碳化娃(SiC)密封环能够在极高的溫度下保持良好的尺寸，且具有自润滑性和摩 擦系数小(仅为硬质合金材料的一半）的特点，其材料烧结硬度在70-10(KHRA)之间，体积密 度为3.0-3. Ig/cm3，抗弯强度为2500kg/cm3-3200kg/cm3，弹性模量为3.2 X IO6，碳化娃密封 环端面平面度要求低于0.Olmm,倒角处光洁度要求Ra<0.1WI1。目前针对该材料的加工主要 包括:外圆加工、平面加工、内圆加工W及倒角加工，上述加工全部为磨削加工。碳化娃密封 环的特性对磨具的磨削效率和加工精度提出了很高的要求。
[0004] CN103923607A公开了一种金刚石树脂磨具及制备方法，该磨具由W下质量百分比 的组分组成：固体酪醒树脂粉25~45%，铜粉或铁粉30~50%，氧化锋、=氧化二铭或=氧 化二铁5~10%，石墨3~5%，冰晶石3~5%，金刚石5~15%。该磨具主要解决了如何减少 磨具内部缺陷，保证磨具组织均匀性的问题，并没有进一步研究其磨削效率和加工精度。在 对碳化娃陶瓷材料密封环进行倒角加工时，金刚石、结合剂及功能填料的选取或搭配不当， 往往会造成磨削效率下降，加工精度难W满足要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种金刚石砂轮，从而解决现有技术中，对碳化娃陶瓷材料 密封环进行倒角加工时，磨削效率和加工精度难W兼顾的问题。
[0006] 本发明的第二个目的是提供一种上述金刚石砂轮的制备方法。
[0007] 为了实现W上目的，本发明所采取的技术方案是：
[000引一种金刚石砂轮，包括砂轮基体和附着在砂轮基体上的磨料层，所述磨料层由W 下体积百分比的组分组成:金刚石磨料20~30%，酪醒树脂40~50%，幾基铁5~15%，冰晶 石5~15%，石墨10~20 %。
[0009]本发明所提供的金刚石砂轮，通过合理选取金刚石、结合剂和功能填料，各组分科 学配比，使该砂轮块磨削锋利，在用于磨削碳化娃陶瓷材料时，具有较高的磨削效率。W酪 醒树脂为结合剂，对金刚石磨料和幾基铁粉、冰晶石、石墨粉组成的功能填料具有良好的润 湿和粘结能力;石墨粉具有润滑和抛光作用，使各组分易于混料均匀，其抛光作用能够提高 密封环倒角的表面光洁度;幾基铁粉能够对砂轮结构进行增强，且导热效果好，增加了结合 剂本身的强度和硬度，使砂轮强度高，耐磨性好，寿命长;冰晶石具有散热作用，冰晶石和石 墨的添加，能够增加热传导速率，且增加了砂轮层内部结构中的孔隙率，使砂轮内部组织结 构具有一定的疏松空间，增加容屑和排屑空间，使砂轮在磨削加工时，能够很好的排屑，不 易烧伤工件，磨削锋利。上述各组分协同作用，使该砂轮块具有较高的磨削效率，加工出的 角度无划痕，无崩边，表面光洁度好，能够使碳化娃密封环达到很好的密封效果。
[0010]所述金刚石磨料为锻儀金刚石或多晶金刚石。应用于粗磨加工时，金刚石磨料优 选为锻儀金刚石磨料，该种磨料能够增加结合剂对于金刚石的把持力，增加金刚石寿命，且 磨削锋利。应用于精磨加工时，金刚石磨料优选为多晶金刚石，其自锐性好，磨削锋利，在对 粗磨后的工件进行精磨加工时，容易得到倒角表面光洁度高，无崩口的碳化娃密封环。多晶 金刚石磨料为现有技术，可选择河南飞孟金刚石工业有限公司生产的PDG3型多晶金刚石。 [00 11]优选的，所述砂轮基体为铸侣基体。进一步优选的，铸侣的抗拉强度M50Mpa。W 铸侣为基体的金刚石砂轮，具有一定的强度和硬度，能够保证砂轮的安装精度，并能够配合 磨床的刚性，便于对碳化娃密封环进行高效加工。
[0012] 上述金刚石砂轮，通过对磨料层和砂轮基体结构的合理设计，能够安装在普通磨 床上对碳化娃密封环的倒角直接进行磨削成型加工，具有加工效率高，不同调节磨床角度， 且加工的倒角一致性好的特点。
[0013] 上述金刚石砂轮，所述砂轮基体包括磨削部，所述磨削部为圆锥体形凸起或倒圆 锥体形凹槽，所述磨料层附着在磨削部表面。磨料层附着在圆锥体形凸起的外表面或倒圆 锥体形凹槽的内表面上形成磨削部。
[0014] 采用磨削部为圆锥体形凸起结构的砂轮，通过磨料层可W对碳化娃密封环的内倒 角方便加工，避免了传统内倒角的加工需要不断的对内圆磨砂轮进行角度修整，导致内圆 磨砂轮消耗一致性不好，大大降低密封环的加工效率和加工精度的问题。
[0015] 采用磨削部为倒圆锥体形凹槽结构的砂轮，通过磨料层可W对碳化娃密封环的外 倒角方便加工，避免了现有技术在加工碳化娃密封环的外倒角时，需要调整角度，砂轮形状 保持性不好的问题。
[0016] 采用上述结构的金刚石砂轮，可方便对碳化娃密封环的内外倒角进行加工，加工 过程无需繁杂的砂轮角度修整过程，大大提高加工效率，同时砂轮形状保持性好，使用寿命 长，加工的倒角精度高，加工的R角含0.05mm，加工工件无崩边，无划痕，表面光洁度达到 RaO. 1，能够使密封环达到很好的密封效果。
[0017] 上述结构中，磨料层厚度为3~10mm。磨削部的高度为50~200mm，磨削部的外径为 50~250mm。磨削部的高度为圆锥体形凸起的高度或倒圆锥体形凹槽的深度。
[0018] 上述的金刚石砂轮的制备方法，包括:将金刚石磨料、酪醒树脂粉、幾基铁粉、冰晶 石粉、石墨粉混合均匀，与砂轮基体组合后热压成型，固化，即得。
[0019] 金刚石磨料的粒度为120#~400#;酪醒树脂粉的粒径为30~60皿;幾基铁粉的粒 度为300#~400#;冰晶石粉的粒度为150#~400#;石墨粉的粒度为600#。
[0020] 本发明提供的金刚石砂轮，金刚石磨料选择锻儀金刚石磨料，粒度选择120#~ 200#，可用于制作粗磨用金刚石砂轮；金刚石磨料选择多晶金刚石磨料，粒度选择200#~ 400#，可用于制作精磨磨用金刚石砂轮。
[0021] 热压成型的溫度为140~150°C，压力为2~lOMpa，时间为40~60min。所述固化是 在80~100 °C下保溫4~化，后在140~160 °C下保溫4~化，再在170~190 °C下保溫4~化。优 选的，所述固化是在100 °C下保溫化，后在150°C下保溫4h，后在180°C下保溫化。
[0022] 本发明提供的金刚石砂轮的制备方法，通过热压工艺即可方便的制备金刚石砂轮 块;通过金刚石类型和粒度的选择，可W根据需要制备出不同规格的粗磨砂轮和精磨砂轮； 磨料层和基体一体成型，可通过与砂轮形状相配合的模具制作上述具有圆锥体磨削面的倒 角砂轮，实现对碳化娃密封环倒角高效精确的加工;该方法制备工艺简单，磨料层与基体的 结合力好，适于大规模的推广应用。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明应用于碳化娃密封环内倒角加工的砂轮示意图；
[0024] 图2为本发明应用于碳化娃密封环外倒角加工的砂轮示意图；
[0025] 图3为应用于万能外圆磨床上的平行结构砂轮。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。W下实施例中，CN56型锻儀金 刚石磨料、PDG3型多晶金刚石磨料，均购自河南飞孟金刚石工业有限公司。
[0027] 实施例1
[0028] 本实施例的金刚石砂轮，如图1所示，包括砂轮基体2和附着在砂轮基体2上的磨料 层1;所述砂轮基体为抗拉强度含ISOMpa的铸侣基体;所述砂轮基体2包括磨削部和与磨削 部一体成型的安装部，所述磨削部具有圆锥体形凸起，磨料层1设置于外圆锥面上。
[0029] 本实施例的金刚石砂轮为粗磨砂轮，金刚石磨料选择120#的CN56型锻儀金刚石磨 料，由W下体积百分比的组分组成：金刚石磨料20%，酪醒树脂45%，幾基铁10%，冰晶石 10%，石墨 15%。
[0030] 本实施例的金刚石砂轮的制备方法，包括W下步骤：
[0031] 1)将金刚石磨料、酪醒树脂粉、幾基铁粉、冰晶石粉、石墨粉在半自动混料机内混 合化，过筛网=次，得到均一的混合料;所述酪醒树脂粉的粒径为30WH;幾基铁粉的粒度为 300#;冰晶石粉的粒度为150#;石墨粉的粒度为600#;
[0032] 2)将步骤1)所得混合料与砂轮基体配合模具组合后，在140°C、IOMPa下热压 40min，然后置于硬化烘箱中于固化，固化分为S