一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂cbn砂轮的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，按重量百分比将16-20%硼酸、9%碳酸钠、5%碳酸钾、8%氧化铝、4%二氧化钛、54-58%二氧化硅进行预处理；熔炼结合剂；破碎结合剂；球磨结合剂；按重量百分比将15-23%结合剂粉末、72-80%CBN磨料、3%黄糊精粉和2%去离子水倒入磨坛中球磨制备砂轮成型料；砂轮加压干燥成型；烧结砂轮；配制缓冲溶液；利用缓冲溶液调控砂轮硬度制得可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮。本发明使所制备陶瓷CBN砂轮的硬度精确可控，获得不同硬度的适用于磨削不同材质的陶瓷CBN砂轮，提高陶瓷CBN砂轮的磨削性能。
【专利说明】一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及砂轮制备【技术领域】，尤其涉及一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮因具有弹性模量大，形状保持性好，磨削精度高，自锐性能好，磨削力小，磨削过程中发热量少，可减少或避免被加工零件表面烧伤和微裂纹情况，延长被加工零件的使用寿命和增加可靠性，被公认为是黑色金属精密磨削的最佳工具。目前陶瓷结合剂CBN砂轮的制备工艺与传统的陶瓷制备工艺相同:将陶瓷结合剂与CBN按配方混合均匀，干压成型，素坯干燥后以一定的烧结制度烧结，最后粘接基体、修整开刃。烧结后的CBN砂轮其硬度反映了结合剂对磨料CBN的把持力，硬度越高，结合剂对CBN的把持力越强，磨削过程CBN磨料越难以脱落，砂轮的锋利度和自锐性越低。因此陶瓷结合剂CBN砂轮的设计思路是根据被磨削工件材质的硬度来设计砂轮硬度:被磨削材质越硬，磨削过程中CBN磨料越易钝化，设计的砂轮就应该越软，通过加快CBN磨料的脱落来提高砂轮的锋利度。CBN砂轮的硬度可以通过调整结合剂加入量、成型密度和烧结制度等工艺参数来改变。根据现行的陶瓷CBN砂轮的制备工艺，一旦砂轮烧结完成后，砂轮的硬度为恒定值，不能改变。但是在工业生产陶瓷CBN砂轮时，即使是同一批砂轮，每个砂轮在窑炉中放置的位置不同，都会造成实际烧结温度的不同，从而使砂轮的硬度产生波动，影响砂轮的使用性能。另一方面，不同的被磨削材质就需要制备不同配方的陶瓷CBN砂轮来进行磨削，这极大的限制了 CBN砂轮的应用范围。
[0003]如果能够制备出一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮，烧结后的CBN砂轮，通过工艺控制，精确调控CBN砂轮硬度的衰减，使每片砂轮硬度都达到目标值区间。该工艺一方面可以提高陶瓷CBN砂轮的磨削稳定性，提高CBN砂轮的磨削性能，另一方面，同一片CBN砂轮，通过调整工艺参数，可获得不同硬度的砂轮，磨削不同硬度的材料，拓宽了 CBN砂轮的使用范围，简化了使用工艺。
【发明内容】
[0004]基本【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，使所制备陶瓷CBN砂轮的硬度精确可控，获得不同硬度的适用于磨削不同材质的陶瓷CBN砂轮，提高陶瓷CBN砂轮的磨削性能。
[0005]本发明提出的一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
S1、结合剂原料预处理:按重量百分比将16-20%硼酸、9%碳酸钠、5%碳酸钾、8%氧化铝、4% 二氧化钛、54-58% 二氧化硅倒入第一球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨30min得到预处理后的结合剂原料，其中第一球磨坛自转速度为30r/min,第一球磨坛直径为400mm,直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径小于50mm的刚玉球磨球占70% ；
52、熔炼结合剂:将坩埚炉以3-5°C/min的升温速度升温到1350°C，倒入结合剂预处理原料，待炉温再次升到1350°C后，保温0.5小时得到熔化结合剂，将熔化结合剂进行水淬得到陶瓷结合剂碎块，其中结合剂预处理原料的体积和坩埚内容积的比为4:5 ；
53、破碎结合剂:将陶瓷结合剂碎块置于第二球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球，再加入水后球磨24小时，取出倒入盛料盘中得到结合剂浆料，其中水与陶瓷结合剂碎块的重量比为1:1，第二球磨坛自转速度为30r/min，第二球磨坛直径400mm，直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径在20_50mm的刚玉球磨球占40%,直径小于20mm的刚玉球磨球占30% ；
54、球磨结合剂:将结合剂浆料干燥后得到结合剂料块，干燥温度 为120°C，再将结合剂料块置于第三球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨4小时取出并过180#筛网得到结合剂粉末，将结合剂粉末置于密封的容器中，其中第三球磨坛自转速度为30r/min，第三球磨坛直径为400mm，直径为50mm的刚玉球磨球占30%，直径小于50mm的刚玉球磨球占70% ；
55、制备砂轮成型料:按重量百分比将15-23%结合剂粉末、72-80%CBN磨料、3%黄糊精粉和2%去离子水倒入第四球磨坛中，按球料质量比0.8:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨I小时取出并过40#筛网后密封保存得到砂轮成型料，其中第四球磨坛自转速度为30r/min，第四球磨坛直径400mm，直径为40mm的刚玉球磨球占30%，直径小于40mm的刚玉球磨球占70% ；
56、砂轮成型:将砂轮成型料过60#筛网后投入到模具中，加压成型，保压Imin后得到砂轮素还A,将砂轮素还A水平放置于SiC棚板上,室温下放置24小时后,再干燥12小时得到砂轮素坯B，其中干燥温度为70°C ；
57、烧结砂轮:将SiC棚板和放置SiC棚板上的砂轮素坯B放入井式炉中，以3-5°C/min的升温速率升温至500-550 °C，保温1_2小时，再以2_4°C /min的升温速率升温至800-850°C，保温1.5-2小时，停止加热使井式炉自然冷却，当炉温低于150°C时打开炉门继续冷却，当炉温低于70°C时取出得到砂轮烧结体；
58、配制缓冲溶液:将碳酸钠加入到去离子水中配制成第一溶液，将硼砂加入到去离子水中配制成第二溶液，将第一溶液和第二溶液按体积比973:27混合均匀得到缓冲溶液，第一溶液中碳酸钠与去离子水的质量比为52:9948，第二溶液中硼砂和去离子水的质量比为19:981 ；
59、调控砂轮硬度:将烧结后的砂轮烧结体在工具磨床上进行预加工后，在洛氏硬度仪上测量砂轮的原始HRB硬度，CBN砂轮原始硬度为XI，砂轮目标硬度为X2，砂轮的浸泡时间
为t小时，根据公式〖=100(j^&)得到砂轮所需浸泡的时间，将缓冲溶液倒入容器中，缓
冲溶液水浴加热至50°C后维持温度，将砂轮浸没在缓冲溶液中t小时后，捞出CBN砂轮用去离子水冲洗至中性，烘干后得到可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮，其中烧结后的砂轮坯体与缓冲溶液的体积比为1:20。
[0006]优选的，S6中，陶瓷结合剂CBN砂轮的成型密度为(2.15±0.05) g/cm3。[0007]本发明采用熔炼-破碎法制备出在碱性环境下会产生恒速水解反应的R2O-B2O3-SiO2-TiO2系CBN陶瓷结合剂，将该结合剂与CBN磨料按设计配方混合后干压成型和无压烧结后，制备出陶瓷结合剂CBN砂轮；将制备出的CBN砂轮浸溃于一定温度下的pH值为11的缓冲溶液中，结合剂中的R+会和溶液中的H+产生离子交换，结合剂以恒定速率水解，降低结合剂对CBN磨料的把持力，当砂轮原始硬度高于HRB80时，砂轮硬度的衰减值与浸溃时间成严格的正比例关系，当砂轮硬度达到目标硬度后，将砂轮取出用水冲洗至中性烘干，获得陶瓷CBN砂轮。本发明解决烧结后的陶瓷CBN砂轮硬度难于精确调整的问题，使相同配方的陶瓷CBN砂轮烧结体，通过后期碱性缓冲溶液的浸泡处理，可以获得不同硬度的适用于磨削不同材质的CBN砂轮，提高了陶瓷CBN砂轮的磨削性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明提出的一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的陶瓷结合剂在缓冲溶液中浸泡后表面产生的水解腐蚀坑形貌。
[0009]图2为本发明提出的一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法所制得的砂轮在缓冲溶液中浸泡后显微结构。
【具体实施方式】
[0010]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0011]实施例1
本发明提出的一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，包括如下步骤:
51、结合剂原料预处理:按重量百分比将16%硼酸、9%碳酸钠、5%碳酸钾、8%氧化铝、4%二氧化钛、58% 二氧化硅倒入第一球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨30min得到结合剂预处理原料,其中第一球磨坛自转速度为30r/min,第一球磨坛直径为400mm,直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径小于50mm的刚玉球磨球占70% ；
52、熔炼结合剂:将坩埚炉以:TC/min的升温速度升温到1350°C，倒入结合剂预处理原料，待炉温再次升到1350°C后，保温0.5小时得到熔化结合剂，将熔化结合剂进行水淬得到陶瓷结合剂碎块，其中结合剂预处理原料的体积和坩埚内容积的比为4:5 ；
53、破碎结合剂:将陶瓷结合剂碎块置于第二球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球，再加入水后球磨24小时，取出倒入盛料盘中得到结合剂浆料，其中水与陶瓷结合剂碎块的重量比为1:1，第二球磨坛自转速度为30r/min，第二球磨坛直径400mm，直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径在20_50mm的刚玉球磨球占40%,直径小于20mm的刚玉球磨球占30% ；
54、球磨结合剂:将结合剂浆料干燥后得到结合剂料块，干燥温度为120°C，再将结合剂料块置于第三球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨4小时取出并过180#筛网得到结合剂粉末，将结合剂粉末置于密封的容器中，其中第三球磨坛自转速度为30r/min，第三球磨坛直径为400mm，直径为50mm的刚玉球磨球占30%，直径小于50mm的刚玉球磨球占70% ；
55、制备砂轮成型料:按重量百分比将23%结合剂粉末、72%磨料粒度为120/140#的CBN磨料、3%黄糊精粉和2%去离子水倒入第四球磨坛中，按球料质量比0.8:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨I小时取出并过40#筛网后密封保存得到砂轮成型料，其中第四球磨坛自转速度为30r/min，第四球磨坛直径400mm，直径为40mm的刚玉球磨球占30%，直径小于40mm的刚玉球磨球占70% ；
56、砂轮成型:将砂轮成型料过60#筛网后投入到模具中，加压成型，保压Imin后得到砂轮素?A,将砂轮素还A水平放置于SiC棚板上,室温下放置24小时后,再干燥12小时得到砂轮素坯B，其中干燥温度为70°C，陶瓷结合剂CBN砂轮的成型密度为2.1 g/cm3 ；
57、烧结砂轮:将SiC棚板和放置SiC棚板上的砂轮素坯B放入井式炉中，以5°C/min的升温速率升温至500°C，保温2小时，再以2°C /min的升温速率升温至850°C，保温1.5小时，停止加热使井式炉自然冷却，当炉温低于150°C时打开炉门继续冷却，当炉温低于70°C时取出得到砂轮坯体；
58、配制缓冲溶液:将碳酸钠加入到去离子水中配制成第一溶液，将硼砂加入到去离子水中配制成第二溶液，将第一溶液和第二溶液按体积比973:27混合均匀得到缓冲溶液，第一溶液中碳酸钠与去离子水的质量比为52:9948，第二溶液中硼砂和去离子水的质量比为19:981 ；
59、调控砂轮硬度:将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行预加工后，在洛氏硬度仪上测量砂轮的原始HRB硬度，CBN砂轮原始硬度Xl为80，砂轮目标硬度X2为75，砂轮的浸泡
时间为t小时，根据公式
【权利要求】
1.一种可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: .51、结合剂原料预处理:按重量百分比将16-20%硼酸、9%碳酸钠、5%碳酸钾、8%氧化铝、4% 二氧化钛、54-58% 二氧化硅倒入第一球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨30min得到预处理后的结合剂原料，其中第一球磨坛自转速度为30r/min,第一球磨坛直径为400mm,直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径小于50mm的刚玉球磨球占70% ；.. 52、熔炼结合剂:将坩埚炉以3-5°C/min的升温速度升温到.1350°C，倒入预处理后的结合剂原料，待炉温再次升到1350°C后，保温0.5小时得到熔化结合剂，将熔化结合剂进行水淬得到陶瓷结合剂碎块，其中结合剂预处理原料的体积和坩埚内容积的比为4:5 ；. 53、破碎结合剂:将陶瓷结合剂碎块置于第二球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，再加入水后球磨24小时，取出倒入盛料盘中得到结合剂浆料，其中水与陶瓷结合剂碎块的重量比为1:1，第二球磨坛自转速度为.30r/min，第二球磨坛直径.400mm,直径为50mm的刚玉球磨球占30%,直径在20_50mm的刚玉球磨球占40%,直径小于.20mm的刚玉球磨球占30% ； . 54、球磨结合剂:将结合剂浆料干燥后得到结合剂料块，干燥温度为120°C，再将结合剂料块置于第三球磨坛中，按球料质量比为1.2:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨4小时后取出并过180#筛网得到结合剂粉末，将结合剂粉末置于密封的容器中，其中第三球磨坛自转速度为30r/min，第三球磨坛直径为400mm，直径为50mm的刚玉球磨球占30%，直径小于.50mm的刚玉球磨球占70% ；. 55、制备砂轮成型料:按重量百分比将15-23%结合剂粉末、72-.80%CBN磨料、3%黄糊精粉和2%去离子水倒入第四球磨坛中，按球料质量比0.8:1的比例加入刚玉球磨球后，球磨I小时取出并过40#筛网后密封保存得到砂轮成型料，其中第四球磨坛自转速度为30r/min，第四球磨坛直径400mm，直径为40mm的刚玉球磨球占30%，直径小于.40mm的刚玉球磨球占.70% ； .56、砂轮成型:将砂轮成型料过60#筛网后投入到模具中，加压成型，保压Imin后得到砂轮素?A,将砂轮素还A水平放置于SiC棚板上,室温下放置24小时后,再干燥12小时得到砂轮素坯B，其中干燥温度为70°C ； . 57、烧结砂轮:将SiC棚板和放置SiC棚板上的砂轮素坯B放入井式炉中，以3-5°C/min的升温速率升温至500-550 °C，保温1_2小时，再以2_4°C /min的升温速率升温至.800-850°C，保温1.5-2小时，停止加热使井式炉自然冷却，当炉温低于150°C时打开炉门继续冷却，当炉温低于70°C时取出得到砂轮坯体； .58、配制缓冲溶液:将碳酸钠加入到去离子水中配制成第一溶液，将硼砂加入到去离子水中配制成第二溶液，将第一溶液和第二溶液按体积比973:27混合均匀得到缓冲溶液，第一溶液中碳酸钠与去离子水的质量比为52:9948，第二溶液中硼砂和去离子水的质量比为.19:981 ； .59、调控砂轮硬度:将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行预加工后，在洛氏硬度仪上测量砂轮的原始HRB硬度，CBN砂轮原始硬度为XI，砂轮目标硬度为X2，砂轮的浸泡时间为t小时，根据公式
2.如权利要求1所述可精确调控硬度衰减数值的陶瓷结合剂CBN砂轮的制备方法，其特征在于，S6中，陶瓷结合剂CBN砂轮的成型密度为(2.15±0.05) g/cm3。
【文档编号】B24D18/00GK104002250SQ201410254670
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】刘小磐, 万隆 申请人:湖南大学