活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮及其应用的制作方法

本发明属于磨具加工技术领域，涉及一种活塞环梯磨磨削专用高自锐性超硬砂轮及其制备方法与应用。

背景技术：

活塞环广泛地用在各种动力机械上，如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等，一般活塞环安装在活塞的环槽里，它和活塞、缸套、缸盖等元件组成腔室做功。是燃油发动机内部的核心部件，主要有密封、控油、传热、支撑等作用，尤其以耐磨性和弹性最重要。目前活塞环的材料主要有灰铸铁、球磨铸铁和合金铸铁等。

活塞环的精度要求较高，其工作表面不得有刻痕、擦伤、剥落，外圆柱面和上下端面应有一定的光洁度，其曲度、弹力和间隙均需符合规定。随着汽车等行业的发展，对压缩机的质量要求也越来越高，同时对清洁环保也提出了更高的要求。现国内活塞环的梯磨磨削采用的是传统的单晶刚玉砂轮磨削加工，且需分别采用不同粒度的砂轮进行粗加工和精加工，占用设备多，加工效率低，修整间隔短，砂轮使用寿命低，大约7~10天即需更换砂轮，且磨削过程中磨削液需经常更换，污染大。为发展高质量的活塞环产品，提高加工效率，降低生产成本，需要研发一种具有较高的经济效益和价值的活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明提供一种活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮及其制备方法，以提高活塞环的加工质量，提高生产效率，降低生产成本。

本发明的具体技术方案如下：

一种活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮，包括磨削层与基体，所述磨削层由细磨削层、粗磨削层组成；

所述细磨削层由以下质量比的原料制备得到：

树脂粉20~35%

细金刚石25~40%

碳化硅粉15~22%

铜粉10~20%

二硫化钼粉2~3%

成孔剂1~10%

所述粗磨削层由以下质量比的原料制备得到：

树脂粉20~35%

粗金刚石25~40%

碳化硅粉15~22%

铜粉10~20%

二硫化钼粉2~3%

成孔剂1~10%。

本发明还公开了上述活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）将细金刚石、粗金刚石分别加入树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂的混合物中，分别得到细磨削层料、粗磨削层料；

（2）将细磨削层料、粗磨削层料分别加入带有基体的模具中，热压、固化分别得到细砂轮成型体、粗砂轮成型体；

（3）细砂轮成型体、粗砂轮成型体分别加工后粘接、固定，得到活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮。

上述技术方案中，所述热压的压力为10mpa，温度为170℃，时间为10min；优选在热压前进行预热并排气，预热时间为3~5min。

上述技术方案中，固化的温度为160℃，时间为10h；固化后随炉冷却至室温。

上述技术方案中，粘接采用环氧胶粘接，固定采用螺栓固定。

本发明公开了一种活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮磨削层，所述磨削层由细磨削层、粗磨削层组成；

所述细磨削层由以下质量比的原料制备得到：

树脂粉20~35%

细金刚石25~40%

碳化硅粉15~22%

铜粉10~20%

二硫化钼粉2~3%

成孔剂1~10%

所述粗磨削层由以下质量比的原料制备得到：

树脂粉20~35%

粗金刚石25~40%

碳化硅粉15~22%

铜粉10~20%

二硫化钼粉2~3%

成孔剂1~10%

所述细金刚石的粒度为76μm，粗金刚石的粒度为151μm；所述树脂粉为酚醛树脂粉；所述成孔剂为氯化钠或二氮烯二羧酸酰胺。

本发明还公开了上述活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮磨削层的制备方法，包括以下步骤：

（1）将细金刚石加入树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂的混合物中，得到细磨削层料；

（1）将粗金刚石分别加入树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂的混合物中，得到粗磨削层料。

本发明中，所述细金刚石的粒度为76μm，粗金刚石的粒度为151μm；所述树脂粉为酚醛树脂粉；所述成孔剂为氯化钠或二氮烯二羧酸酰胺，其中氯化钠粒度100-500μm，二氮烯二羧酸酰胺为化学发泡剂，受热分解，在压力下可形成大小一致的气孔。

本发明的活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮为两层拼装，一层磨料粒度151μm，另一层磨料粒度76μm，每层基体一样，细磨削层、粗磨削层的结构尺寸一样。现有技术中，目前在使用的刚玉砂轮为20mm厚，在活塞环梯磨加工过程中需要配两个不同粒度的砂轮以分别用于粗磨和精磨，这样会出现两种情况：1、在实际使用中，如果只有一台梯磨设备，需要先粗磨加工一批工件后，再更换细粒度砂轮进行精磨加工，费时费力；2、需要多配备几台梯磨设备，分别安装粗粒度刚玉砂轮和细粒度刚玉砂轮，占地广，而且需要对工件进行二次转移；使用本发明的双层超硬砂轮，一台梯磨设备可先用d151磨料层进行粗磨，再用d76磨料层进行精磨，且现有设备具备分次进给功能，一次循环磨削后活塞环工件即可流入下道工序。尤其是，本发明活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮最终的结构与现有砂轮差不多，完全符合现有设备的需求，无需对设备进行改动，采用粒度不同、结构尺寸相同的细磨削层、粗磨削层组成整个磨削层在极大提高加工生产效率的基础上，保证了加工质量，避免单个磨削层变化带来的加工缺陷。

本发明公开的活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮的制备具体步骤可以为：

1）将树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂按照比例配好后装在三维混料机中，混合1-1.5h，使其充分混合均匀；

2）将金刚石磨料加入1）中混合好的混合物中，手动过筛后装在三维混料机中，混合0.5-1h，使其充分混合均匀，得到磨削层料；

3）将基体放入指定的模具中，并将2）中混合均匀的磨削层料投到模腔内，然后将模具放在热压机上压制；其压制工艺如下：在10mpa压力、170℃下进行热压，之前预热3-5min并多次排气，然后在10mpa的压力下热压40min；

4）热压结束，冷却后脱模取出砂轮，并将砂轮进行后续固化处理，固化温度160℃，保温10h，然后随炉冷却至室温；

5）砂轮固化后按照成品尺寸进行车加工、铣加工和磨加工；

按照上述方法，采用细金刚石、粗金刚石分别得到两片不同粒度的砂轮；

6）两片不同粒度的砂轮拼装在一起，通过螺栓固定，并在两片砂轮之间涂环氧胶进行胶合；待环氧胶硬化后，装法兰进行端面及外圆磨加工，得到成品活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮。

本发明中，加工包括车加工、铣加工和磨加工，具体方式都是常规技术。

本发明的有益效果：主要针对活塞环粗磨和精磨，尤其是梯磨设备磨削进行设计的配方，可同时具有粗磨及半精磨的效果，磨料层分两层，d151磨料层和d76磨料层，先用d151磨料层进行粗磨，后使用d76磨料层进行精磨，磨削后的活塞环就可以直接流入下道工序，不需要再更换不同粒度砂轮进行磨削。磨削后活塞环表面纹路细腻均匀，没有划伤，表面光亮。在砂轮使用过程中修整间隔长，磨料层表面自动形成大气孔，对磨削屑具有较好的容纳作用，同时磨料与结合剂相互配合，最大程度发挥砂轮的自锐性，可用于替代现用的普通锆刚玉砂轮，极大的提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮的结构示意图；其中1为基体，2为小粒度磨削层，3为大粒度磨削层；

图2为实施例一砂轮磨削后活塞环表面图；

图3为实施例一砂轮磨削后活塞环表面放大300倍图；

图4为实施例二砂轮磨削后活塞环表面图；

图5为实施例二砂轮磨削后活塞环表面放大300图；

图6为对比例一砂轮磨削后活塞环表面图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做出进一步的说明。

实施例一

一种活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮，配方及各组分质量配比如下表所示：

第一层砂轮：

第二层砂轮：

其中酚醛树脂粉为粉状，金刚石粒度分别为76微米和151微米，成孔剂为氯化钠，粒度为150微米。具体制备工艺如下：

按照上述比例将酚醛树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂配好后装在三维混料机中，混合1h，使其充分混合均匀；然后将金刚石磨料加入混合好的混合物中，手动过80目筛后装在三维混料机内，混合1h，使其充分混合均匀，为磨削层料；其中两种粒度的金刚石磨料对应两种磨削层料。

将现有基体放入模具中，并将混合均匀的磨削层料投到模腔内，然后将模具放在热压机上压制，压制工艺如下：170℃预热3min并多次排气，然后在10mpa压力、170℃下进行热压40min，热压结束，冷却后脱模取出砂轮，并将砂轮进行后续固化处理，固化温度160℃，保温10h，然后随炉冷却至室温。

砂轮固化后按照成品尺寸进行车加工、铣加工和磨加工，得到两片不同粒度的砂轮，然后将两片不同粒度的砂轮拼装在一起，通过螺栓固定，并在两片砂轮之间涂环氧胶进行胶合，待环氧胶硬化后，装法兰进行常规端面及外圆磨加工，得到成品砂轮，结构示意图如图1，其中a为结构示意图，b为标注尺寸的结构示意图。制备的活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮的规格：外径250mm，孔径101mm，磨料层宽5mm，厚度20mm（由两层10mm厚砂轮拼装而成）。

实施例二

一种活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮，配方及各组分配比如下表所示：

第一层砂轮：

第二层砂轮：

其中酚醛树脂粉为粉状，金刚石粒度分别为76微米和151微米，造孔剂为二氮烯二羧酸酰胺。具体压制工艺如下：

按照上述比例将树脂粉、碳化硅粉、铜粉、二硫化钼粉及成孔剂配好后装在三维混料机中，混合1h，使其充分混合均匀；然后将金刚石磨料加入混合好的混合物中，手动过筛后装在三维混料机内，混合1h，使其充分混合均匀；其中两种粒度的金刚石磨料对应两种磨削层料。将基体放入指定的模具中，并将混合均匀的物料投到模腔内，然后将模具放在热压机上压制。该模具采用定模压制，二氮烯二羧酸酰胺受热后分解在一定压力下可产生圆形气孔。其压制工艺如下：在170℃下进行热压，在前5min预热时间内多次排气，然后在10mpa的压力下热压40min。热压结束，冷却后脱模取出砂轮，并将砂轮进行后续固化处理。固化温度160℃，保温10h，然后随炉冷却至室温。

砂轮固化后按照成品尺寸进行车加工、铣加工和磨加工，得到两片不同粒度的砂轮，然后将两片不同粒度的砂轮拼装在一起，通过螺栓固定，并在两片砂轮之间涂环氧胶进行胶合。待环氧胶硬化后，装法兰进行端面及外圆磨加工，得到成品砂轮；制备的活塞环梯磨专用高自锐性超硬砂轮的规格：外径250mm，孔径101.6mm，磨料层宽5mm，厚度20mm（由两层10mm厚砂轮拼装而成）。

对比例一

现有常规使用的单晶刚玉砂轮，作为现有技术，生产效率为实施例二的45%左右。

对比例二

在实施例二的基础上，制备两个砂轮，规格一样：：外径250mm，孔径101.6mm，磨料层宽10mm，厚度20mm，其中磨料层全部为粒度76微米的金刚石或者151微米的金刚石；磨削生产时，先利用粒径大的砂轮粗磨，再更换粒径小的砂轮细磨，生产效率为实施例二的45%左右。

性能结果

实施例、对比例砂轮加工工件的加工条件及要求如表1所示，加工结果如表2所示。

表1加工条件及要求

表2加工结果

如上表所示，实施例均满足使用要求，其中实施例二光洁度更稳定。相比现在常规使用的普通单晶刚玉砂轮（每几十支工件修整一次，光洁度rz2.2-2.5）可提高效率，有效降低修整间隔；实施例二中，将碳化硅调整为5%，其余组分均匀对应增加，得到的砂轮修整间隔为600支修一次，光洁度rz1.9-2.1。

图2为实施例一砂轮磨削后活塞环表面图；图3为实施例一砂轮磨削后活塞环表面放大300倍图；图4为实施例二砂轮磨削后活塞环表面图；图5为实施例二砂轮磨削后活塞环表面放大300图；图6为对比例一砂轮磨削后活塞环表面图。比较可以说明，与现有砂轮相比，本发明的砂轮磨削后活塞环表面纹路细腻均匀，没有划伤，表面光亮。