技術領域
本發明涉及磨料砂輪材料，具體涉及一種玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪及其制備方法。
背景技術
釬焊金剛石工具由于活性釬料與金剛石能產生化學反應而具備強的結合力，金剛石出露高度能達到自身高度的50％～70％，因而具有對磨料把持強度高、磨料出露程度高等特點。但是，目前市場上的釬焊金剛石工具大多只有一層磨料，大大限制了工具使用壽命的提高。因此，相關單位開發了多層釬焊金剛石工具，但是，多層釬焊金剛石工具在加工過程中自銳性較差，難以滿足加工要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪及其制備方法，以克服現有技術的不足，本發明能有效提高砂輪的自銳性同時保證結合劑對磨料足夠的把持強度，以提升金屬結合劑超硬磨料砂輪的加工效率與使用壽命。
一種玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪制備方法，包括以下步驟：
S1，在金剛石或CBN磨料表面粘接包裹一層合金釬料后烘干得到超硬磨料體；
S2，將玻璃纖維在分散劑溶液中分散均勻，然后加入合金釬料，在真空、高溫環境下進行熱處理后冷卻得到玻璃纖維金屬復合體；
S3，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復合體和增強體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置在真空環境、溫度800℃-950℃下保溫10-20min進行真空燒結，即可得到玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪。
優選的，按重量份數包括超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復合體40-60份、增強體20-40份。
優選的，使用潤濕劑和粘結劑在金剛石或CBN磨料表面包裹一層合金釬料，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體。
優選的，分散劑溶液濃度為10–100mg/L。
優選的，加入合金釬料制備玻璃纖維金屬復合體的溫度為400℃-550℃。
優選的，潤濕劑為液體石蠟或甘油，分散劑溶液中的分散劑為脂肪酸、聚乙烯或聚氧化乙烯。
優選的，增強體為Al 2O 3粉、SiO 2粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉、Co粉中的一種或者幾種。
優選的，玻璃纖維的直徑為10–50μm，長徑比為5:1–30:1，合金釬料和增強體的純度均高于99.9％，釬料和增強體粉末的粒度均為-100目，磨料粒度尺寸小于850μm。
優選的，玻璃纖維金屬復合體采用塑料孔模制備，玻璃纖維金屬復合體直徑大小與塑料孔模的孔徑大小一致，塑料孔模的孔徑優化方法為物理數學建模方法，以砂輪的使用壽命最高作為孔徑優化的目標函數：
L＝L(n,V f,D,s,C,G,P)
并以σ b≥[σ b]，q≤[q]作為主要約束條件，其中，n為砂輪轉速，V f為進給速度，D為砂輪直徑，s為需要優化的孔徑大小，C為金剛石或CBN磨料濃度，G為與砂輪結構形狀相關的參數，P為與被加工工件材料物理性能相關的參數，σ b表示了由復合結合劑對磨粒把持強度所確定的約束條件，q表示了由接觸弧區平均熱流密度所確定的約束條件，求解上述數學模型，獲得塑料孔模的孔徑s的最佳數值。
一種玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪，按重量份數包括超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復合體40-60份、增強體20-40份。玻璃纖維金屬復合體按重量份數包括玻璃纖維2-30份和合金釬料70-98份；所述合金釬料采用Ni–Cr合金釬料、Cu–Sn–Ti合金釬料或Ag–Cu–Ti合金釬料。
與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
本發明一種玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪制備方法，通過在金剛石或CBN磨料表面粘接包裹一層合金釬料后烘干得到超硬磨料體，玻璃纖維和合金釬料均勻混合得到玻璃纖維金屬復合體，然后超硬磨料體、玻璃纖維金屬復合體和增強體混合制備成砂輪毛坯，最后將砂輪毛坯置在真空環境、溫度800℃-950℃下保溫10-20min進行真空燒結，玻璃纖維金屬復合結合劑由于合金釬料能與超硬磨料形成化學結合從而對超硬磨料具有較高的把持強度，磨削過程中超硬磨料不容易脫落，砂輪的加工性能和工件的表面精度得到提升。同時，由于玻璃纖維耐磨性差，在磨削過程中能被快速去除從而使砂輪能夠持續出刃，提升砂輪的加工性能。
進一步的，玻璃纖維具有耐熱性強和機械強度高的特點，玻璃纖維能與合金釬料形成化學結合，適量組分的玻璃纖維能使砂輪能夠持續出刃的同時保證了砂輪自身足夠的機械強度。
本發明玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪，自銳性好，同時保證結合劑對磨料足夠的把持強度，能夠提升金屬結合劑超硬磨料砂輪的加工效率與使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明實施例中超硬磨料體示意圖。
圖2為本發明實施例中玻璃纖維金屬復合體成形裝置結構示意圖。
圖3為本發明實施例中塑料孔模。
圖4為本發明實施例中玻璃纖維金屬復合體。
圖5為本發明實施例中玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪節塊示意圖。
圖中，釬料-1、金剛石-2、開口筒體-3、擋板-4、塑料孔模-5、容器底座-6、玻璃纖維-7。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
本發明玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪，制備其原料按重量份數包括：超硬磨料體10–30份、玻璃纖維金屬復合體40-60份、增強體20-40份；
上述超硬磨料體為表面包裹了一層合金釬料的金剛石或CBN磨料，上述增強體為Al 2O 3粉、SiO 2粉、Cu粉、Fe粉、Ni粉、Co粉中的一種或者幾種，上述玻璃纖維金屬復合體按重量份數取包括：玻璃纖維2-30份和合金釬料70-98份；述合金釬料為Ni–Cr合金釬料、Cu–Sn–Ti合金釬料或Ag–Cu–Ti合金釬料。
玻璃纖維的直徑為10–50μm，長徑比為5:1–30:1，合金釬料和增強體的純度均高于99.9％，釬料和增強體粉末的粒度均為-100目，磨料粒度尺寸小于850μm。
玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪制備方法，包括以下步驟：
S1，使用潤濕劑和粘結劑使金剛石或CBN磨料表面包裹一層合金釬料，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體；
S2，在玻璃纖維金屬復合體成形裝置中加入分散劑和去離子水或無水乙醇并攪拌均勻，制成濃度為10–100mg/L的分散劑溶液，接著將玻璃纖維加入到分散劑溶液中并通過超聲分散使玻璃纖維分散均勻；
S3，移去玻璃纖維金屬復合體成形裝置中的擋板，上述含有玻璃纖維的分散劑溶液落入到塑料孔模中，通過移去成形裝置中的容器底座取出塑料孔模，再將合金釬料加入到塑料孔模中的每一個孔中并攪拌均勻；
S4，將塑料孔模置于真空爐中進行熱處理，加熱溫度為400℃-550℃，冷卻后獲得玻璃纖維金屬復合體；
S5，將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復合體和增強體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置于真空爐中在加熱溫度800℃-950℃、保溫時間10-20min的工藝條件下進行真空燒結，最終制作成玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪。
上述步驟1和2中潤濕劑為液體石蠟或甘油，分散劑為脂肪酸、聚乙烯或聚氧化乙烯。
上述步驟2中玻璃纖維金屬復合體成形裝置結構包括開口筒體、塑料孔模、擋板和容器底座，所述塑料孔模材質為環氧樹脂、聚氨酯、聚乙烯醇樹脂中的一種。
如圖5所示，上述步驟3和4中玻璃纖維金屬復合體直徑大小與塑料孔模的孔徑大小一致，塑料孔模的孔徑優化方法為物理數學建模方法，以砂輪的使用壽命最高作為孔徑優化的目標函數：
L＝L(n,V f,D,s,C,G,P)
并以σ b≥[σ b]，q≤[q]作為主要約束條件，其中，n為砂輪轉速，V f為進給速度，D為砂輪直徑，s為需要優化的孔徑大小，C為金剛石或CBN磨料濃度，G為與砂輪結構形狀相關的參數，P為與被加工工件材料物理性能相關的參數，σ b表示了由復合結合劑對磨粒把持強度所確定的約束條件(σ b≥[σ b]說明了復合結合劑對磨粒的把持強度不能小于最小把持強度，否則磨粒會脫落)，q表示了由接觸弧區平均熱流密度所確定的約束條件(q≤[q]條件與前面類似)，求解上述數學模型，獲得塑料孔模的孔徑s的最佳數值。
作為本發明的改進，玻璃纖維金屬復合體中加入造孔劑，比如尿素、高密度聚乙烯粉末、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
實施例1
同時參照圖1-圖4，玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪的原料組分及其重量份數為：超硬磨料體20份、玻璃纖維金屬復合體55份、增強體25份，其中超硬磨料體為表面包裹了一層Cu–Sn–Ti合金釬料的金剛石磨料，增強體為Cu粉，玻璃纖維金屬復合體的組分及其重量份數為：玻璃纖維25份、合金釬料75份；玻璃纖維的直徑為20μm，長徑比為20:1，合金釬料和增強體的純度均高于99.9％，釬料和增強體粉末的粒度均為-200目，磨料粒度為150μm。
玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪制作方法包括以下步驟：
步驟1、使用潤濕劑和粘結劑使金剛石2的表面包裹一層釬料1，加熱至200℃烘干，制作成超硬磨料體；
步驟2、在玻璃纖維金屬復合體成形裝置中加入分散劑和去離子水并攪拌均勻，制成濃度為50mg/L的分散劑溶液，接著將玻璃纖維加入到分散劑溶液中并通過超聲分散使玻璃纖維分散均勻；
步驟3、移去玻璃纖維金屬復合體成形裝置中的擋板4，將上述含有玻璃纖維的分散劑溶液落入到塑料孔模5中，采用所述塑料孔模5的孔徑優化方法對塑料孔模孔徑進行優化確定最佳孔徑大小為0.6mm，通過移去成形裝置中的容器底座取出塑料孔模，再將合金釬料加入到塑料孔模中的每一個孔中并攪拌均勻；
步驟4、將塑料孔模置于真空爐中進行熱處理，加熱溫度為450℃，冷卻后獲得玻璃纖維金屬復合體；
步驟5、將超硬磨料體、玻璃纖維金屬復合體和增強體混合均勻，制成砂輪毛坯，將砂輪毛坯置于真空爐中在加熱溫度850℃、保溫時間10-20min的工藝條件下進行真空燒結，最終制作成玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪；
上述步驟1和2中潤濕劑為甘油，分散劑為脂肪酸。
上述步驟2中玻璃纖維金屬復合體成形裝置結構包括開口筒體、塑料孔模、擋板和容器底座，塑料孔模材質為環氧樹脂。
如按照上述實施例1的方法，采用不同組分制備得到的砂輪特性如表1所示：
實施例1中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為50mg/L，熱處理溫度為450℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例2中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為10mg/L；熱處理溫度為450℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例3中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為30mg/L；熱處理溫度為400℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例4中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為80mg/L；熱處理溫度為400℃，真空爐中在加熱溫度850℃；
實施例5中制備分散劑溶液采用溶劑為去離子水；濃度為50mg/L；熱處理溫度為550℃，真空爐中在加熱溫度850℃。
按本發明中的方法制備得到的砂輪強度較現有砂輪抗彎強度高，本發明制備實施例2和實施例3獲得的砂輪性能最好。
根據本發明的制備方法和要求制成的玻璃纖維金屬復合結合劑超硬磨料砂輪，結合劑對磨料的把持強度高，磨削過程中磨料不易脫落，并且砂輪自銳性好，在磨削過程中不需要修整。
上述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護范圍的行為。
