[发明专利]磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮及其制备方法，为一种陶瓷结合剂砂轮，属于超硬磨料工具技术领域。

背景技术

立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，简称CBN）磨粒虽然硬度仅次于金刚石，但它具有比金刚石更加稳定的化学性质。例如，它不与铁族金属及合金发生亲和作用，热稳定性也比金刚石高得多。因此，采用CBN磨粒制作的砂轮制品在加工镍基高温合金、钛合金等难加工材料方面得到了应用。但是，对于在汽车发动机曲轴与齿轮、航空发动机叶片榫头与涡轮轴花键等零部件磨削领域使用最广泛的陶瓷结合剂CBN砂轮而言，存在着不可克服的如下问题：

CBN磨粒通常为颗粒状，尺寸介于150~400μm。磨粒在砂轮磨料层（也称工作层）内部处于无序分布状态（图1），使得并非每颗磨粒均能发挥有效的切削作用，并造成容屑空间不均匀，制约了CBN砂轮磨削潜能的展现。据报道，虽然中国（W.F.Ding,J.H.Xu,M.Shen,Y.C.Fu,B.Xiao,H.H.Su,H.J.Xu.Development and performance of monolayer brazed CBN grinding tools.International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,34:491-495）、德国（Peter Herzenstiel,J.C.Aurich.CBN-grinding wheel with a defined grain pattern-extensive numerical and experimental studies.Machining Science and Technology,2010,14:301-322）的研究人员已在单层钎焊和单层电镀CBN砂轮工作面实现了CBN磨粒的二维有序分布，并发挥出比磨粒无序分布更优异的磨削性能，但至今国内外均未见在多层陶瓷结合剂CBN砂轮的磨料层实现CBN磨粒三维有序分布的文献和专利报导。分析原因，主要与CBN磨粒处于颗粒状、导致无法实现多层砂轮内部具有完全一致的磨粒三维分布有关，因而也无法充分展现陶瓷CBN砂轮的磨削潜能（包括工具寿命和锋利度）。

发明内容

本发明的目的是，克服现有普通陶瓷结合剂CBN砂轮磨粒无序分布的缺点，提供一种磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮，据此提高陶瓷结合剂CBN砂轮的寿命和锋利度，最终目的是通过此种砂轮实现高效精密磨削汽车发动机曲轴与齿轮、航空发动机叶片榫头与涡轮轴花键等零部件。

本发明的另一个目的在于提供一种磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现：

磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮，包括金属基体和磨料层两部分，磨料层粘接于金属基体上，所述磨料层与基体粘接是通过高强度胶黏剂粘接，结合强度满足砂轮线速度200m/s使用要求。磨料层的原料组分及重量百分比含量为：立方氮化硼纤维磨料40~60%、其余为陶瓷结合剂。磨料层截面尺寸为(0.3~0.5)mm×(0.3~0.5)mm、长度为3~5mm。

陶瓷结合剂包括以重量百分比计的以下原料：50~55%SiO₂、15~20%Al₂O₃、10~15%B₂O₃、5~10%K₂O、其余为Na₂O；陶瓷结合剂是将各组份混合后添加临时粘结剂获得，临时粘结剂为液态石蜡，添加量以将各组份混匀为准。因为临时粘结剂在砂轮的烘干过程中将挥发去除，所以其添加量无需定量控制。所述临时粘结剂为液态石蜡。

磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮的制备方法，包括以下步骤：

陶瓷结合剂与临时粘接剂配混料、立方氮化硼纤维磨粒有序排布并与磨料层毛坯压制成型并烘干、磨料层毛坯烧结、磨料层与基体粘接、砂轮回转试验、磨料层外圆及端面修整、砂轮磨料层检查、动平衡、外观处理得到砂轮，基体直径为200~400mm、厚度为10~20mm，材料为调质态45#钢。

所述的有序排布是通过将纤维磨粒放入模板固定间距的孔穴中实现；