[发明专利]轧辊高速磨削用树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磨料磨具磨削技术领域，具体涉及一种轧辊高速磨削用树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法。 

背景技术

轧辊是使轧材金属产生塑性变形的工具，主要用于加工金属板材、带材、型材等，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。常见的轧辊材质有铸铁、铸钢和硬质合金等。在轧辊的生产的过程中，轧辊外圆的磨削是至关重要的环节。为获得高精度、高表面光洁度的轧辊磨削效果，除依靠高精度的轧辊磨床外，主要取决于加工轧辊相匹配的砂轮和合适的磨削方法。

轧辊磨削行业通常采用普通磨料砂轮和较低的砂轮转速（≤45m/s）加工轧辊外圆。普通磨料砂轮有陶瓷砂轮和树脂砂轮等，所用磨料常为刚玉类或碳化硅类。该类砂轮所用磨料在制造方面能源消耗多，易造成环境污染；在使用效果方面，砂轮的加工效率偏低，磨耗严重，工件表面质量较差；并且，普通磨料砂轮在轧辊磨削加工过程中，消耗快、磨损多，需要经常对砂轮进行修整以保持其形状精度和磨削锋利度，导致加工效率偏低。此外，轧辊所用材料的硬度也在逐步的提高，特别是近年来，对轧辊进行硬质合金或陶瓷表面喷涂，甚至轧辊的材质直接采用硬质合金，都对目前的轧辊行业的磨削加工提出了更高的要求。而超硬材料（金刚石和立方氮化硼）以其硬度高、热稳定性好、磨耗低、加工效率高等一系列优越性广泛应用于硬质合金、金属、陶瓷等材料的加工，比较适合轧辊的外圆磨削。

高速高效磨削是磨削领域的发展趋势。当砂轮转速提高后，在单位宽度磨除率一定的条件下，单位时间内作业的磨粒数大大增加，如果进给量与普通转速磨削相同，则每颗磨粒的切削厚度变薄、负荷减轻，因此高速磨削有以下特点：(1) 生产效率高。由于单位时间内作用的磨粒数增加，使材料磨除率成倍增加；(2) 砂轮使用寿命长。由于每颗磨粒的负荷减小，磨粒磨削时间相应延长，提高了砂轮使用寿命；(3) 磨削表面粗糙度值低。高速磨削时单个磨粒的切削厚度变小，磨削划痕浅，表面塑性变形减小，表面粗糙度数值降低；(4) 具有巨大的经济效益和社会效益，并具有广阔的绿色特性。

针对普通磨料砂轮进行轧辊磨削存在的问题，不少科研人员对磨削工具和加工方法进行改进。中国专利03810964.6发明了一种圆磨削工艺的轧辊磨削方法和树脂结合剂砂轮磨削工具，砂轮转速4000-9500sfpm；另一中国专利200480038740.9发明了一种改进的CBN砂轮和简化的磨削方法，以磨削各种铁轧辊材料和用于热和冷轧带材轧机的轧辊，砂轮转速3600-12000sfpm。这些与原有的轧辊磨削方法中采用的普通磨料砂轮相比，轧辊磨削的速度更快、效率更高。这些发明中的树脂结合剂超硬材料砂轮采用的制备工艺是将砂轮工作层直接压制在铝基体、钢基体或其他材质上，砂轮工作层与金属或其他材质的结合强度偏低，当线速度超过12000sfpm时，则存在安全隐患，并不适用于线速度大于＞12000 sfpm的磨削应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是硬质合金轧辊高速磨削砂轮工作层与基体之间结合强度较低造成的砂轮不能实现高速磨削，为解决上述问题，提供一种轧辊高速磨削用树脂结合剂超硬材料砂轮及其制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

    轧辊高速磨削用树脂结合剂超硬材料砂轮，包括基体和砂轮工作层，所述砂轮工作层上设置有凸台，基体上设置有与凸台相对应的凹槽。

所述基体为钢基体，砂轮工作层通过树脂结合剂与钢基体结合在一起。

轧辊高速磨削用树脂结合剂超硬材料砂轮的制备方法，它包括如下步骤：

（1）按照下列重量份：超硬磨料20-70份、结合剂10-30份、填充料15-66份，称量后，放入三维混料机中充分混合均匀，得成型料；

（2）将成型料均匀投入模具中，制得超硬材料成型块；

（3）将超硬材料成型块放入硬化烘箱中进行二次硬化；

（4）将硬化后的超硬材料成型块通过胶黏剂粘结在钢基体上，制得砂轮；

（5）将砂轮放入烘箱中，使胶黏剂固化。

所述步骤（2）为，将成型料均匀地投入到模具的模腔中，将压环对准模具模腔缓慢扣入模腔空隙中，使压环与成型料紧密接触，然后将组装好的模具放入热压机上，保温保压一段时间。

所述热压机的温度为160℃-240℃，压力为3MPa-12MPa，耗时为40min-90min。

所述烘箱中保温时的温度为160℃-240℃，保温时间为1h-5h。

所述超硬磨料为金刚石或者立方氮化硼或者两者的结合，粒度为8微米-200微米，浓度为75%-125%。