[发明专利]一种金属基金刚石砂轮及其制造方法

说明书

本发明的一种金属基金刚石砂轮及其制造方法，砂轮包括钢芯和磨料圈，磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料35～55％，金属结合剂40～55％，辅助粘结剂5～15％；金属结合剂含有成分质量百分比为：Cu粉50～60％，Sn粉30～45％，Ti粉5～10％。制法为：按磨料圈配比，各成分混匀后，与辅助粘结剂混匀，烘干，过筛与成型后，在惰性气体气氛下烧结，以5～15℃/min的升温速率升温至烧结温度，烧结20～60min后，冷却制得磨料圈坯体，与钢芯粘合，制得金属基金刚石砂轮。该方法烧结时间短，制备的砂轮在工作过程中具有良好热导率和较大容纳金属屑和磨料的空间，高速磨削过程中不易堵塞，磨削锋利，磨削精度高，且具有自锐性。

技术领域

本发明涉及超硬磨料领域，具体涉及一种金属基金刚石砂轮及其制造方法。

背景技术

随着现代机械加工朝着高精度、高速度、硬加工、干加工(无冷却液)及降低成本等方向发展，对磨具性能提出了相当高的要求。传统的碳化硅和刚玉普通磨料模具已不能完全满足当前高速、高效、高精度的磨削要求，因此开发各种耐磨性能优良，能长时间进行稳定加工的超硬磨削材料是必然的发展趋势。目前常用的超硬磨削材料包括金刚石和立方氮化硼两种磨料。金刚石是最硬的材料并且耐磨性极强，适用于高速磨削和超精密磨削。金刚石砂轮非常适用于研磨较硬、易碎、磨屑较短的材料如非铁基金属材料、碳化物、玻璃、陶瓷、石英制品以及半导体和芯片材料。金刚石超硬磨具(砂轮)的磨削效率、加工精度和耐磨性等性能是高速精密磨削加工中的关键问题。

在超硬磨具中用于固结磨粒的结合剂是影响超硬磨具性能的关键因素。传统的超硬磨具(砂轮)多采用树脂、陶瓷、金属结合剂烧结和电镀等工艺制造，存在的问题是单晶颗粒仅仅被机械包埋镶嵌在结合剂与电镀层中，与结合剂和电镀层间作用力较弱。具体的来说，树脂结合剂虽然比较容易加工修整，但是耐热性差，结合强度低，磨料脱落严重，严重影响效率；陶瓷结合剂修整相对容易，使用温度高，然而脆性大，抗冲击韧性和疲劳性差，易发生脆裂，难以用于高速加工。金属结合剂烧结虽然耐热性强，但是通常结合剂与磨粒之间不能产生化学冶金结合，因而磨粒仅仅被机械包埋镶嵌在结合剂中，把持力有限；金属电镀中磨粒也只是被机械地包埋。因此容易因磨料呈颗粒脱落和镀层成片剥离而导致砂轮的整体失效，此种情况在比较难以加工的材料高效磨削时尤其明显；另外，镀层厚，磨料出露高度低，容屑空间小，磨削时很容易因切屑的粘附堵塞而失效。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种金属基金刚石砂轮及其制造方法，该砂轮是一种在高速磨削过程中能承受较大载荷的金刚石砂轮，同时具有出色的抗冲击性和良好的形状保持性，其具体的技术方案如下：

本发明的一种金属基金刚石砂轮，包括钢芯和磨料圈，其中，所述的磨料圈按质量百分比由以下组分制备而成：金刚石磨料：35～55％，金属结合剂：40～55％，辅助粘结剂：5～15％，金刚石磨料、金属结合剂与辅助粘结剂质量百分比之和为100％；所述的金属结合剂含有成分的质量百分比为：Cu粉：50～60％，Sn粉：30～45％，Ti粉：5～10％；Cu粉，Sn粉和Ti粉质量百分比之和为100％。

所述的钢芯和磨料圈通过树脂胶粘结剂结合。

所述的磨料圈孔隙率为25～40％。

所述的金刚石磨料，Cu粉，Sn粉和Ti粉的粒径范围均为40～75μm。

所述的辅助粘结剂为丙烯酸乳液。

所述的砂轮具体尺寸为内径80mm，外径100mm，厚度10mm。宏观硬度为80～105HRB，冲击韧性为0.10～0.13J/cm²。干摩擦载荷为50N，时间为5min时，质量损失为5～20mg。

本发明的一种金属基金刚石砂轮的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，混料：