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CN113618646A - 一种pva/cbn复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮 - Google Patents

一种pva/cbn复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮 Download PDF

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Abstract

本发明属于超硬材料制品技术领域，具体涉及一种PVA/CBN复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮。所述PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法为：将PVA粉末加入到水中，然后升温至60～90℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；向PVA水溶液中加入磨料，得混合溶液；用混合溶液纺丝并切割，即得PVA/CBN复合纤维磨料。本发明砂轮主要是由PVA/CBN复合纤维磨料构成，结构比较疏松，砂轮具有弹性特点，磨削时不会出现堵塞和烧伤工件现象，不会产生太多的磨削热，不易产生刮痕，应用在不同硬度工件磨削上，表面效果优良。

Description

一种PVA/CBN复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮
技术领域
本发明属于超硬材料制品技术领域，具体涉及一种PVA/CBN复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮。
背景技术
随着磨削设备自动化程度的不断提升和各种金属零件的表面形貌要求越来越高，人们对砂轮的精密磨削加工性能也提出了更高的要求，目前金属工件的表面加工目前大部分采用普通刚玉砂轮，分为精磨和抛光两道工序，加工时间和效率相对较长。CBN磨料是一种适应现代加工技术要求的新型工具材料，具有独特而优良的切削性能，CBN磨料制成砂轮正好适应高效精密磨削的发展。虽然CBN磨料具有优异的切削性能，但在砂轮生产过程中，如果设计制造不好，在磨削过程中会出现堵塞造成工件表面烧伤、划痕等磨削缺陷，或者砂轮脱粒太快造成砂轮使用寿命偏低等问题。有鉴于此，设计制造出一种性能优良的砂轮在磨削和抛光过程中显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明提供了一种PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法。采用该PVA/CBN复合纤维磨料制备成树脂砂轮，使得砂轮的性能优良，具有较高的磨削效率和耐用度，从而节省大量的时间成本和生产成本。
本发明还提供了采用PVA/CBN复合纤维磨料制备树脂砂轮的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将PVA粉末加入到水中，浸泡0.5-2小时，然后升温至60～90℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；
（2）向步骤（1）的PVA水溶液中加入磨料，得混合溶液；
（3）用步骤（2）的混合溶液纺丝并切割，即得PVA/CBN复合纤维磨料。
优选的，步骤（2）中所述磨料为CBN和/或刚玉。
优选的，步骤（3）纺丝直径为30-250μm，切割长度为50-500μm。
优选的，所述PVA粉末在水中的添加量为0.07-0.45g/ml，磨料的用量为PVA粉末质量的0.4-20倍。
本发明提供了一种采用上述方法制备得到的PVA/CBN复合纤维磨料。
一种PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮，砂轮由磨料层和基体组成，磨料层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂液2-8%、环氧树脂液3-15%、酚醛树脂粉5-20%、辅料1-20%，余量为PVA/CBN复合纤维磨料。
优选的，辅料为冰晶石和/或滑石粉。
本发明提供了一种上述树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：先将PVA/CBN复合纤维磨料加入酚醛树脂液和环氧树脂液混合均匀，接着将酚醛树脂粉和辅料混合混匀，然后将两者混匀得成型料；将成型料放入模具中成型、固化（130～160℃固化3-10h）即得PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮。
优选的，成型过程中将混合料倒入砂轮模具中加压成型，成型密度0.82-1.96g/cm3；最高固化温度为130-160℃，固化时间为3-12h，制成PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮。
所述砂轮用于金属表面的高效精密磨削和抛光，也就是用于金属表面的高精度磨削和抛光。
本发明中，每颗PVA/CBN复合纤维磨料，在PVA的粘结作用下包含许多小颗粒CBN磨料和/或刚玉。做成砂轮后，纤维磨料在树脂结合剂作用下相互搭接形成鸟巢状结构，磨削受力时整颗复合磨料不容易脱落，而是在磨削力的作用下CBN单磨料颗粒逐步脱落，从而提高砂轮使用寿命，同时由于砂轮结构蓬松，磨削时砂轮非常锋利，提高了砂轮的磨削效率。
和现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明的砂轮磨料层主要是由PVA/CBN复合纤维磨料构成，因此，制备的砂轮结构比较疏松，具有弹性特点，磨削工件时不会出现堵塞和烧伤工件的现象，也不会产生太多的磨削热，不易在工件表面产生刮痕，表现出十分出色的磨削/抛光效果；
2）本发明的砂轮可以持续长时间进行磨削，在自动化磨削过程中，可取代精磨和抛光两道工序，进行较大余量磨削，工件表面光亮度远超一般抛光砂轮所能达到的效果；
3）本发明制备的砂轮具有较高的磨削效率和耐用度，节省大量的时间成本和生产成本，从而提高了经济效益。
附图说明
图1为实施例1制备的PVA/CBN复合纤维磨料；图1可以看出：每颗PVA/CBN复合纤维磨料包含许多小颗粒CBN磨料；
图2为实施例1制备的PVA/CBN复合纤维磨料砂轮微观形貌；从图2中可以看出：许多颗PVA/CBN复合纤维磨料相互搭接形成鸟巢状的结构，结合剂使每颗纤维磨料搭接更加牢固；
图3为PVA/CBN复合纤维磨料砂轮结构示意图。图中，1为磨料层，2为砂轮基体。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明，但并不是对本发明的限制。
需要说明的是：本发明使用的PVA粉末的聚合度为800-2600、醇解度80-92；CBN磨料的粒度为M36/54-M0.5/1.5，参考标准JB T7990-2012；刚玉磨料的粒度为F400-F2000，参考标准GB/T 2481.2-2020；均为普通市售产品或者可以采用本领域常规技术制备获得。
酚醛树脂液：产品型号PF-2551，山东圣泉新材料股份有限公司，
环氧树脂液：产品型号E44，廊坊诺尔信化工有限公司，
酚醛树脂粉：产品型号PF-2802A，山东圣泉新材料股份有限公司。
实施例1
本实施例PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将15gPVA粉末加入到100ml水中，浸泡1小时，然后升温至60℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；
（2）向步骤（1）的PVA水溶液中加入粒度为M20/30的CBN磨料微粉80g和F600刚玉微粉10g，搅拌均匀得混合溶液；
（3）用步骤（2）的混合溶液纺丝（将混合溶液用搅拌器搅拌均匀制成胶体混合悬浮液，然后用纺丝设备将胶体混合悬浮液纺成丝，通过不同喷丝板的孔径控制纺丝直径，此采用本领域常规技术即可，因其并非本申请的创新之所在，故此不再赘述），纺丝直径为180μm，并将制成的长丝切成长度为450μm的短丝，即得PVA/CBN复合纤维磨料（见图1）。
采用上述PVA/CBN复合纤维磨料制备的树脂砂轮，砂轮由磨料层和基体组成，磨料层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂液2%、环氧树脂液3%、酚醛树脂粉10%、冰晶石3%，余量为PVA/CBN复合纤维磨料。
上述树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：根据配方先将PVA/CBN复合纤维磨料加入酚醛树脂液和环氧树脂液混合均匀，接着将酚醛树脂粉和冰晶石粉混合混匀，然后将两者混匀得成型料；将成型料倒入砂轮模具中刮平加压成型，成型密度1.76g/cm3；最高固化温度为160℃，固化时间为3h，制成PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮（见图2和3）。
实施例2
本实施例PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将30gPVA粉末加入到100ml水中，浸泡1小时，然后升温至75℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；
（2）向步骤（1）的PVA水溶液中加入粒度为M8/12的CBN磨料微粉50g和粒度为F1000的刚玉微粉1g，搅拌均匀得混合溶液；
（3）用步骤（2）的混合溶液纺丝，纺丝直径为80μm，并将制成的长丝切成长度为400μm的短丝，即得PVA/CBN复合纤维磨料。
采用上述PVA/CBN复合纤维磨料制备的树脂砂轮，砂轮由磨料层和基体组成，磨料层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂液6%、环氧树脂液10%、酚醛树脂粉16%、滑石粉16%，余量为PVA/CBN复合纤维磨料。
上述树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：根据配方先将PVA/CBN复合纤维磨料加入酚醛树脂液和环氧树脂液混合均匀，接着将酚醛树脂粉和滑石粉混合混匀，然后将两者混匀得成型料；将混合料倒入砂轮模具中刮平加压成型，成型密度1.49g/cm3；最高固化温度为150℃，然固化时间为6h，制成PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮。
实施例3
本实施例PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将10gPVA粉末加入到100ml水中，然后升温至85℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；
（2）向步骤（1）的PVA水溶液中加入粒度为M2/4的磨料CBN微粉120g和粒度为F1500的刚玉微粉20g，搅拌均匀得混合溶液；
（3）用步骤（2）的混合溶液纺丝，纺丝直径为40μm，并将制成的长丝切成长度为100μm的短丝，即得PVA/CBN复合纤维磨料。
采用上述PVA/CBN复合纤维磨料制备的树脂砂轮，砂轮由磨料层和基体组成，磨料层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂液4%、环氧树脂液7%、酚醛树脂粉8%、滑石粉10%，余量为PVA/CBN复合纤维磨料。
上述树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤：根据配方先将PVA/CBN复合纤维磨料加入酚醛树脂液和环氧树脂液混合均匀，接着将酚醛树脂粉和滑石粉混合混匀，然后将两者混匀得成型料；将混合料倒入砂轮模具中刮平加压成型，成型密度1.0g/cm3；最高固化温度为130℃，固化时间为10h，制成PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮。
对比例1
本对比例的砂轮与实施例1砂轮的区别在于：本对比例的磨料没有与PVA进行纺丝工艺，即砂轮配方为：磨料层包括以下重量百分比的原料：PVA粉末11.7%，酚醛树脂液2%、环氧树脂液3%、酚醛树脂粉10%、冰晶石粉3%，磨料CBN微粉62.5%和刚玉微粉7.8%（用量同实施例1）。
效果试验数据
以下给出了采用本发明实施例1砂轮与对比例1砂轮在相同磨削条件下（磨床：型号为MM7120A试验改进磨床；砂轮转速：2800rpm；工件材质：Cr12MoV， HRC60-62；工件尺寸的长*宽*厚：200mm*30mm*5mm；磨削余量：0.1mm。）的磨削性能对比，结果见表1。
表1砂轮磨削测试对比
Figure 584698DEST_PATH_IMAGE001
由表1中的数据可知：同等规格的砂轮，本发明实施例1砂轮磨削时间降低22%，磨削比提高7%，磨后工件表面粗糙度基本一致，表明采用PVA/CBN复合纤维磨料后，在这种鸟巢结构作用下，砂轮的磨削效率和耐用度都有明显的提高。

Claims (9)

1.一种PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将PVA粉末加入到水中，然后升温至60～90℃，搅拌直至溶解，制成PVA水溶液；
（2）向步骤（1）的PVA水溶液中加入磨料，得混合溶液；
（3）用步骤（2）的混合溶液纺丝并切割，即得PVA/CBN复合纤维磨料。
2.根据权利要求1所述PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述磨料为CBN和/或刚玉。
3.根据权利要求1所述PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，其特征在于，步骤（3）纺丝直径为30-250μm，切割长度为50-500μm。
4.根据权利要求1所述PVA/CBN复合纤维磨料的制备方法，其特征在于，所述PVA粉末在水中的添加量为0.07-0.45g/ml，磨料的用量为PVA粉末质量的0.4-20倍。
5.权利要求1-4任一所述方法制备得到的PVA/CBN复合纤维磨料。
6.一种PVA/CBN复合纤维磨料树脂砂轮，其特征在于，砂轮由磨料层和基体组成，磨料层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂液2-8%、环氧树脂液3-15%、酚醛树脂粉5-20%、辅料1-20%，余量为PVA/CBN复合纤维磨料。
7.根据权利要求6所述树脂砂轮，其特征在于，所述辅料为冰晶石和/或滑石粉。
8.根据权利要求6-7任一所述树脂砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PVA/CBN复合纤维磨料、酚醛树脂液、环氧树脂液和酚醛树脂粉混匀，然后加入辅料混匀得混合料；将混合料放入模具中成型、固化即得砂轮。
9.权利要求6-7任一所述砂轮用于金属表面的高精度磨削和抛光。
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