本發(fā)明涉及超硬材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種CBN砂輪。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代機(jī)械加工朝著高精度、高速度、硬加工、干加工(無(wú)冷卻液)及降低成本等方向發(fā)展，對(duì)超硬磨具的性能提出了相當(dāng)高的要求。目前常用的超硬磨削材料包括立方氮化硼（CBN）和金剛石磨料兩種。CBN磨料雖然硬度次于金剛石，但其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，尤其是不會(huì)與鐵及鐵合金發(fā)生反應(yīng)，因而在鐵基合金材料如淬硬鋼、高速工具鋼、軸承鋼、不銹鋼、模具鋼、耐熱鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼和高鉻鑄鐵，以及鈦合金與鎳基高溫合金等諸多高強(qiáng)韌性難加工材料的磨削中得到了廣泛應(yīng)用。CBN超硬磨具（砂輪）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關(guān)鍵問(wèn)題。

在超硬磨具中用于固結(jié)磨粒的結(jié)合劑是影響超硬磨具性能的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的超硬磨具(砂輪)的結(jié)合劑多采用樹(shù)脂、陶瓷、金屬等三種材料。樹(shù)脂結(jié)合劑易加工修整，然而其使用溫度低，結(jié)合強(qiáng)度和對(duì)磨料的把持力較低，磨料易脫落，磨削精度差；陶瓷結(jié)合劑具有較好的結(jié)合強(qiáng)度，把持力高，使用溫度高，然而其脆性大，導(dǎo)熱性差，抗沖擊和疲勞性能較差，難適用于高速加工。而現(xiàn)有的金屬結(jié)合劑雖然具有良好的強(qiáng)韌性配合和耐熱性，但是通常存在結(jié)合劑與磨粒之間不能產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合的問(wèn)題，因而磨粒僅僅被機(jī)械包埋鑲嵌在結(jié)合劑中，把持力有限；容易因磨料呈顆粒脫落而導(dǎo)致砂輪的失效，在難加工材料的高效磨削時(shí)尤其明顯；另外，磨料出露高度低，容屑空間小，磨削時(shí)很容易因切屑的粘附堵塞而失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種具有良好的抗沖擊性和形狀保持性，能承受高速磨削過(guò)程中的較大載荷的CBN砂輪，其具體的技術(shù)方案如下：

一種CBN砂輪，其包括鋼芯、磨料圈，鋼芯和磨料圈通過(guò)結(jié)合劑結(jié)合在一起，磨料圈由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料30~70%，金屬結(jié)合劑20~60%，輔助粘結(jié)劑2~10%。

優(yōu)化地，金屬結(jié)合劑由以下材料組成：Cu粉 40～60%，Sn 粉20-40%，TiH₂ 粉2-20%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。

優(yōu)化地，Cu粉、Sn粉和TiH₂粉的粒徑范圍均為10-150μm。

優(yōu)化地，具有以下組成與體積百分比：CBN磨料12.5~50%，金屬結(jié)合劑5~45%，孔隙15~45%。

優(yōu)化地，輔助粘結(jié)劑設(shè)置為丙烯酸乳液。

一種CBN砂輪的生產(chǎn)方法，其特征在于：其包括下列步驟：

A、混料：按權(quán)利要求1、2的配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH₂粉混合，加入輔助粘結(jié)劑混合2~8h，得到混合料；

B、烘干：將步驟A混合均勻的原料加熱至100~150oC，保溫3~4小時(shí)；

C、成型：將步驟B烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為50~120 MPa， 保壓30~60分鐘；

D、燒結(jié)：將步驟C砂輪磨料圈生坯在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為800~1050 oC，升溫速率3~10 oC/分鐘，保溫時(shí)間30~120 分鐘，之后冷卻，低于50 oC出爐；

E、粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，去除毛邊，修整成型。

優(yōu)化地，Cu粉、Sn粉和TiH₂粉的粒徑范圍設(shè)置為10-150μm。

優(yōu)化地，步驟A用混合機(jī)混料，步驟B中用烘干機(jī)烘干，步驟D中用燒結(jié)爐燒結(jié)。

本發(fā)明的CBN砂輪具有良好的熱導(dǎo)率有利于降低磨削溫度，從而降低功率損耗，提高磨削速度；配方中的輔助粘結(jié)劑有利于孔隙的形成，結(jié)合金屬結(jié)合劑把持力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以有效增大容屑空間，磨料的利用更加充分；砂輪具有磨削效率高、磨削溫度低、功率損耗低、加工精度好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

本發(fā)明提供的制備方法，燒結(jié)時(shí)間短，有利于保持磨料特性，金屬結(jié)合劑、孔隙率和燒結(jié)溫度、時(shí)間的控制，使砂輪在工作過(guò)程中具有良好的熱導(dǎo)率和較大的容屑空間，在高速磨削過(guò)程中也不易堵塞，磨削鋒利，磨削精度高，且具有自銳性。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的金屬結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的原料組分組成：Cu 52%，Sn 32%，TiH₂16%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%；上述原料為Cu粉、Sn粉和TiH2粉；上述原料粉粒徑均為30μm。

本實(shí)施例的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料48%，金屬結(jié)合劑粉45%，輔助粘結(jié)劑7%。上述CBN磨料的粒徑為20μm。

上述CBN砂輪的制備方法如下：

（1）混料：按配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合機(jī)中，加入輔助粘結(jié)劑混合4h，得到混合料；

（2）烘干：將步驟1混合均勻的原料放入烘干機(jī)中加熱至120oC，保溫3h；

（3）成型：將步驟2烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為70MPa，保壓40min；

（4）燒結(jié)：將砂輪磨料圈生坯置入燒結(jié)爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為950oC，升溫速率5oC/min，保溫時(shí)間30min，之后隨爐冷卻，低于50oC出爐；

（5）粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，在砂輪修整磨床上去除毛邊，修整成型。

本實(shí)施例的輔助粘結(jié)劑設(shè)置為丙烯酸乳液。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的金屬結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的原料組分組成：Cu 粉52%，Sn 粉32%，TiH₂粉16%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%；上述原料粉粒徑均為60μm。

本實(shí)施例的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料45%，金屬結(jié)合劑粉48%，輔助粘結(jié)劑7%。上述CBN磨料的粒徑為45μm。

CBN砂輪的制備過(guò)程如下：

（1）混料：按配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉，加入輔助粘結(jié)劑人工混合4h，得到混合料；

（2）烘干：將步驟1混合均勻的原料放入到加熱器中，加熱至120oC，保溫3h；

（3）成型：將步驟2烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為70MPa，保壓40min；

（4）燒結(jié)：將砂輪磨料圈生坯在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為950oC，升溫速率5 oC /min，保溫時(shí)間30min，之后冷卻，低于50oC出爐；

（5）粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，在砂輪修整磨床上去除毛邊，修整成型。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例的金屬結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的原料組分組成：Cu 粉60%，Sn 粉20%，TiH₂粉20%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%；上述原料粉粒徑均為80μm。

本實(shí)施例的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料45%，金屬結(jié)合劑粉48%，輔助粘結(jié)劑7%。上述CBN磨料的粒徑為80μm。

CBN砂輪的制備過(guò)程如下：

（1）混料：按配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合機(jī)中，加入輔助粘結(jié)劑混合4h，得到混合料；

（2）烘干：將步驟1混合均勻的原料放入烘干機(jī)中加熱至120oC，保溫3h；

（3）成型：將步驟2烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為70MPa，保壓40min；

（4）燒結(jié)：將砂輪磨料圈生坯置入燒結(jié)爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為950oC，升溫速率5 oC /min，保溫時(shí)間30min，之后隨爐冷卻，低于50oC出爐；

（5）粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，在砂輪修整磨床上去除毛邊，修整成型。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例的金屬結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的原料組分組成：Cu 粉50%，Sn 粉48%，TiH₂粉2%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%；上述原料粉粒徑均為100μm。

本實(shí)施例的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料45%，金屬結(jié)合劑粉48%，輔助粘結(jié)劑7%。上述CBN磨料的粒徑為80μm。

CBN砂輪的制備過(guò)程如下：

（1）混料：按配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合機(jī)中，加入輔助粘結(jié)劑混合4h，得到混合料；

（2）烘干：將步驟1混合均勻的原料放入烘干機(jī)中加熱至120oC，保溫3h；

（3）成型：將步驟2烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為70MPa，保壓40min；

（4）燒結(jié)：將砂輪磨料圈生坯置入燒結(jié)爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為950oC，升溫速率5 oC /min，保溫時(shí)間30min，之后隨爐冷卻，低于50oC出爐；

（5）粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，在砂輪修整磨床上去除毛邊，修整成型。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例的金屬結(jié)合劑，由以下質(zhì)量百分比的原料組分組成：Cu 52%，Sn 32%，TiH216%；各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%；上述原料為Cu粉、Sn粉和TiH2粉；上述原料粉粒徑均為150μm。

本實(shí)施例的CBN砂輪，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：CBN磨料45%，金屬結(jié)合劑粉48%，輔助粘結(jié)劑7%。上述CBN磨料的粒徑為80μm。

CBN砂輪的制備過(guò)程如下：

（1）混料：按配方取CBN磨料，Cu粉，Sn粉和TiH2粉放入混合機(jī)中，加入輔助粘結(jié)劑混合4h，得到混合料；

（2）烘干：將步驟1混合均勻的原料放入烘干機(jī)中加熱至120oC，保溫3h；

（3）成型：將步驟2烘干后的原料過(guò)篩，均勻投入模具內(nèi)，于液壓機(jī)冷壓成型，壓力為70MPa，保壓40min；

（4）燒結(jié)：將砂輪磨料圈生坯置入燒結(jié)爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為950oC，升溫速率5 oC /min，保溫時(shí)間30min，之后隨爐冷卻，低于50oC出爐；

（5）粘結(jié)：使用樹(shù)脂膠粘劑將燒結(jié)后的砂輪磨料圈坯體與鋼芯粘合，在砂輪修整磨床上去除毛邊，修整成型。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。