[发明专利]陶瓷空心球复合结合剂立方氮化硼砂轮工作层及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷空心球复合结合剂立方氮化硼（cubic boron nitride，简称CBN）砂轮工作层及其制造方法，属于超硬磨料工具制造领域。

背景技术

钛合金、镍基高温合金等高强韧性难加工材料的高效磨削工具是高性能立方氮化硼（CBN）超硬磨料砂轮。立方氮化硼砂轮主要由CBN磨粒、结合剂（胎体材料）、气孔、以及砂轮基体（轮毂）四部分组成。其中，前三部分合称为工作层，是砂轮起磨削作用的部分，而砂轮基体主要起支承工作层作用。对砂轮工作层而言，磨粒是磨削行为的主体，结合剂主要起将磨粒粘结成具有一定几何形状工具的作用，而气孔主要通过容屑、排屑、散热等作用直接影响磨削效率和质量，同时多孔结构还可在一定程度上降低砂轮的修整难度。另一方面，因为以镍基高温合金为代表的高强韧性难加工材料具有高效磨削过程中材料去除率高、负荷重、磨削生成热多的特点，理论上CBN超硬磨料砂轮应具备高锋利度、高型面稳定性与高耐用度的综合优异性能。因此，CBN砂轮工作层除需具备强耐磨性、高磨粒把持力与锋利切削刃外，还必须同时满足高气孔率与高强度的要求。

尽管现阶段广泛使用的传统树脂结合剂CBN砂轮、金属结合剂CBN砂轮与陶瓷结合剂CBN砂轮在普通磨削工艺中各具独特的性能优势，但它们均难以满足高效磨削对砂轮工作层的高要求。例如：

树脂结合剂CBN砂轮由于树脂结合剂耐热性差、弹性大、磨削热易导致树脂软化分解而不能牢固把持磨粒等原因，在高效深切磨削中受到局限性，主要用于低负荷精密磨削。

金属结合剂CBN砂轮主要包括多层烧结、单层电镀与单层钎焊三种。多层金属结合剂砂轮具有结合强度高、韧性好、耐磨性好、能承受重负荷磨削等优点，然而其自锐性差、容屑空间不足，磨削金属材料时工件粘着和砂轮堵塞情况严重，易烧伤工件，为此必须频繁修整砂轮。但是，多层砂轮的工作层通常为致密组织，在砂轮使用之初和磨损后的精密整形和修锐都非常困难。此外，电镀和钎焊超硬磨料砂轮尽管具有形状精度高、砂轮锋利的优势，但只有单层磨粒，在高效磨削中砂轮寿命仍较短，并且修整也困难。

陶瓷结合剂CBN砂轮具有充足的气孔、不易堵塞、自锐性好、切削锋利、易修整修锐等优势，但不可避免地又具有陶瓷材料脆性大，韧性、抗冲击性、抗疲劳性能差的缺点。这也使得普通陶瓷CBN砂轮在高速/超高速磨削领域的应用受到一定程度限制。此外，陶瓷材料内部气孔的形状与大小一致性差，分布也极不均匀，这一点与多孔金属结合剂砂轮工作层内部气孔形状、尺寸、分布不均匀类似，如图1所示。因此，尽管陶瓷砂轮工作层的整体强度可满足高效磨削要求，但其局部强度往往不足，重负荷磨削条件下砂轮易崩边，如图2所示。这不仅降低砂轮的锋利程度和高速旋转安全性，更无法获得稳定的磨削质量。

CBN超硬磨料砂轮存在的上述固有缺陷和弊端使得现阶段高效深切磨削难加工材料过程中出现了工件易烧伤、砂轮修整频繁、磨削质量稳定性差的共性问题。为了获得要求的加工质量目标，不得不降低材料去除率，导致难以实现预期的高效率磨削加工。为此，迫切需要开发一种兼具高气孔率与高强度的砂轮工作层。

发明内容

本发明提出一种陶瓷空心球复合结合剂CBN砂轮工作层制造方法。

一种陶瓷空心球复合结合剂CBN砂轮工作层，其特征在于，所述的CBN砂轮工作层的原料组分以及质量百分比含量为：

15-25 %的CBN磨粒、

5%的石墨颗粒、

70-80%的陶瓷空心球复合结合剂；

所述的陶瓷空心球复合结合剂的原料组分以及质量百分比含量为：

5%-15%的氧化铝（Al₂O₃）陶瓷空心球颗粒，85-95% Cu-Sn-Ti活性胎体合金，其中，陶瓷空心球颗的Cu-Sn-Ti活性胎体合金中各组分的含量为：10%Ti，60%Cu、30%Sn；

所述的CBN磨粒粒径为100-200微米、石墨颗粒的粒径分别为35-50微米；氧化铝（Al₂O₃）陶瓷空心球颗粒直径为100-120微米；Cu-Sn-Ti活性胎体合金粉末颗粒的粒径为20-30微米。

制备上述陶瓷空心球复合结合剂CBN砂轮工作层的方法，其特征在于包括以下的步骤：