[发明专利]一种宝石抛光用浇铸成型微粉金刚石砂轮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工中的超硬材料及制品领域，具体涉及应用于人造宝石（包括锆石、水晶等）抛光用树脂结合剂微粉金刚石砂轮及其制备方法。

背景技术

随着国内人民生活水平的提高，人造宝石（包括锆石、水晶等）在高级服饰、手包、灯具、首饰、饰品等方面的应用越来越多，在中国浙江义乌和广西梧州等地形成了区域性宝石加工聚集区。宝石的磨削加工一般分为三个工序，即粗磨、半精磨和抛光工序，抛光工序目前普遍使用的是氧化铈磨料抛光盘为载体，配合添加游离金刚石溶液，其中游离的金刚石磨料起抛光作用（属于游离研磨方式）。在宝石加工行业，氧化铈抛光盘的使用量很大。

随着国家政策、环保要求及加工性能的要求，氧化铈磨料抛光盘问题凸显，具体有以下几个方面：1、国家稀土矿资源稀有性凸显，氧化铈价格升高，成本增加；2、抛光时需要配合使用游离微粉金刚石溶液，金刚石使用率较低，污染严重；3、抛光效率低。因此，亟需开发出一种新型、环保、高效加工人造宝石的抛光用微粉金刚石砂轮。

此外，据了解，浇铸成型方法已被成功应用于塑料制品的制备中，工艺较成熟；目前该方法在非超硬磨料（即金刚石、立方氮化硼除外）制品的制备中也已实现应用，如氧化铈磨料抛光盘、碳化硅砂轮等。但若将现有的浇铸成型方法直接用于超硬磨料制品的制备中，则存在以下几个方面的问题：1、存在大气孔，且大气孔不可控制；2、微粉金刚石比表面积大，若金刚石添加量大，金刚石与树脂的混合液的流动性较差，成型困难；若金刚石添加量小，不能较好的起到磨削作用；3、结合剂硬度高，则抛光盘容易划伤宝石表面；结合剂硬度低，金刚石容易脱落；4、采用抽真空的除泡方法则制造成本高且不易实现模具的控温。

发明内容

本发明的目的就在于为解决现有技术的不足提供一种新型的制备微粉金刚石砂轮的配方和成型工艺，即浇铸成型配方和工艺，将该配方及工艺应用于研制微粉金刚石砂轮，该砂轮满足宝石抛光加工的环保、高效磨削要求，磨削表面粗糙度达到纳米级。此外，本发明涉及的浇铸成型配方和工艺解决了常压条件下成型过程中存在的不可控大气孔、组织结构疏松的问题。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种宝石抛光用浇铸成型微粉金刚石砂轮，包括砂轮基体、磨料和结合剂组成的磨料层，所述砂轮基体为铝合金；所述磨料为微粉金刚石和碳化硅微粉；所述结合剂由不饱和聚酯树脂液、固化剂、消泡剂和填料组成；磨料层中各原料的重量份数为：微粉金刚石18~28份、碳化硅微粉18.6~22份、不饱和聚酯树脂液50~60份、固化剂1.5~3份、消泡剂为0.3~1份、填料为2~5份。

所述不饱和聚酯树脂液为邻苯型不饱和聚酯树脂。

所述固化剂选自过氧化甲乙酮及环烷酸钴组合物、T-31、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂环族多胺、叔胺的任一种。

所述过氧化甲乙酮及环烷酸钴两者质量比为1:1~5:1。

所述消泡剂为聚醚类消泡剂、有机硅消泡剂、BYK-A555中的任一种。

所述填料为石墨粉、高岭土粉、二硫化铝粉的任一种。

所述微粉金刚石粒度为M0/2-M4/8。

碳化硅微粉粒径为W1或W1.5，或W2.5。

如上所述的宝石抛光用浇铸成型微粉金刚石砂轮的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①将上述金刚石微粉磨料、碳化硅微粉磨料和填料按照配方份额称料后混合均匀，得到混合磨料，混合磨料过140~160目筛得到所需成型料；

②将树脂液加热至140~160℃，加入步骤①中的成型料，搅拌均匀；

③依次加入消泡剂、固定剂，搅拌均匀，得到磨料和结合剂的混合液；

④加热基体和模具至85~95℃，迅速将混合液均匀浇铸于模腔中，保温1-2个小时得到砂轮成品。

本发明的有益效果：

1、本发明涉及的宝石抛光用微粉金刚石砂轮在抛光加工中只需要使用水做冷却液，与之前用微粉金刚石溶液相比，微粉金刚石利用率大幅度提高，且环保；砂轮的硬度高于橡胶结合剂制品，低于常用的酚醛树脂结合剂砂轮，有明显的弹性以及硬度。本发明涉及的砂轮为固结磨具，相比微粉金刚石溶液研磨抛光工艺，具有加工效率高的优点，采用该砂轮抛光锆石、水晶的效率为10-16秒/盘（金刚石粒度为M0/2-M4/8），加工的锆石、水晶表面粗糙度为1.0-7.8×10^-3um，且工件表面无大于0.02mm的崩口，满足加工要求。

2、采用本发明涉及的配方和浇铸成型工艺制备的砂轮气孔小于1mm，且分布均匀，磨料层整体结构致密。