一種寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工中的超硬材料及制品領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于人造寶石(包括鋯石、水晶等)拋光用樹脂結(jié)合劑微粉金剛石砂輪及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)人民生活水平的提高，人造寶石(包括鋯石、水晶等)在高級(jí)服飾、手包、燈具、首飾、飾品等方面的應(yīng)用越來越多，在中國(guó)浙江義烏和廣西梧州等地形成了區(qū)域性寶石加工聚集區(qū)。寶石的磨削加工一般分為三個(gè)工序，即粗磨、半精磨和拋光工序，拋光工序目前普遍使用的是氧化鈰磨料拋光盤為載體，配合添加游離金剛石溶液，其中游離的金剛石磨料起拋光作用(屬于游離研磨方式)。在寶石加工行業(yè)，氧化鈰拋光盤的使用量很大。
[0003]隨著國(guó)家政策、環(huán)保要求及加工性能的要求，氧化鈰磨料拋光盤問題凸顯，具體有以下幾個(gè)方面:1、國(guó)家稀土礦資源稀有性凸顯，氧化鈰價(jià)格升高，成本增加；2、拋光時(shí)需要配合使用游離微粉金剛石溶液，金剛石使用率較低，污染嚴(yán)重；3、拋光效率低。因此，亟需開發(fā)出一種新型、環(huán)保、高效加工人造寶石的拋光用微粉金剛石砂輪。
[0004]此外，據(jù)了解，澆鑄成型方法已被成功應(yīng)用于塑料制品的制備中，工藝較成熟；目前該方法在非超硬磨料(即金剛石、立方氮化硼除外)制品的制備中也已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，如氧化鈰磨料拋光盤、碳化硅砂輪等。但若將現(xiàn)有的澆鑄成型方法直接用于超硬磨料制品的制備中，則存在以下幾個(gè)方面的問題:1、存在大氣孔，且大氣孔不可控制；2、微粉金剛石比表面積大，若金剛石添加量大，金剛石與樹脂的混合液的流動(dòng)性較差，成型困難；若金剛石添加量小，不能較好的起到磨削作用；3、結(jié)合劑硬度高，則拋光盤容易劃傷寶石表面；結(jié)合劑硬度低，金剛石容易脫落；4、采用抽真空的除泡方法則制造成本高且不易實(shí)現(xiàn)模具的控溫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種新型的制備微粉金剛石砂輪的配方和成型工藝，即澆鑄成型配方和工藝，將該配方及工藝應(yīng)用于研制微粉金剛石砂輪，該砂輪滿足寶石拋光加工的環(huán)保、高效磨削要求，磨削表面粗糙度達(dá)到納米級(jí)。此外，本發(fā)明涉及的澆鑄成型配方和工藝解決了常壓條件下成型過程中存在的不可控大氣孔、組織結(jié)構(gòu)疏松的問題。
[0006]本發(fā)明的目的是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪，包括砂輪基體、磨料和結(jié)合劑組成的磨料層，所述砂輪基體為鋁合金；所述磨料為微粉金剛石和碳化硅微粉；所述結(jié)合劑由不飽和聚酯樹脂液、固化劑、消泡劑和填料組成；磨料層中各原料的重量份數(shù)為:微粉金剛石18-28份、碳化硅微粉18.6-22份、不飽和聚酯樹脂液50~60份、固化劑1.5-3份、消泡劑為
0.3~1份、填料為2~5份。
[0007]所述不飽和聚酯樹脂液為鄰苯型不飽和聚酯樹脂。
[0008]所述固化劑選自過氧化甲乙酮及環(huán)烷酸鈷組合物、T-31、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂環(huán)族多胺、叔胺的任一種。
[0009]所述過氧化甲乙酮及環(huán)烷酸鈷兩者質(zhì)量比為1:1~5:1。
[0010]所述消泡劑為聚醚類消泡劑、有機(jī)硅消泡劑、BYK-A555中的任一種。
[0011 ] 所述填料為石墨粉、高嶺土粉、二硫化鋁粉的任一種。
[0012]所述微粉金剛石粒度為M0/2-M4/8。
[0013]碳化硅微粉粒徑為W1或W1.5，或W2.5。
[0014]如上所述的寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
①將上述金剛石微粉磨料、碳化硅微粉磨料和填料按照配方份額稱料后混合均勻，得到混合磨料，混合磨料過140~160目篩得到所需成型料；
②將樹脂液加熱至140~160°C，加入步驟①中的成型料，攪拌均勻；
③依次加入消泡劑、固定劑，攪拌均勻，得到磨料和結(jié)合劑的混合液；
④加熱基體和模具至85~95°C，迅速將混合液均勻澆鑄于模腔中，保溫1-2個(gè)小時(shí)得到砂輪成品。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明涉及的寶石拋光用微粉金剛石砂輪在拋光加工中只需要使用水做冷卻液，與之前用微粉金剛石溶液相比，微粉金剛石利用率大幅度提高，且環(huán)保；砂輪的硬度高于橡膠結(jié)合劑制品，低于常用的酚醛樹脂結(jié)合劑砂輪，有明顯的彈性以及硬度。本發(fā)明涉及的砂輪為固結(jié)磨具，相比微粉金剛石溶液研磨拋光工藝，具有加工效率高的優(yōu)點(diǎn)，采用該砂輪拋光鋯石、水晶的效率為10-16秒/盤(金剛石粒度為M0/2-M4/8)，加工的鋯石、水晶表面粗糙度為1.0-7.8X10 3 um，且工件表面無大于0.02mm的崩口，滿足加工要求。
[0016]2、采用本發(fā)明涉及的配方和澆鑄成型工藝制備的砂輪氣孔小于1mm，且分布均勻，磨料層整體結(jié)構(gòu)致密。
[0017]3、本發(fā)明涉及的澆鑄成型工藝無需抽真空設(shè)備，在常壓條件下即可實(shí)現(xiàn)，且工藝操作簡(jiǎn)便。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明砂輪結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明制備的砂輪磨料層斷面圖；
圖3是本發(fā)明制備的砂輪磨料層俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
一種寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪，如圖1所示，包括砂輪基體2、磨料和結(jié)合劑組成的磨料層1，砂輪基體主要是支撐作用，是砂輪的載體；磨料主要是磨削作用，是砂輪的“牙齒”;結(jié)合劑使磨料粘接在一起，與基體形成一定的形狀，并對(duì)磨料具有很好的把持強(qiáng)度。所述結(jié)合劑和磨料通過澆鑄成型工藝在基體上方形成磨料層，用于寶石的拋光工序中。
[0020]所述砂輪基體為鋁合金；鋁合金基體具有一定的強(qiáng)度，一方面牢固的承載磨料層，一方面與機(jī)床主軸安裝固定，從而能夠保證砂輪在高轉(zhuǎn)速下對(duì)寶石進(jìn)行拋光加工。
[0021 ] 所述磨料為微粉金剛石和碳化硅微粉，微粉金剛石粒度為M0/2-M4/8，碳化硅微粉粒度為Wl、W1.5或W2.5 ;金剛石微粉是該砂輪的主要磨料，碳化硅微粉是該砂輪的輔助磨料，并具有一定的增強(qiáng)作用。以上所述兩種磨料按照一定比例與結(jié)合劑混合攪拌均勻，采用澆鑄成型工藝在相應(yīng)模具中固化、成型為具有拋光作用的磨料層。結(jié)合劑包含樹脂液、固化劑、消泡劑和填料。
[0022]其中樹脂液為鄰苯型不飽和聚酯樹脂，可使用E51、191、196、3301、902、199、191C、196S等的其中任一種，優(yōu)選為191樹脂；固化劑為過氧化甲乙酮及環(huán)烷酸鈷組合物、T-31、低分子聚酰胺、改性芳胺、脂環(huán)族多胺、叔胺、等其他固化劑的任一種，優(yōu)選為過氧化甲乙酮及環(huán)烷酸鈷，過氧化甲乙酮作為引發(fā)劑、環(huán)烷酸鈷作為促進(jìn)劑，兩者按照一定的比例先后添加；消泡劑為聚醚類消泡劑(牌號(hào)可為DF-8205、DF-876、DF-886等)、有機(jī)硅消泡劑(牌號(hào)可為EL-2708、EL-2713等)、BYK-A555中的一種，優(yōu)選為BYK-A555 ;填料選自石墨粉、高嶺土粉、二硫化鋁粉中的一種，優(yōu)選為石墨粉。
[0023]磨料層中各原料的重量份數(shù)為:微粉金剛石18~28份、碳化硅微粉18.6-22份、不飽和聚酯樹脂液50~60份、固化劑1.5-3份、消泡劑為0.3~1份、填料為2~5份；引發(fā)劑和促進(jìn)劑兩種物質(zhì)的質(zhì)量比為1:1~5:1。
[0024]如上所述的寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
①將上述金剛石微粉磨料、碳化硅微粉磨料和填料按照配方份額稱料后放入玻璃瓶中震蕩2分鐘，混合均勻，得到混合磨料，混合磨料勻速攪拌，過140~160目篩得到所需成型料；
②將樹脂液充分加熱至140~160°C，加入步驟①中的成型料，攪拌均勻；
③加入消泡劑，勻速攪拌2-5分鐘；加入固定劑勻速攪拌1-3分鐘，得到磨料和結(jié)合劑的混合液；
④加熱基體和模具至85~95°C，迅速將混合液均勻澆鑄于模腔中，可輔助短時(shí)的輕微震動(dòng)；保溫1-2個(gè)小時(shí)即可得到本發(fā)明所述的砂輪成品。采用該澆鑄成型方法制備的該砂輪具有一定的強(qiáng)度、韌性和彈性。
[0025]本發(fā)明采用開發(fā)的新型澆鑄成型配方和工藝制備出了寶石拋光用樹脂結(jié)合劑微粉金剛石砂輪，該砂輪氣孔小、分布均勻、結(jié)構(gòu)致密，兼具強(qiáng)度、彈性和鋒利度，能夠較好的滿足寶石拋光加工。該產(chǎn)品在寶石拋光加工中為首創(chuàng)，該配方和澆鑄成型工藝也為首次應(yīng)用于超硬材料磨具制造中。
[0026]實(shí)施例2
一種寶石拋光用澆鑄成型微粉金剛石砂輪，磨料層原料及重量份數(shù)分別為:磨料為微粉金剛石和碳化硅微粉，微粉金剛石粒度為M1/2，22.5份；碳化硅微粉粒度為W1.5，19.5份；石墨粉為3.6份；不飽和聚酯樹脂樹脂液為191樹脂，52.8份；固化劑選用過氧化甲乙酮和環(huán)烷酸鈷，二者共2.5份，過氧化甲乙酮和環(huán)烷酸鈷質(zhì)量比為2:1 ;消泡劑為BYK-A555，
0.5 份。
[0027]澆鑄成型工藝參數(shù)如下:
1、將上述金剛石微粉磨料、碳化硅微粉磨料和石墨粉按照配方份額稱料后，放入玻璃瓶中震蕩2分鐘，得到混合磨料；
2、將步驟1所得混合磨料，勻速攪拌，過150目篩網(wǎng)3次得到所需成型料；
3、將樹脂液充分加熱至150°C，加入步驟2中的成型料，攪拌均勻；
4、加入消泡劑，勻速攪拌4分鐘；<