一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮及其生产工艺的制作方法

2021-01-30 14:01:51|

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本申请涉及磨具技术领域，更具体地说，它涉及一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮及其生产工艺。

背景技术：

轴承是机械设备中的一种重要零部件，能够支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦。轴承的性能会影响设备的性能发挥，而轴承的加工精度是影响轴承性能的重要因素。

滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承，滚子轴承又可分为圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和滚针轴承等多种类型，其中圆锥滚子轴承能够承受较大的径向载荷和轴向载荷，应用广泛。在圆锥滚子轴承生产中，圆锥滚子的磨削，特别是球形端面的磨削加工极为关键。有的圆锥滚子球形端面的磨削是通过磁盘进行送料的，在送料过程中会给圆锥滚子带来有害的残磁，所以现在大部分圆锥滚子加工时都采用无磁球形端面磨床。一般是采用实心圆柱形砂轮的圆锥滚子球形端面磨床，送料盘和砂轮的轴线处于同一平面内，砂轮的工作端面为凹球面，圆锥滚子在送料盘的带动下从砂轮端面的中心通过后被磨削成形。

授权公告号为cn202540161u的中国实用新型专利公开了一种圆锥滚子球基面无磁磨削磨床用复合砂轮，该砂轮包括砂轮本体，砂轮本体由粗磨粒层和细磨粒层组成，粗磨粒层内部设置有细磨粒层，粗磨粒层为圆筒形，细磨粒层为圆柱形。

针对上述相关技术，发明人认为其砂轮的磨削面被分为两个区域，工件被磨削过程中，受力不均匀，很容易导致工件的磨削质量降低。

技术实现要素：

为了提高磨削层的均匀性，本申请提供一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮及其生产工艺。

第一方面，本申请提供的一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮采用如下的技术方案：一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮，包括底层以及设置在底层上的磨削层，所述底层主要由如下重量份数的底层原料制成：铬砂8-12份、酚醛树脂a1.5-2.0份、石膏粉0.5-0.8份，所述磨削层主要由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉8-10份、绿碳化硅0.8-1.5份、环氧树脂0.3-0.6份、二丁酯0.2-0.3份、酚醛树脂b0.95-1.2份。

通过采用上述技术方案，砂轮设置为底层和磨削层，在砂轮对工件进行磨削时，只有磨削层对工件作用，磨削效果更加均匀。而且本申请的砂轮的底层原料中加入石膏，能够提高底层的强度，还能使底层在固化过程中不易产生形变，能够实现对底层中的预埋件(螺栓等)的良好定位，提高最终制得的砂轮在安装时的定位精度，也使砂轮在运转过程中更加稳定。

磨削层采用了白刚玉和绿碳化硅两种磨料，绿碳化硅能够对提高磨削层的强度，起到补强的作用。由于本申请的砂轮的磨削层厚度相对较大，在使用过程中，砂轮内部容易导致热量集中，绿碳化硅能够起到良好的导热作用，将砂轮内部的热量导出，降低了砂轮内部的温度，进一步提高了砂轮使用时的稳定性。绿碳化硅的加入还可以提高砂轮表面的光洁度。

优选的，所述底层主要由如下重量份数的底层原料制成：铬砂10份、酚醛树脂a1.7份、石膏粉0.6份，所述磨削层主要由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉9份、绿碳化硅1份、环氧树脂0.4份、二丁酯0.25份、酚醛树脂b1.05份。

通过采用上述技术方案，对砂轮各层的原料的配比进行了优化，制得的砂轮的磨削性能更好，使用寿命更长。

优选的，所述底层原料中铬砂的粒度为36#、46#、50#中的任意一种。

通过采用上述技术方案，底层原料中的铬砂的粒度较大，提高了底层的强度和抗冲击性，能够使砂轮在使用过程中更加稳定。

优选的，所述磨削层原料中白刚玉的粒度为180#、240#、280#中的任意一种；所述磨削层原料中绿碳化硅的粒度为2000#、2500#、3000#中的任意一种。

通过采用上述技术方案，磨削层中的磨料比底层的磨料的粒径更小，能够使砂轮对滚子的磨削更加均匀、细腻，有利于提高磨削工件的表面质量。由于绿碳化硅的硬度更大，设置磨削层中的绿碳化硅的粒度相对于白刚玉的粒度更小，能够提高工件表面的平整度。

优选的，所述底层原料中的酚醛树脂a为酚醛树脂液和酚醛树脂粉按照质量比35-55:100-120组成。

通过采用上述技术方案，底层原料中的酚醛树脂采用两种不同规格的酚醛树脂混合得到，可以采用酚醛树脂液先与铬砂混合均匀，使液体的酚醛树脂包裹在铬砂表面，然后再与石膏粉混合后再与酚醛树脂粉混合，使石膏粉粘附在铬砂表面的酚醛树脂液上，而酚醛树脂粉包裹在石膏粉外，提高了各原料的粘合强度和粘结均匀性。

第二方面，本申请提供的一种轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺采用如下的技术方案：

一种如上述的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺，包括如下步骤：

1)在模具中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后加入混合均匀的磨削层原料，刮平；

2)用具有球形凸面的压头压制成型；然后在3-5h内升温至90-100℃，然后再在16-22h内升温至130-140℃，然后再在3-5h内升温至160-165℃，保温6-8h，冷却，即得。

通过采用上述技术方案，砂轮在制备时，先加入底层原料然后加入磨削层原料，再压制成型，能够提高两层之间的结合力。在烧结时，采用多段升温的升温机制，减少了升温过程中气体来不及排出导致的气孔、炸纹、层裂、坍塌等的出现。

优选的，步骤1)中在摊平后底层原料的上表面刮出凹面再加入混合均匀的磨削层原料。

通过采用上述技术方案，在摊平后的底层原料的上表面刮出凹面后再加入磨削层原料，能够使最终制得的底层和磨削层之间的界面保持凹面，使底层呈现中心薄四周厚的形状，将底层中的预埋件设置在底层较厚的部位，而中心部位相对较薄，可以使对应的磨削层的中心凸出，在砂轮使用时，磨削到接近底层的位置时仍能保持磨削球面，提高了磨削层的有效利用率。

优选的，混合均匀的底层原料由包括如下步骤的方法制得：将铬砂与酚醛树脂液混合均匀，然后再与石膏粉混合均匀，然后再与酚醛树脂粉混合均匀。

通过采用上述技术方案，将铬砂先与酚醛树脂液混合均匀，铬砂颗粒表面包裹一层液态的酚醛树脂，再与石膏粉混合时可以使石膏粉粘附在酚醛树脂液表面，形成一层非常均匀的石膏粉层，最后再与酚醛树脂粉混合，能够使外层的石膏粉上也均匀地粘附上酚醛树脂粉，在固化后，使铬砂颗粒和石膏粉都均匀牢固地粘结在一起。

优选的，步骤1)中混合均匀的磨削层原料由包括如下步骤的方法制得：将环氧树脂液、二丁酯混合均匀，然后加入白刚玉混合均匀，然后加入绿碳化硅混合均匀，然后加入酚醛树脂b混合均匀，酚醛树脂b为酚醛树脂粉。

通过采用上述技术方案，将环氧树脂液与二丁酯混合均匀，二丁酯能够降低环氧树脂的粘度，提高环氧树脂的流动性，也便于延长环氧树脂液与二丁酯混合液的储存时间，便于随用随取。再与铬砂混合后，能够使白刚玉表面包裹一层液态结合剂。绿碳化硅颗粒的表面镜面效应非常强，浸润效果差，在白刚玉颗粒表面包裹液态结合剂后，再加入绿碳化硅颗粒上，使得绿碳化硅在原料中的分散更加均匀，结合强度更高。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.本申请的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮包括底层和磨削层，底层采用铬砂、酚醛树脂和石膏粉作为原料，能够使底层具有更高的强度，也减少了树脂固化时的形变，便于通过底层去固定砂轮，提高了砂轮在使用过程中的稳定性。磨削层加入了绿碳化硅，协同改善了磨削效果，还有利于磨削层内部热量的导出。

2.本申请的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺中，在烧结时采用了多段升温的方式，使原料中的气体能够充公分排出，减少了气泡周围出现硬化的现象，也减少了升温过程中气体来不及排出导致的气孔、炸纹、层裂、坍塌等的出现。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请的砂轮为轴承滚子磨削砂轮。进一步的，砂轮为圆锥轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮。

本申请的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮，包括底层以及设置在底层上的磨削层，底层主要由如下重量份数的底层原料制成：铬砂8-12份、酚醛树脂a1.5-2.0份、石膏粉0.5-0.8份；

磨削层主要由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉8-10份、绿碳化硅0.8-1.5份、环氧树脂0.3-0.6份、二丁酯0.2-0.3份、酚醛树脂b0.95-1.2份。

进一步的，底层的原料中铬砂的粒度为46#。粒径为350-440μm。磨削层的原料中白刚玉的粒度为240#。粒径为53-63μm。磨削层的原料中绿碳化硅的粒度为2500#。粒径为5-6μm。

铬砂为铬矿渣(铬矿砂)。

进一步的，底层原料中的酚醛树脂a为酚醛树脂液和酚醛树脂粉按照质量比50:105组成或者按照50:120组成。进一步的，酚醛树脂液为酚醛树脂液2124，酚醛树脂粉为酚醛树脂粉2123。进一步的，酚醛树脂液2124的固含量为56.2％。

进一步的，磨削层的原料中的环氧树脂为环氧树脂液，进一步的，酚醛树脂液为酚醛树脂液860。磨削层的原料中的酚醛树脂b为酚醛树脂粉，进一步的，酚醛树脂粉为酚醛树脂粉2123。

底层的成型密度为2.06g/cm³。磨削层的成型密度为1.8-2.04g/cm³。

石膏粉为半水石膏粉。

进一步的，磨削层原料还包括1-1.5重量份的磨粉。磨粉是本申请的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮在加工滚子时产生的磨削碎屑。

磨削层原料还包括0.5-0.8重量份的弹性增强剂，弹性增强剂由重量比为10-12:5-7的硅溶胶、乙炔黑组成。

磨削层的原料还包括0.2-0.5重量份的乙烯-马来酸酐-醋酸乙烯共聚物。磨削层的原料还包括0.05-0.06重量份的氧化铈。

本申请的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺，包括如下步骤：1)在模具中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后加入混合均匀的磨削层原料，刮平；2)用具有球形凸面的压头压制成型；然后在3-5h内升温至90-100℃，然后再在16-22h内升温至130-140℃，然后再在3-5h内升温至160-165℃，保温6-8h，冷却，即得。优选的，在16-22h内升温至130-140℃是先在13-16h内升温至110-120℃，然后再在3-6h内升温至130-140℃。

优选的，步骤1)中在摊平后底层原料的上表面刮出凹面再加入混合均匀的磨削层原料。刮出的凹面为圆锥面或者球形凹面。进一步的，刮出凹面后，采用5-8n/mm²的压力压实，然后将压实后的表面再刮毛。刮毛是采用将表面带刺的刮板将压实后的凹面旋刮处理。

混合均匀的底层原料制备时，将铬砂与酚醛树脂液混合均匀是以45-55rpm的转速搅拌10-15min。加入石膏粉混合均匀是以60-70rpm的转速搅拌3-5min。加入酚醛树脂粉搅拌均匀是以30-40rpm的转速搅拌3-7min。加入酚醛树脂粉混合均匀后进行筛松。

进一步的，将铬砂与磨粉混合均匀后再与酚醛树脂液混合均匀。

混合均匀的磨削层原料制备时，将环氧树脂液与二丁酯混合均匀时是在80℃混合均匀。将环氧树脂液与二丁酯混合均匀后加入白刚玉混合均匀是以55-65rpm的转速搅拌1-1.5h。然后加入绿碳化硅混合均匀是以40-50rpm的转速搅拌1-1.5h。然后加入酚醛树脂粉混合均匀是以30-40rpm的转速搅拌25-35min。在加入酚醛树脂粉混合均匀后进行筛松。

步骤1)中在加入底层原料前先在模具中固定预埋件。预埋件为螺栓。

步骤2)中压制成型的压力为20-30n/mm²。

冷却是冷却至室温。

实施例1

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，底层整体为圆柱形结构，底层的一个端面为平面，另一个端面为圆锥形凹面。磨削层整体外形为圆柱形结构，磨削层的与底层相结合的一个端面为圆锥形凸面，另一个端面为球形凹面。磨削层的直径与底层的直径相等，磨削层的为圆锥形凸面的端面与底层的圆锥凹面的端面固定连接。磨削层的直径为250mm，磨削层的长度为100mm，底层的长度为30mm。底层远离磨削层的端面上嵌设有六个预埋螺母，六个预埋螺母绕底层的轴线均匀间隔分布。

底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂8份、酚醛树脂a1.5份、石膏粉0.5份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉8份、绿碳化硅0.8份、环氧树脂0.3份、二丁酯0.20份、酚醛树脂b0.95份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为36#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比55:105组成。底层原料中的石膏为半水石膏粉。

磨削层原料中的白刚玉的粒度为180#，绿碳化硅的粒度为2000#。磨削层原料中环氧树脂为环氧树脂液860，固含量为99％，粘度为10000mpas。酚醛树脂b为酚醛树脂粉，具体为酚醛树脂2123。

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺包括如下步骤：

1)将铬砂加入混料锅中，然后加入酚醛树脂液2124，以55rpm的转速搅拌10min，然后加入石膏粉，以64rpm的转速搅拌4min，然后加入酚醛树脂粉2123以40rpm的转速搅拌3min，得到混合均匀的底层原料；

将环氧树脂液加热至80℃，然后加入二丁酯混合均匀，冷却，得到混合液备用；

将白刚玉加入混料锅中，然后加入混合液，以55rpm的转速搅拌1.5h，然后加入绿碳化硅，以40rpm的转速搅拌1.5h，然后加入酚醛树脂粉，以32rpm的转速搅拌30min，得到混合均匀的磨削层原料；

2)在模具中，通过固定螺栓将预埋螺母固定在模具的腔体底部，然后向模具腔体中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后用刮板将摊平后的表面刮出中间低两边高的圆锥形凹面，然后向圆锥形凹面上入混合均匀的磨削层原料，然后采用具有球形面的压头，以20n/mm²的压力压制成型；

3)然后在5h内升温至90℃，然后再在18h内升温至130℃，然后再在5h内升温至165℃，保温7h，冷却至室温，即得。

实施例2

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，具体结构与实施例1中的砂轮结构相同。

底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂12份、酚醛树脂a2.0份、石膏粉0.8份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉10份、绿碳化硅1.5份、环氧树脂0.6份、二丁酯0.3份、酚醛树脂b1.2份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为50#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比50:120组成。底层原料中的石膏为半水石膏粉。

磨削层原料中的白刚玉的粒度为280#，绿碳化硅的粒度为3000#。磨削层原料中环氧树脂为环氧树脂860，环氧树脂为环氧树脂液，固含量为99％，粘度为10000mpas。酚醛树脂b为酚醛树脂粉，具体为酚醛树脂2123。

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺包括如下步骤：

1)将铬砂加入混料锅中，然后加入酚醛树脂液2124，以45rpm的转速搅拌15min，然后加入石膏粉，以70rpm的转速搅拌3min，然后加入酚醛树脂粉2123以30rpm的转速搅拌7min，得到混合均匀的底层原料；

将环氧树脂液加热至80℃，然后加入二丁酯混合均匀，冷却，得到混合液备用；

将白刚玉加入混料锅中，然后加入混合液，以65rpm的转速搅拌1h，然后加入绿碳化硅，以50rpm的转速搅拌1h，然后加入酚醛树脂粉，以30rpm的转速搅拌40min，得到混合均匀的磨削层原料；

2)在模具中，通过固定螺栓将预埋螺母固定在模具的腔体底部，然后向模具腔体中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后用刮板将摊平后的表面刮出中间低两边高的圆锥形凹面，然后向圆锥形凹面上入混合均匀的磨削层原料，然后采用具有球形面的压头，以30n/mm²的压力压制成型；

3)然后在4h内升温至100℃，然后再在20h内升温至140℃，然后再在4h内升温至160℃，保温8h，冷却至室温，即得。

实施例3

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，具体结构与实施例1中的砂轮结构相同。

底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂10份、磨粉1份酚醛树脂a1.7份、石膏粉0.6份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉9份、绿碳化硅1份、环氧树脂0.4份、二丁酯0.25份、酚醛树脂b1.05份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为46#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比40:100组成。底层原料中的石膏为半水石膏粉。

磨削层原料中的白刚玉的粒度为240#，绿碳化硅的粒度为2500#。磨削层原料中环氧树脂为环氧树脂860，环氧树脂为环氧树脂液，固含量为99％，粘度为10000mpas。酚醛树脂b为酚醛树脂粉，具体为酚醛树脂2123。

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺包括如下步骤：

1)将铬砂与磨粉加入混料锅中混合均匀，然后加入酚醛树脂液2124，以50rpm的转速搅拌12min，然后加入石膏粉，以60rpm的转速搅拌5min，然后加入酚醛树脂粉2123以35rpm的转速搅拌5min，得到混合均匀的底层原料；

将环氧树脂液加热至80℃，然后加入二丁酯混合均匀，冷却，得到混合液备用；

将白刚玉加入混料锅中，然后加入混合液，以60rpm的转速搅拌1.2h，然后加入绿碳化硅，以45rpm的转速搅拌1.2h，然后加入酚醛树脂粉，以40rpm的转速搅拌28min，得到混合均匀的磨削层原料；

2)在模具中，通过固定螺栓将预埋螺母固定在模具的腔体底部，然后向模具腔体中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后用刮板将摊平后的表面刮出中间低两边高的圆锥形凹面，然后向圆锥形凹面上入混合均匀的磨削层原料，然后采用具有球形面的压头，以22n/mm²的压力压制成型；

3)然后在3h内升温至100℃，然后再在22h内升温至130℃，然后再在3h内升温至165℃，保温6h，冷却至室温，即得。

实施例4

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，具体结构与实施例1中的砂轮结构相同。

底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂10份、磨粉1.5份、酚醛树脂a1.7份、石膏粉0.6份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉9份、绿碳化硅1份、环氧树脂0.4份、二丁酯0.25份、酚醛树脂b1.05份、弹性增强剂0.5份、乙烯-马来酸酐-醋酸乙烯共聚物0.3份、氧化铈0.05份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为46#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比50:120组成。底层原料中的石膏为半水石膏粉。

弹性增强剂由重量比为10:5的硅溶胶、乙炔黑组成。

本实施例的轴承滚子球基面磨削无磁磨砂轮的生产工艺包括如下步骤：

1)将铬砂和磨粉加入混料锅中混合均匀，然后加入酚醛树脂液2124，以50rpm的转速搅拌12min，然后加入石膏粉，以60rpm的转速搅拌5min，然后加入酚醛树脂粉2123以35rpm的转速搅拌5min，得到混合均匀的底层原料；

将环氧树脂液加热至80℃，然后加入二丁酯混合均匀，冷却，得到混合液备用；

将白刚玉加入混料锅中，然后加入混合液，以60rpm的转速搅拌1.2h，然后加入绿碳化硅，以45rpm的转速搅拌1.2h，然后加入酚醛树脂粉，以40rpm的转速搅拌28min，然后加入弹性增强剂、乙烯-马来酸酐-醋酸乙烯共聚物、氧化铈混合均匀，得到混合均匀的磨削层原料；2)在模具中，通过固定螺栓将预埋螺母固定在模具的腔体底部，然后向模具腔体中加入混合均匀的底层原料，摊平，然后用刮板将摊平后的表面刮出中间低两边高的圆锥形凹面，然后向圆锥形凹面上入混合均匀的磨削层原料，然后采用具有球形面的压头，以22n/mm²的压力压制成型；

3)然后在3h内升温至100℃，然后再在22h内升温至130℃，然后再在5h内升温至165℃，保温7h，冷却至室温，即得。

对比例1

本对比例的砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，具体结构与实施例1中的砂轮的结构相同。

本对比例的砂轮的底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂8份、酚醛树脂a1.5份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉8份、绿碳化硅0.8份、环氧树脂0.3份、二丁酯0.20份、酚醛树脂b0.95份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为36#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比55:105组成。

磨削层原料中的白刚玉的粒度为180#，绿碳化硅的粒度为2000#。磨削层原料中环氧树脂为环氧树脂860，环氧树脂为环氧树脂液，固含量为99％，粘度为10000mpas。酚醛树脂b为酚醛树脂粉，具体为酚醛树脂2123。

本对比例的砂轮的生产工艺参考实施例1中的砂轮的生产工艺。

对比例2

本对比例的砂轮包括底层以及设置在底层上的磨削层，具体结构与实施例1中的砂轮的结构相同。

本对比例的砂轮的底层由如下重量份数的底层原料制成：铬砂8份、酚醛树脂a1.5份、石膏粉0.5份，磨削层由如下重量份数的磨削层原料制成：白刚玉8份、环氧树脂0.3份、二丁酯0.20份、酚醛树脂b0.95份。

其中，底层原料中的铬砂的粒度为36#。底层原料中的酚醛树脂a由酚醛树脂液2124和酚醛树脂粉2123按照质量比55:105组成。

磨削层原料中的白刚玉的粒度为180#。磨削层原料中环氧树脂为环氧树脂860，环氧树脂为环氧树脂液，固含量为99％，粘度为10000mpas。酚醛树脂b为酚醛树脂粉，具体为酚醛树脂2123。