磨边轮用金属结合剂，平板玻璃加工用磨边轮及其制备方法
技术领域
本发明属于砂轮金属结合剂领域，具体涉及一种磨边轮用金属结合剂，平板玻璃加工用磨边轮及其制备方法。
背景技术
目前国内平板玻璃深加工用的金刚石磨边轮为单槽磨轮和多槽磨轮(多槽磨边轮)，其中多槽磨轮又称为高厚度磨轮。单槽磨轮在使用过程中存在诸多缺陷：寿命偏短，更换频率高，有效加工时间短，生产效率低；多槽磨轮可以很好的解决上述缺陷。
多槽磨边轮的结构示意图如图1所示，工作层沿厚度方向设有多个磨槽，如可设置第一磨槽1、第二磨槽2、第三磨槽3、第四磨槽4等多槽。多槽磨边轮加工玻璃的平面图如图2所示。在加工玻璃使用过程中，利用第一多槽磨轮5、第二多槽磨轮6、第三多槽磨轮7、第四多槽磨轮8对玻璃9进行加工，先使用第一磨槽1，第一磨槽1使用结束后，不用更换磨轮，编制好机器操作程序，直接使磨轮整体升(或降)，使用第二磨槽2进行加工，然后依据同样的操作进行第三磨槽3、第四磨槽4等磨槽的使用。
多槽磨边轮虽具有使用寿命长、加工量多、减少停机时间等优点，但也存在一些问题：多槽磨边轮由于厚度加厚，在厚度方向上各磨槽不容易一一达到理论密度，即各磨槽的密度差异较大导致多槽磨边轮的一致性较差，这同样会影响平板玻璃的加工质量。此外，磨轮的硬度较低，极易变形，导致使用寿命也有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磨边轮用金属结合剂，其硬度高，制作而成的磨边轮在加工平板玻璃时不易变形，可提高使用寿命。
本发明的第二个目的在于提供使用上述金属结合剂的平板玻璃加工用磨边轮。
本发明的第三个目的是提供上述磨边轮的制备方法，适用于制作多槽磨边轮，各磨槽的密度差异性小，具有较好的工作层一致性。
为实现上述目的，本发明的磨边轮用金属结合剂的技术方案是：
磨边轮用金属结合剂，由金属组分和氧化铈组成，氧化铈的质量为金属组分质量的1-3％，所述金属组分由以下重量份的组分组成：钴35-45份，锡20-30份，铝5-15份，铜10-20份，铁5-15份，镍5-10份。
该磨边轮所用结合剂为钴基结合剂，钴基结合剂制作成金刚石工具具有抗弯强度高、耐磨性好、使用寿命长、加工效率高等优点。本发明的磨边轮用金属结合剂，根据金刚石碳化温度的限制加入锡、铝等低熔点的金属元素来调节其烧结温度以及利于压制成型；在加工工件过程中氧化铈具有很好的抛光性以及调节胎体强度的功能。该金属结合剂改善了烧结性和机械磨削性，在提高硬度的同时兼顾了结合剂的韧性。以该金属结合剂制作而成的磨边轮加工平板玻璃时不易变形，可提高使用寿命。
优选的，所述金属组分由以下重量份的组分组成：钴40份，锡25份，铝10份，铜10份，铁7份，镍8份。
本发明的平板玻璃加工用磨边轮的技术方案是：
一种平板玻璃加工用磨边轮，包括基体和工作层，所述工作层上具有用于平板玻璃加工的环形磨槽，工作层主要由金属结合剂和磨料制成，所述金属结合剂由金属组分和氧化铈组成，氧化铈的质量为金属组分质量的1-3％，所述金属组分由以下重量份的组分组成：钴35-45份，锡20-30份，铝5-15份，铜10-20份，铁5-15份，镍5-10份。
本发明提供的平板玻璃加工用磨边轮，在兼顾磨削性的基础上，提高了硬度，非常适用于平板玻璃的磨削加工。
优选的，所述金属组分由以下重量份的组分组成：钴40份，锡25份，铝10份，铜10份，铁7份，镍8份。
金属结合剂和磨料的质量比为20～30:1。磨料可选择金刚石，品级为MBD6～MBD12。
本发明的平板玻璃加工用磨边轮的制备方法的技术方案是：
一种上述平板玻璃加工用磨边轮的制备方法，包括以下步骤：将金属结合剂和磨料混合均匀，得到工作层粉末；将工作层粉末和基体组合成模坯，然后在保护气氛下热压烧结，热压烧结的烧结温度为760-860℃。
如果设计单槽磨边轮，由于工作层的厚度不大，采用上述在760-860℃的热压烧结工艺即可获得提高磨边轮硬度和磨削寿命的效果。热压烧结的压力可控制为10-20MPa，时间可控制为30-60min。
如果设计多槽磨边轮，由于工作层的厚度变大，优选采用以下工艺来促进结合剂充分熔融并利于压制成型，获得在整个厚度方向上制得密度一致性好的磨边轮。在该种情形下，优选的，沿工作层厚度方向上，间隔设置有多个环形磨槽，所述热压烧结包括以下步骤：先在230-240℃保温，使金属结合剂中的锡熔融，然后升温至650-660℃保温，使金属结合剂中的铝熔融，再在760-860℃保温，之后进行冷却。采用该优化的烧结工艺，在工作层厚度大、磨槽数量多的情况下，仍能保证各磨槽附近的工作层密度均匀性，改善工作层的一致性，有利于提高磨边轮的使用寿命、加工量和加工质量。
容易理解，热压烧结过程在氮气等保护气氛中进行，以防止结合剂胎体和模具在烧结过程中氧化。热压烧结的压力为10-20MPa。优选的，在230-240℃保温的时间为10-15min。在650-660℃保温的时间为10-15min。在760-860℃保温的时间为20-40min。在以上工艺参数之下，最大程度利用了烧结能源，提高了产品的稳定性。
热压烧结后冷却，所述冷却包括：先冷却至450-550℃，保温10-15min，之后再冷却至室温。采用梯度冷却方式可进一步改善结合剂胎体的硬脆性和稳定性。
附图说明
图1为多槽磨边轮的结构示意图；
图2为多槽磨边轮加工玻璃的平面图；
图3为本发明实施例1中烧结工艺的温度曲线图；
图4为现有烧结工艺的温度曲线图；
其只，1-第一磨槽、2-第二磨槽、3-第三磨槽、4-第四磨槽、5-第一多槽磨轮、6-第二多槽磨轮、7-第三多槽磨轮、8-第四多槽磨轮、9-玻璃。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，钴粉的粒径为18～21μm，锡粉的粒径为33～36μm，铝粉的粒径为33～46μm，铜粉的粒径为33～36μm，铁粉的粒径为33～36μm，镍粉的粒径为33～36μm，氧化铈为分析纯。
一、本发明的磨边轮用金属结合剂的具体实施例
实施例1
本实施例的磨边轮用金属结合剂，金属结合剂由金属组分和氧化铈组成，氧化铈的质量为金属组分质量的2％，金属组分由以下重量份的组分组成：钴40份，锡25份，铝10份，铜10份，铁7份，镍8份。
实施例2
本实施例的磨边轮用金属结合剂，金属结合剂由金属组分和氧化铈组成，氧化铈的质量为金属组分质量的3％，金属组分由以下重量份的组分组成：钴35份，锡20份，铝12份，铜17份，铁10份，镍6份。
实施例3
本实施例的磨边轮用金属结合剂，金属结合剂由金属组分和氧化铈组成，氧化铈的质量为金属组分质量的1％，金属组分由以下重量份的组分组成：钴38份，锡27份，铝6份，铜12份，铁12份，镍5份。
二、本发明的平板玻璃加工用磨边轮的具体实施例
实施例4
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮，包括基体和工作层，工作层上沿厚度方向平行设置有多个磨槽。工作层的厚度(磨边轮轴向方向)为38mm，宽度(磨边轮径向方向)为10mm，磨槽的数量为4个。基体材质为铁。
工作层由实施例1的金属结合剂和磨料按质量比20:1制成。磨料为金刚石，粒度为230/270。
实施例5
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮，与实施例4的平板玻璃加工用磨边轮的区别在于，使用实施例2的金属结合剂和磨料按质量比25:1制成。磨料为金刚石，粒度为230/270。
实施例6
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮，与实施例4的平板玻璃加工用磨边轮的区别在于，使用实施例3的金属结合剂和磨料按质量比28:1制成。磨料为金刚石，粒度为230/270。
三、本发明的平板玻璃加工用磨边轮的制备方法的具体实施例
实施例7
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮的制备方法，对实施例4的磨边轮的制备进行说明，包括以下步骤：
1)将钴、锡、铝、铜、铁、镍和氧化铈粉混合均匀，得到工作层粉末；
2)在模具中放置基体并填充工作层粉末，然后按以下工艺进行热压烧结：先在240℃保温15min，使得结合剂胎体中的金属锡充分熔融，使胎体团聚粘结，然后升温至660℃保温15min，使金属结合剂中的铝熔融，再在780℃保温30min，使得结合剂胎体进一步熔融，之后先以5℃/min的速率冷却到480℃，保温15min，然后出炉自然冷却至室温。热压烧结的压力为15MPa。热压烧结过程的温度曲线图如图3所示。
将出炉后的磨边轮毛坯通过高精密开槽机或者高精密火花机进行磨轮开槽。
实施例8
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮，对实施例5的磨边轮的制备进行说明，其与实施例7的区别仅在于烧结工艺不同，其中，先在235℃保温10min，然后在650℃保温10min，再在800℃保温25min。冷却阶段，先冷却到450℃，保温12min，再出炉自然冷却至室温。
实施例9
本实施例的平板玻璃加工用磨边轮，对实施例6的磨边轮的制备进行说明，其与实施例7的区别仅在于烧结工艺不同，其中，先在231℃保温12min，然后在655℃保温12min，再在760℃保温20min。冷却阶段，先冷却到550℃，保温10min，再出炉自然冷却至室温。
四、对比例
对比例1
本对比例的磨边轮，与实施例7的不同之处在于，由室温直接升温至780℃保温40℃，然后出炉空冷，其烧结曲线如图4所示。
对比例2
本对比例的金属结合剂为铜基结合剂，由以下重量份的组分组成：铜50份，锡10份，钴15份，铁10份，镍15份。金属粉末的粒径为45-55μm。
本对比例的磨边轮，与实施例7的不同之处在于，先从室温升到235℃，保温10min，再升温度到780℃，保温40min，再以6℃/min的速度降温到500℃，保温10分钟，再出炉自然冷却。
五、实验例
本实验例通过在厚度方向上对多槽磨边轮工作层的硬度检测，来评价在各磨槽附近的工作层密度均匀性。实施例和对比例的磨边轮规格和型号相同，上、中、下三处的硬度检测位置相同，检测结果取5个样品的平均值。
实施例7中，磨轮厚度方向上，上、中、下三处的硬度分别为80HRB、79.5HRB、80HRB。
对比例1中，磨轮厚度方向上，上、中、下三处的硬度分别为77HRB、65HRB、76HRB。
对比例2中，磨轮厚度方向上，上、中、下三处的硬度分别为65HRB、63HRB、65HRB。
由实施例7和对比例1的硬度检测结果可知，在相同的结合剂不同的烧结工艺下，对比例的磨边轮上中下硬度偏差较大，说明其密度不均匀。而实施例7的烧结工艺尤其适用于较大厚度、多槽磨边轮的制备。
根据实施例7和对比例2的硬度检测结果，对比例2采用了与结合剂组分匹配的梯度烧结工艺，在磨轮厚度方向上的硬度差别不大，但其整体硬度偏低，加工平板玻璃时容易变形，导致使用寿命偏短。
