金剛石樹脂砂輪

摘要:金剛石過早脫落是人造金剛石砂輪磨損的主要原因。通過采用偶聯(lián)劑試驗(yàn)證明,此方法可減少金剛石的過早脫落,從而達(dá)到砂輪磨削比提高的目的。

前言

人造金剛石樹脂砂輪具有磨削力和磨削熱小,自銳性好,磨削效率高等特點(diǎn),被廣泛用于硬質(zhì)合金,鈦合金的磨削。據(jù)估計(jì)目前世界上約有60%的磨料級(jí)金剛石用于制造樹脂結(jié)合劑砂輪。但是,人造金剛石樹脂砂輪在磨削過程中,易出現(xiàn)磨粒過早脫落的現(xiàn)象即在砂輪表面有許多磨粒脫落留下空穴。一般情況下,每片砂輪的磨粒大概只有30%左右參與正常的磨削,許多都是過早脫落的,因此這種現(xiàn)象勢(shì)必影響砂輪的磨削比。

1、砂輪的磨損特性分析

我們要想提高砂輪的磨削比,必須對(duì)砂輪的磨損機(jī)理進(jìn)行探討。人造金剛石砂輪在磨削加工中的磨損過程較為復(fù)雜,磨損的類型很多。有機(jī)械的,粘附的,磨擦的,擴(kuò)散的,化學(xué)的,熱作用等形式,但其主要形式有以下幾種:

（1）金剛石晶面和被加工材料的相互作用,使金剛石磨粒工作頂端產(chǎn)生微磨損,有時(shí)在磨削力的作用下金剛石表面微量的石墨化,促使砂輪磨損。

（2）金剛石樹脂砂輪一般采用的是RVD級(jí)的磨料,這類金剛石磨料針片狀較多,在磨削力的作用下,易發(fā)生晶體的碎裂,促使砂輪磨損。

（3）由于磨削熱的產(chǎn)生使結(jié)合劑的物理機(jī)械性能發(fā)生變化,造成結(jié)合劑的強(qiáng)度下降,促使砂輪磨損。

（4）由于金剛石磨粒與結(jié)合劑的結(jié)合太差,在磨削力的作用下金剛石磨粒過早脫落。

通過以上分析及觀察磨削后樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的表面形貌,發(fā)現(xiàn)有許多金剛石脫落后留下的孔穴。由此推斷磨粒與結(jié)合劑的結(jié)合太差,是造成金剛石磨料過早脫落,砂輪磨削比低的主要原因。本文就偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,尋找減少金剛石磨料過早脫落,提高樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪磨削比的方法。

2、實(shí)驗(yàn)方法

2.1偶聯(lián)劑試驗(yàn)

我們按照經(jīng)驗(yàn)配方,用偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑,采用相關(guān)砂輪制造工藝方法,制作120x20x20(m3)試條、“8”字塊數(shù)個(gè)。熱壓溫度210℃,熱壓時(shí)間20mim,硬化溫度230℃,硬化時(shí)間4h。

分別對(duì)制作試樣進(jìn)行抗沖擊強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度測(cè)試,尋找偶聯(lián)劑用量與抗沖擊強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。

圖1偶聯(lián)劑百分含量變化與試塊抗拉強(qiáng)度關(guān)系

由測(cè)試結(jié)果分析可知,隨著偶聯(lián)劑含量的增加,抗沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐步提高,但達(dá)到一定含量時(shí)有極值;之后隨偶聯(lián)劑含量繼續(xù)增加,抗沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐步下降。從本實(shí)驗(yàn)可知,添加一定比例的偶聯(lián)劑可提高結(jié)合劑與金剛石磨粒的粘結(jié)力。

2.2砂輪制造

我們將經(jīng)過磨削試驗(yàn)后的1#、2#砂輪分別修銳,觀察其微觀形貌。

圖2偶聯(lián)劑百分含量與試塊抗沖擊強(qiáng)度關(guān)系

我們用經(jīng)驗(yàn)配方采用濕潤(rùn)劑制作砂輪一片,另一片用偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑,依照相關(guān)工藝制造。熱壓210℃,熱壓時(shí)間2h,硬化溫度235℃,硬化時(shí)間8.5h。

2.3磨削實(shí)驗(yàn)

2.3.1實(shí)驗(yàn)條件

機(jī)床:M7210A型平面磨床

磨削用量:砂輪轉(zhuǎn)速n=2100r/min

磨削深度0.02~0.028mm

工作臺(tái)速度1~6m/min

磨削液:煤油

工件:YG8硬質(zhì)合金

砂輪:1A1/T2 250x25x75D100/120B

75(1#,濕潤(rùn)劑)

1A1/T2 250x25x75D100/120B

75(2#,偶聯(lián)劑)

2.3.2磨削比的測(cè)定

(1)用丙酮分別清洗砂輪、被磨工件,洗去油污和其它雜質(zhì),然后將它們放入干燥箱內(nèi),110e烘干至恒重,冷卻至室溫。

(2)分別對(duì)工件、砂輪進(jìn)行磨前稱重。(3)依照磨削條件進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)。

(4)磨削后,對(duì)砂輪、工件按上述要求再次稱重。

表1磨削對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(注:磨削比=磨除金屬重量P砂輪磨耗重量)

3、砂輪表面的微觀現(xiàn)象

我們將經(jīng)過磨削試驗(yàn)的1#、2#砂輪,用肉眼分辨,1#砂輪表面脫落的金剛石較多,其表面有許多空穴;2#砂輪表面脫落的金剛石較少,其表面空穴亦較少。

圖3經(jīng)修銳1#砂輪表面外貌

圖4經(jīng)修銳2#砂輪表面形貌

由圖3、圖4可看出,二者總體上有差別,1#結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合并不緊密,2#結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合較緊密,這也與二者的磨削比一致。

4、結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用偶聯(lián)劑制做的砂輪較用濕潤(rùn)劑制做的砂輪磨削比增幅可達(dá)25%。

(2)磨削后,用肉眼視察二者的表面空穴,采用偶聯(lián)劑較濕潤(rùn)劑制做的砂輪表面空穴少。

(3)從微觀上看,二者的結(jié)合劑與磨料的結(jié)合緊密程度不一樣。

(4)采用偶聯(lián)劑是提高樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削比行之有效的方法。

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摘要:金剛石過早脫落是人造金剛石砂輪磨損的主要原因。通過采用偶聯(lián)劑試驗(yàn)證明,此方法可減少金剛石的過早脫落,從而達(dá)到砂輪磨削比提高的目的。

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前言

人造金剛石樹脂砂輪具有磨削力和磨削熱小,自銳性好,磨削效率高等特點(diǎn),被廣泛用于硬質(zhì)合金,鈦合金的磨削。據(jù)估計(jì)目前世界上約有60%的磨料級(jí)金剛石用于制造樹脂結(jié)合劑砂輪。但是,人造金剛石樹脂砂輪在磨削過程中,易出現(xiàn)磨粒過早脫落的現(xiàn)象即在砂輪表面有許多磨粒脫落留下空穴。一般情況下,每片砂輪的磨粒大概只有30%左右參與正常的磨削,許多都是過早脫落的,因此這種現(xiàn)象勢(shì)必影響砂輪的磨削比。

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砂輪的磨損特性分析

我們要想提高砂輪的磨削比,必須對(duì)砂輪的磨損機(jī)理進(jìn)行探討。人造金剛石砂輪在磨削加工中的磨損過程較為復(fù)雜,磨損的類型很多。有機(jī)械的,粘附的,磨擦的,擴(kuò)散的,化學(xué)的,熱作用等形式,但其主要形式有以下幾種:

（1）金剛石晶面和被加工材料的相互作用,使金剛石磨粒工作頂端產(chǎn)生微磨損,有時(shí)在磨削力的作用下金剛石表面微量的石墨化,促使砂輪磨損。

（2）金剛石樹脂砂輪一般采用的是RVD級(jí)的磨料,這類金剛石磨料針片狀較多,在磨削力的作用下,易發(fā)生晶體的碎裂,促使砂輪磨損。

（3）由于磨削熱的產(chǎn)生使結(jié)合劑的物理機(jī)械性能發(fā)生變化,造成結(jié)合劑的強(qiáng)度下降,促使砂輪磨損。

（4）由于金剛石磨粒與結(jié)合劑的結(jié)合太差,在磨削力的作用下金剛石磨粒過早脫落。

通過以上分析及觀察磨削后樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的表面形貌,發(fā)現(xiàn)有許多金剛石脫落后留下的孔穴。由此推斷磨粒與結(jié)合劑的結(jié)合太差,是造成金剛石磨料過早脫落,砂輪磨削比低的主要原因。本文就偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,尋找減少金剛石磨料過早脫落,提高樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪磨削比的方法。

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實(shí)驗(yàn)方法

2.1偶聯(lián)劑試驗(yàn)

我們按照經(jīng)驗(yàn)配方,用偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑,采用相關(guān)砂輪制造工藝方法,制作120x20x20(m3)試條、“8”字塊數(shù)個(gè)。熱壓溫度210℃,熱壓時(shí)間20mim,硬化溫度230℃,硬化時(shí)間4h。

分別對(duì)制作試樣進(jìn)行抗沖擊強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度測(cè)試,尋找偶聯(lián)劑用量與抗沖擊強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。

圖1偶聯(lián)劑百分含量變化與試塊抗拉強(qiáng)度關(guān)系

由測(cè)試結(jié)果分析可知,隨著偶聯(lián)劑含量的增加,抗沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐步提高,但達(dá)到一定含量時(shí)有極值;之后隨偶聯(lián)劑含量繼續(xù)增加,抗沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐步下降。從本實(shí)驗(yàn)可知,添加一定比例的偶聯(lián)劑可提高結(jié)合劑與金剛石磨粒的粘結(jié)力。

2.2砂輪制造

我們將經(jīng)過磨削試驗(yàn)后的1#、2#砂輪分別修銳,觀察其微觀形貌。

圖2偶聯(lián)劑百分含量與試塊抗沖擊強(qiáng)度關(guān)系

我們用經(jīng)驗(yàn)配方采用濕潤(rùn)劑制作砂輪一片,另一片用偶聯(lián)劑代替濕潤(rùn)劑,依照相關(guān)工藝制造。熱壓210℃,熱壓時(shí)間2h,硬化溫度235℃,硬化時(shí)間8.5h。

2.3磨削實(shí)驗(yàn)

2.3.1實(shí)驗(yàn)條件

機(jī)床:M7210A型平面磨床

磨削用量:砂輪轉(zhuǎn)速n=2100r/min

磨削深度0.02~0.028mm

工作臺(tái)速度1~6m/min

磨削液:煤油

工件:YG8硬質(zhì)合金

砂輪:1A1/T2 250x25x75D100/120B

75(1#,濕潤(rùn)劑)

1A1/T2 250x25x75D100/120B

75(2#,偶聯(lián)劑)

2.3.2磨削比的測(cè)定

(1)用丙酮分別清洗砂輪、被磨工件,洗去油污和其它雜質(zhì),然后將它們放入干燥箱內(nèi),110e烘干至恒重,冷卻至室溫。

(2)分別對(duì)工件、砂輪進(jìn)行磨前稱重。(3)依照磨削條件進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)。

(4)磨削后,對(duì)砂輪、工件按上述要求再次稱重。

表1磨削對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(注:磨削比=磨除金屬重量P砂輪磨耗重量)

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砂輪表面的微觀現(xiàn)象

我們將經(jīng)過磨削試驗(yàn)的1#、2#砂輪,用肉眼分辨,1#砂輪表面脫落的金剛石較多,其表面有許多空穴;2#砂輪表面脫落的金剛石較少,其表面空穴亦較少。

圖3經(jīng)修銳1#砂輪表面外貌

圖4經(jīng)修銳2#砂輪表面形貌

由圖3、圖4可看出,二者總體上有差別,1#結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合并不緊密,2#結(jié)合劑與金剛石磨料結(jié)合較緊密,這也與二者的磨削比一致。

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結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用偶聯(lián)劑制做的砂輪較用濕潤(rùn)劑制做的砂輪磨削比增幅可達(dá)25%。

(2)磨削后,用肉眼視察二者的表面空穴,采用偶聯(lián)劑較濕潤(rùn)劑制做的砂輪表面空穴少。

(3)從微觀上看,二者的結(jié)合劑與磨料的結(jié)合緊密程度不一樣。

(4)采用偶聯(lián)劑是提高樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的磨削比行之有效的方法。

細(xì)粒度，特別是微粉級(jí)金剛石樹脂砂輪等磨具，在一些高精密工件的精磨、研磨、拋光中，起著不可替代的作用。眾所周知，在精密工件加工中，磨具任何細(xì)小的瑕疵都會(huì)對(duì)加工工件造成不可預(yù)知甚至是致命的影響，所以對(duì)磨具本身的質(zhì)量要求非常高。而在微粉級(jí)樹脂磨具的生產(chǎn)過程中，普遍存在著不良率高、質(zhì)量不穩(wěn)定等情況。那么又該如何控制生產(chǎn)過程中這些問題的發(fā)生？下面金陶興小編就跟大家探討一下，如何最大程度減少及避免在細(xì)粒度樹脂砂輪等磨具生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的瑕疵、不良、報(bào)廢等問題。主要從以下幾個(gè)方面著手：

一、配方設(shè)計(jì)

（1）首先是配方的設(shè)計(jì)上。由于微粉級(jí)磨具的磨料粒徑較小，所以在磨具配方設(shè)計(jì)、選擇結(jié)合劑及填充料時(shí)，應(yīng)盡量選擇粒徑小于磨料。避免在使用過程中磨料被填充料掩埋，難以出刃，特別是在需要加入輔助磨料時(shí)，對(duì)輔助磨料粒徑的控制更要嚴(yán)格。輔助磨料的粒徑絕對(duì)不能大于磨料粒徑，如輔助磨料粒徑大于磨料粒徑，在拋光等工序中，會(huì)引起工件表面出現(xiàn)嚴(yán)重刀傷、劃痕等。

（2）細(xì)粒度磨具一般都是進(jìn)行后加工處理，進(jìn)刀量非常小。所以在選擇設(shè)計(jì)磨具配方時(shí)，多使用比較柔軟、有韌性的填充料。尤其是一些自身就具有研磨、拋光性能的填充料，應(yīng)優(yōu)先考慮。另外，在磨具配方設(shè)計(jì)時(shí)，磨具密度不宜過大。磨具過于致密，在加工過程中容易出現(xiàn)堵塞、自銳困難、影響散熱、燒傷工件等不良后果。

二、生產(chǎn)工藝

（1）一般砂輪的燒結(jié)溫度是選擇結(jié)合劑，也就是樹脂粉的成型熔點(diǎn)，以此凝固來對(duì)磨料進(jìn)行把持。而微粉級(jí)砂輪磨具的溫度控制則最好是選擇結(jié)合劑熔點(diǎn)之前的臨界點(diǎn)。也就是俗稱的生燒，即部分樹脂粉并不參與熔化，借此來降低磨具整體密度及硬度，增加磨具柔韌性，加快磨具使用過程中的散熱和無用磨料的脫落，增加自身自銳性。但這個(gè)臨界點(diǎn)比較難以控制，溫度過低，會(huì)嚴(yán)重影響磨具壽命；溫度過高，則會(huì)引起磨具硬度過高，過于致密，還會(huì)導(dǎo)致磨具在冷卻過程中收縮而出現(xiàn)裂痕。

（2）嚴(yán)格的制定和執(zhí)行完善的工藝流程及工藝參數(shù)也是保證磨具質(zhì)量穩(wěn)定的一個(gè)重要前提。因?yàn)槲⒎奂?jí)磨具對(duì)配方、溫度、生產(chǎn)工藝都比較敏感，所以任何一個(gè)細(xì)節(jié)的變動(dòng)對(duì)磨具質(zhì)量都起著至關(guān)重要的作用。

三、工作環(huán)境

（1）工作環(huán)境對(duì)于微粉級(jí)磨具的生產(chǎn)影響非常之大，這點(diǎn)很容易被忽視。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)隨時(shí)保持一個(gè)干凈整潔的工作環(huán)境。生產(chǎn)過程中，一旦不同粒徑粗細(xì)粒度磨料發(fā)生混淆，肉眼很難檢測(cè)出來。而類似產(chǎn)品在使用加工工件過程中，輕則會(huì)出現(xiàn)工件劃傷，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致磨具及被加工工件報(bào)廢。所以，隨時(shí)清理，保持工作環(huán)境、工具、設(shè)備的整潔，做到專人專機(jī)專用。工具的分類在生產(chǎn)過程中尤為重要，有條件的甚至可以設(shè)立單獨(dú)的車間或區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)生產(chǎn)，從而最大程度地避免不同粒度磨料發(fā)生混淆的情況。

（2）同樣容易被忽視的還有室溫。上面也提到過，微粉級(jí)磨具對(duì)于溫度的變化非常敏感，通常白天和夜間的晝夜溫差有十多度，而冬夏兩季的溫差則有二三十度之多。如此大的溫差，對(duì)于磨具成型時(shí)的質(zhì)量影響是非常大的。所以，對(duì)溫度的精確的掌握和控制，也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

上面所說的，其實(shí)就是在平常生產(chǎn)過程中，需要注意各道工序細(xì)節(jié)的控制?？傊?，細(xì)節(jié)成就品質(zhì)，嚴(yán)格的執(zhí)行生產(chǎn)工藝，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，是決定一個(gè)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良的根本所在。