砂輪磨削

作者：彭銳濤, 李仲平, 唐新姿, 周專

摘要

考慮磨粒排布方式對(duì)砂輪磨削效率和性能有重要影響，設(shè)計(jì)制備磨粒無序和有序排布的加壓內(nèi)冷卻砂輪，利用砂輪表面形貌檢測(cè)和圖像識(shí)別技術(shù)，建立砂輪磨削GH4169高溫合金的三維有限元模型。采用不同磨粒排布的砂輪開展磨削GH4169高溫合金的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析磨削力、磨削溫度、加工表面粗糙度以及表面微觀形貌，研究磨粒無序和有序兩種排布方式對(duì)砂輪磨削性能的影響。結(jié)果表明：對(duì)于加壓內(nèi)冷卻砂輪而言，相對(duì)磨粒無序排布，磨粒有序排布方式能獲得更優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，磨削力、磨削溫度和表面粗糙度均降低，且工件表面形貌更加規(guī)則完整。

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)配方采用濕潤劑制作砂輪一片,另一片用偶聯(lián)劑代替濕潤劑,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)配方采用濕潤劑制作砂輪一片,另一片用偶聯(lián)劑代替濕潤劑,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。