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详解树脂金刚石磨具的优势及散热问题-福建金山石材

来源:福建金山石材 发表时间:2020-04-07

磨削加工是极为重要的一种机械加工方式,其加工量约占机加工总量的30%以上。现代加工对加工件的表面质量提出很高要求,这包括加工件的高精度、低表面粗糙度值,低剩余应力以及低的硬化层等。这催化了超硬磨料磨具和CNC数控磨床的推广,加快了高速、高效、高精度磨削工艺的开展。

  超硬资料(金刚石、立方氮化硼等)磨具是功能极端优异的先进工具。按照不同磨削要求,它们分为不同的结合剂类型,主要是树脂、金属、陶瓷和电镀四种。在这些各异的金刚石磨具中,以各种树脂作为结合剂的金刚石磨具占据了绝大比例。表1显示出了这种比例联系。

  



  部分国家或国家集团中不同结合剂金刚石磨具的比例(%)

  树脂金刚石磨具独具特色

  1.优势显着

  截至2009年,我国在国内外巿场上有必定影响的树脂金刚石磨具出产企业已有300家左右。现在,国内外用於磨具(含普通磨具和超硬资料磨具)结合剂的树脂或改性树脂品种稀有十种之多,如:酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚醯亚胺树脂、环氧树脂、糠醛树脂、新酚树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚脂树脂、聚碸树脂、硼酚醛树脂等。而其中用量最多、运用范围最广的则属酚醛树脂。

  比较出产金属结合剂或陶瓷结合剂的金刚石磨具,树脂结合剂磨具出产具有以下显着长处:1)原资料价廉易得;2)起步投资不高;3)操作不繁复,出产周期较短;4)出产过程能耗较低。

  树脂结合剂金刚石磨具既可用於要求磨削效率高、表面粗糙度低的加工场合,也能用於要求较低的加工场合,即在半精磨、精磨和抛光磨削领域都能找到其用武之地。金刚石粒度与加工表面粗糙度的对应联系参见下表。

  金刚石硬度与加工表面粗糙度的联系



  树脂结合剂金刚石磨具的加工原料目标非常广泛,全球80%以上的硬质合金工件需要使用它来加工。而且,半导体资料、新能源晶体资料、铁氧体资料、建筑陶瓷资料、工程陶瓷资料、功能陶瓷资料、玻璃资料、耐火资料、电碳资料、有色金属资料,高淬硬金属资料,以及天然与人造石材等,均可用树脂结合剂金刚石磨具进行加工。

  如选用含B金刚石或经表面改性处理的金刚石作为磨粒,树脂结合剂金刚石磨具还可以对黑色金属、耐热合金等进行加工。正因为其功能优异、广谱适用,传统SiC、Al2O3系列磨具的运用领域才逐步被其侵蚀、替代、超越。

  2.过高温度运用场合的局限

  不过,事物总有其两面性,作为有机资料的树脂,其功能也具有显着的不足:难以在过高温度条件下运用。以最常用的酚醛树脂为例,其安全作业温度低於120℃,温度高於236℃即开始分化,高於300℃则会碳化。即便选用耐热功能较好的聚醯亚胺作结合剂,也只能在260℃以下方可正常作业。

  通常,磨削时磨削能为20-60J/mm3,磨削能在工件表层发生的温度可用下式表达:

  

  式中:C—热容;VW—工件速度;ap—磨深;f—进给量;Vs—砂轮速度

  磨削测验表明,即便选用0.02mm的磨削进给量,在磨具前端与加工工件的接触点也会发生400℃以上的高温,干磨条件下该区域的部分温度乃至或许高达上千度。

  这足以形成酚醛树脂的分化、碳化,导致树脂结合剂金刚石磨具呈现龟裂、崩落、丧失对金刚石磨粒的操纵效果,使金刚石磨粒过早掉落。这种比例可到达金刚石颗粒总量的40%以上,严重影响磨具运用寿命。

  再者,磨削发生的高温还会烧蚀被磨工件表面,发生微细裂纹。在工件运用过程中,由於应力会集,很或许在裂纹处发生开裂,直接影响加工质量及工件寿命,存在危及人员、设备的安全隐患。第三,磨削发生的高温还或许引起工件表层部分金相安排的改动。以淬火钢为例,温度高於650℃时,其金相安排将由马氏体向奥氏体改动,事实上影响了工件的运用功能。现代磨削惯常用的高速度、大磨削用量、重负荷磨削工艺,对於传统树脂结合剂金刚石磨具而言就愈加难以胜任。

  3.怎么有用克服耐热性的局限

  长期以来,对於怎么才能进步树脂结合剂金刚石磨具的耐热性,使其能在较高的温度条件下正常作业,取长补短,一直是令业界困扰的问题。

  不少人测验从进步树脂自身的耐热功能入手,企图经过新型树脂的组成或对树脂改性的研究方面寻求突破,也取得了必定发展。但作为有机资料宗族成员的树脂自身,其理化功能决定它的耐热度提高空间很有限。咱们只需看看聚苯硫醚(PPS)的耐热温度上限为400℃、聚苯亚噻唑也只能耐受500℃的事实就明白了。还有一些人在树脂结合剂的金属粉料配方组元中做文章,期望经过增加导热功能好的Cu粉之类的金属成分比例,到达迅速将磨削热由“金属桥”外传的效果。姑且不论这种“桥”的有用性怎么,金属粉料的增加不仅会使配方成本显着增加,还会改动树脂结合剂金刚石磨具的安排硬度,必然对其尖利度和自锐性形成负面影响。

  笔者测验另辟蹊径。基於一些物质在相变时会吸收很多热能的特性,使用树脂结合剂金刚石磨具配方组元变化使树脂结合剂金刚石磨具取得“自散热”功能。经过实验和挑选,确实取得了进步其散热功能方面的突破,并取得了国家发明专利:《强散热型树脂金刚石磨具》(专利号:ZL01129089.7 世界专利主分类号:CO8J 5/14)。

  使用该发明专利出产的树脂结合剂金刚石磨具在磨削时始终保持良好作业状况,比较传统树脂结合剂金刚石磨具的长处十分突出: 磨削尖利,运用时不堵塞,噪音少;

  (2)磨具作业层在作业时无裂纹、“脱环”(即金刚石作业层与金属基体在磨削热效果下彼此别离)等现象发生;

  (3)工件表层无裂纹、烧蚀或金相安排的改动;

  (4)磨具作业层强度高,可以接受比传统树脂结合剂金刚石磨具大10倍以上的磨削进给量;

  (5)磨具作业层耐磨损,比同标准、粒度、浓度的传统树脂结合剂金刚石磨具运用寿命高20%以上;

  磨加工相同工件,磨削成本比同标准、粒度、浓度的传统树脂结合剂金刚石磨具低15%以上。