新型無機高分子結(jié)合劑在磨具中的應用.doc

新型無機高分子結(jié)合劑在磨具中的應用一、無機高分子結(jié)合劑簡介無機高分子結(jié)合劑是由陜西德謙科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)，并首次把“雜化”概念植入磨具生產(chǎn)行業(yè)的新型無機高分子結(jié)合劑，徹底改變了磨具生產(chǎn)中高耗能、重污染的落后生產(chǎn)工藝和材料結(jié)構(gòu)，大大提高了磨料使用水平和產(chǎn)品質(zhì)量；同時，也為磨具新產(chǎn)品的拓展提供了廣闊的空間。無機高分子結(jié)合劑應用在磨具行業(yè)具有以下突出特點：1、高質(zhì)高能：無機合成，化學性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長，粘結(jié)性強、強度高、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、熱膨脹系數(shù)??；該材料不僅具有無機材料的特性，也具有一定有機材料的特性，打破了傳統(tǒng)的陶瓷磨具和樹脂磨具的界限。2、節(jié)能環(huán)保：無機高分子結(jié)合劑在磨具的生產(chǎn)和使用過程中無有毒有害氣體產(chǎn)生，該結(jié)合劑的固化穩(wěn)定僅需120-180（根據(jù)生產(chǎn)磨具的種類不同而確定溫度；固化時間為短），極大的節(jié)約了能源，顯著的提高了生產(chǎn)效率。3、無機高分子結(jié)合劑固化后形成以Si、Al、O、P、N為主鏈、以共價鍵和離子鍵相連的立體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其斷裂能高達1500J/，能夠滿足磨具高速旋轉(zhuǎn)時強大離心力作用下磨具不會產(chǎn)生破裂的強度要求；該結(jié)合劑即可生產(chǎn)超軟磨具、普通磨具，又可生產(chǎn)超硬、超高速磨具。經(jīng)實際測試，用該結(jié)合劑生產(chǎn)的普通磨具回轉(zhuǎn)速度已超過130m/s以上；生產(chǎn)的超軟磨具也能經(jīng)受高速回轉(zhuǎn)；因其固化溫度低，以“雜化”概念改變生產(chǎn)工藝，可生產(chǎn)250m/s以上的高速磨具。4、獨特功能：無機高分子結(jié)合劑可生產(chǎn)精磨磨具，由于該材料的結(jié)構(gòu)中含有鋁氧四面體，在磨削過程中，這部分鋁氧四面體具有潤滑作用，使工件表面的光潔度極佳。5、使用無機高分子結(jié)合劑生產(chǎn)磨具，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝、設備基本相同，無需大的技改投資。二、無機高分子礦物聚合物結(jié)合劑在磨料中的應用高分子化學作為化學的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干原子按一定規(guī)律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。既然高分子化學是制造和研究大分子的科學，對制造大分子的反應和方法的研究，顯然是高分子化學的最基本的研究內(nèi)容。雜化一詞源自生物學不同物種雜交后產(chǎn)生物種優(yōu)勢，乃自然進化之根本。取不同材料之優(yōu)勢互補產(chǎn)生新材料，且材料性能差別越大，雜化優(yōu)勢越明顯。從不同有機/無機樹脂改性到有機/無機雜化材料，從分子結(jié)構(gòu)到納米結(jié)構(gòu)乃至共混體和復合材料。無機高分子結(jié)合劑的化學組成份為類聚合鋁硅酸鹽，由Si、Al、O、P、N為主鏈，引入CH3-、C-C6H6-、NH2-、CH2=CH-元素或基團等鏈節(jié)通過共價鍵或離子鍵構(gòu)成的，其聚合物縮聚成高分子，聚合度較高。無機高分子聚合材料是通過對新型無機高分子聚合物合成、規(guī)律及性能的研究，采用納米籠技術設計，利用無機高化學活性組分的化合物作為前驅(qū)體在堿（酸）催化劑的存在下，在液體化學中溶解絡合、分散遷移、自組裝配位橋聯(lián)，在能量動態(tài)反應機理控制過程中分離和表征出大量的中間態(tài)產(chǎn)物，從而獲得具有良好的力學性能和物理形態(tài)上呈三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的化學穩(wěn)定性。其特性具有有機高聚物的鍵接結(jié)構(gòu)，故而無機高分子聚合結(jié)合劑有有機化合物和無機化合物的共同特點。其性能與陶瓷相近或更高。無機高分子結(jié)合劑的特征是“雜化粘合”，因為它們雖然具有玻璃態(tài)、陶瓷基和有機粘合劑的某些特征，但是仍有不同，在制備粘合磨料制品方面，它們比常規(guī)的玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑具有很明顯的優(yōu)點。首先具有重要意義的是它們可在遠低于玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑的較低的溫度下形成(這一點與有機粘合劑相同)，而且具有均勻的組成，形成對照的是，玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑必須在其熔化溫度下形成，并保持于該溫度以便其流動，從而覆蓋磨粒形成粘合體。但是，無機高分子結(jié)合劑的結(jié)構(gòu)在相當程度上，具有玻璃態(tài)、陶瓷基的粘合高強度和硬度甚至更高。在這點上，它們與常規(guī)有機粘合劑又有不同，有機聚合物可以是熱固性樹脂，例如，苯酚/甲醛、尿素/甲醛或環(huán)氧樹脂；也可以是輻射固化的樹脂，例如丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的環(huán)氧樹脂、丙烯酸化的聚酯或這些化合物的幾種，它們在沒有或有催化劑活化、增強轉(zhuǎn)換的情況下，在可見光、紫外線或電子束輻射時，可形成高度交聯(lián)的剛性聚合物。常規(guī)有機粘合劑的模量小而脆性較大，因此，從無機高分子結(jié)合劑在磨料生產(chǎn)中的較低形成溫度的角度考慮，用無機高分子結(jié)合劑代替常規(guī)的玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑，由于處理溫度較低，故而就能夠采用許多先進技術，例如可將不能用于玻璃態(tài)、陶瓷基粘合制品中的活性填料加入到這種粘合劑中。無機高分子結(jié)合劑體系可通過加入使用的活性填料來改性，一般如黃鐵礦、氧化鋁、硫磺或有機研磨助劑，只要它們在形成的溫度下穩(wěn)定，也可以是無機填料，例如礦物顏料或玻璃、陶瓷微珠，其主要目的是有助于在最終的粘合磨料制品中形成所要求的孔隙或結(jié)構(gòu)，填料以5-10%為佳。其次，除了這些優(yōu)點外，與有機粘合劑的制品相比，無機高分子結(jié)合劑的磨料制品具有工作熱穩(wěn)定性和使用溫度高的優(yōu)點；另外，無機高分子礦物聚合物結(jié)合劑的磨料制品其熱處理的溫度較低，而在此溫度下，一般的熱塑性有機樹脂不會改性或降解，故使得能通過加入某些有機聚合物而使玻璃態(tài)、陶瓷基粘合相關的某種脆性變得適中；又由于無機高分子礦物聚合物結(jié)合劑與玻璃態(tài)、陶瓷基粘合劑不同，它可在不使熱塑性聚合物降解的溫度下交鏈，因此，用無機高分子結(jié)合劑就可加入合適的增強或改性的熱塑性聚合物，包括聚烯烴、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺和聚酯等有機物，這種能夠加入粘合劑中的增強和改性的熱塑性聚合物的量最大是無機粘合劑總量的20%，從而，可根據(jù)要制成制品用途的需要，量身“定制”粘合劑的物理性質(zhì)，因此，無機高分子礦物聚合物膠粘材料在磨料磨具中的使用真是“雜化”的。目前，很少發(fā)現(xiàn)用無機高分子聚合物在較低溫度下生產(chǎn)的磨料磨具，這個應用不但開拓了玻璃態(tài)、陶瓷基粘合磨料制品和樹脂基粘合磨料制品應用范圍的可能性，同時也改善了粘合磨料制品的性能，能夠通過改變粘合劑的配合、溫度曲線的控制和生產(chǎn)工藝的調(diào)節(jié)，從而得到高性能、低損耗的磨具產(chǎn)品。總之，無機高分子結(jié)合劑使用“雜化”不能妥貼的歸入玻璃態(tài)、陶瓷基或有機粘合劑類型，玻璃態(tài)、陶瓷基正如其名字的含義所指的那樣，它需要熔化并流動才能覆蓋磨粒，形成連接鄰近磨粒的粘合體，在冷卻固化后將這些結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，因此，玻璃態(tài)、陶瓷基粘合材料是在高溫下形成，而且形成的時間較長。然而，這種制品很剛硬，在精密研磨中尤為有效，有機粘合的材料在低得多的溫度下形成，而無機高分子礦物聚合物結(jié)合劑是具有兩者的共同優(yōu)點且能夠在較低溫度下形成并交鏈變硬的聚合物材料，其產(chǎn)品性能具有兩者的共同優(yōu)點，這樣為以后開發(fā)新的磨料產(chǎn)品提供了必要的前提條件。三、無機高分子結(jié)合劑在砂輪應用中工藝的重要性無機高分子結(jié)合劑在砂輪的應用中存在“形態(tài)效應”、“活性效應”和“微集料效應”三項基本效應。所謂形態(tài)效應，泛指各種應用于砂輪生產(chǎn)中的磨料顆粒，由其顆粒的外觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、顆粒級配等物理性狀所產(chǎn)生的效應。所謂活性效應，是指無機高分子結(jié)合劑和磨粒摻合料之間的活性成分所產(chǎn)生的化學效應。所謂微集料效應，是指無機高分子結(jié)合劑均勻分布于磨料的基相中，就象微細集料一樣，改善摻和后混合料的結(jié)構(gòu)和性能。實際上，上述三種基本效應是水性無機結(jié)合劑摻合在磨料中的作用形式，不僅磨料如此，其它礦物摻合料也是如此，差別僅僅是作用程度的不同。活性效應是摻合磨料在砂輪中作用的一個重要組成部分。無機結(jié)合劑之所在砂輪中可以得到應用，就是因為它具有一定的反應能力，形成類似于陶瓷的產(chǎn)物，這些反應產(chǎn)物使砂輪材料的結(jié)構(gòu)得到改善。勿容置疑，活性效應是無機結(jié)合劑摻合料對砂輪材料性能貢獻的一個重要方面。活性效應是微集料效應發(fā)揮的基本保證。無機結(jié)合劑與磨料的微集料效應來自于三個方面:一是這些磨料顆粒本身具有較高的強度；二是這些磨料顆粒與水化產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能；三是這些磨料顆粒在無機結(jié)合劑中分散狀態(tài)良好，借助于合理的攪拌、加熱、拌合磨料均勻性的改善，有助于磨料中孔隙的填充與“細化”。其中磨料顆粒與無機結(jié)合劑之間具有較好的粘結(jié)性能是其它兩者的基礎。只有當磨料微集料顆粒與無機結(jié)合劑組織結(jié)構(gòu)均勻并緊密結(jié)合時它較高的自身強度才能發(fā)揮作用，使孔隙化的效果得以體現(xiàn)。只有在這一前提下，它優(yōu)越的性能才能得到利用和發(fā)揮。磨料顆粒的界面反應是提高其界面性能的一個重要途徑。因此，無機結(jié)合劑活性效應的發(fā)揮是微集料效應發(fā)揮的前提和保證?；钚孕切螒B(tài)效應作用效果的延續(xù)。磨料的形態(tài)效應僅僅決定了無機結(jié)合劑材料沒有拌合的初始結(jié)構(gòu)，隨著磨料和無機結(jié)合劑摻合料在攪拌和加熱的合理工藝下各種反應的進行，可以使摻合后材料的結(jié)構(gòu)得到進一步的改善，而這些反應的程度和速度則取決于它的活性效應。從對其的影響上看，活性效應是形態(tài)效應的延續(xù)和發(fā)展，它使摻合料的性能得到進一步的改善。由此可見，如何在生產(chǎn)工藝的控制過程中充分挖掘磨料和無機結(jié)合劑摻合料的活性潛力，對產(chǎn)品性能有著特別重要的意義。同時，也應該看到，磨料和無機結(jié)合劑摻合料在砂輪生產(chǎn)中的作用是由三個效應組成的，為此，只有在合理的工藝下才能在挖掘它的活性效應潛力的同時，也同時也兼顧了其它效應。四、無機高分子結(jié)合劑在砂輪生產(chǎn)過程中的工藝要點1、按配方稱取磨料、結(jié)合劑、填料（硅灰石粉）、助劑（蜂蜜或紅糖）；其中助劑可以不加，加助劑時只需加到結(jié)合劑中攪勻。2、把磨料和填料在混料鍋內(nèi)攪拌均勻后加入結(jié)合劑和助劑的混合料，攪拌均勻后加熱風攪拌。3、熱風溫度控制在70左右，風量大小根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)量的大小及攪拌速度現(xiàn)場調(diào)整，速度的大小根據(jù)樹脂結(jié)合劑的用量多少生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整；通熱風攪拌至結(jié)團、拉絲后35分鐘后停止熱風，高速攪拌至形成松散料。4、磨具的加熱參考曲線：70、90、95、100、120、150180在每個溫控點的控溫時間以磨具內(nèi)的自由狀態(tài)水（或結(jié)合水）也大部分蒸發(fā)掉為基準。應注意不要使溫度高于起蒸汽時的溫度，以免最終燒結(jié)成的磨具起鼓。每一溫控點干燥過程都除去無機高分子結(jié)合劑中90以上的自由狀態(tài)水（或反應的結(jié)合水），干燥后的磨具結(jié)構(gòu)致密，強度很高。新型、高效、專用、重負荷強力和精密無機高分子磨具的制作高效磨削加工技術是先進的制造技術必要條件，徹底解決了傳統(tǒng)磨削加工高精度、低效率的加工局限，在獲得高效率，高精度的同時，又能對各種材料和形狀進行高表面完整性加工并降低成本。在我國現(xiàn)有條件下，大力加強高效磨削加工技術的研究、推廣和應用，對提高我國機械制造業(yè)的加工水平和加快新產(chǎn)品開發(fā)具有十分重要的意義。如今超硬材料的應用日益廣泛，實施高速高效磨削是加工超硬材料和難切材料的優(yōu)選加工工藝。由于超硬磨料磨具的應用，高速、大功率精密機床及數(shù)控技術發(fā)展、新型磨削液和砂輪修整等相關技術的發(fā)展、高速超高速磨削和高效率磨削技術應用、磨削自動化和智能化等技術的發(fā)展，使高效率磨粒加工在機械制造領域具有更加重要的地位，具有很好的發(fā)展前景。高效磨削砂輪應具有好的耐磨性，高的動平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的剛度和良好的導熱性，而且其機械強度必須能承受高效磨削時的切削力等。高效磨削砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。在合適的結(jié)合劑和先進的制造工藝條件下，生產(chǎn)的磨具使用速度可達125m/s?，F(xiàn)有的陶瓷結(jié)合劑砂輪耐水、耐油、耐酸、耐堿的腐蝕，能保持正確的幾何形狀。氣孔率大，磨削率高，強度較大，韌性、彈性、抗振性差，不能承受側(cè)向力，V輪35m/s 的磨削，這種結(jié)合劑應用最廣，能制成各種磨具，適用于成形磨削和磨螺紋、齒輪、曲軸等?，F(xiàn)有的樹脂結(jié)合劑強度大并富有彈性，不怕沖擊，能在高速下工作。有摩擦拋光作用，但堅固性和耐熱性比陶瓷結(jié)合劑差，不耐酸、堿，氣孔率小，易堵塞；V輪50m/s的高速磨削，能制成薄片砂輪磨槽，刃磨刀具前刀面，高精度磨削。無機高分子結(jié)合劑磨具強度較高，因此有較高的使用速度，一般適用于高速切割、荒磨、重負荷磨削；另外無機高分子結(jié)合劑磨具有一定的彈性，且結(jié)合劑耐熱性高，磨削自銳性好，這樣與傳統(tǒng)樹脂結(jié)合劑相比，砂輪的尖角保持性好，形狀保持性好，也適用于精磨，如螺紋磨、成型磨、刃磨；可以說無機高分子結(jié)合劑既具有陶瓷磨具的性能、也具有樹脂磨具的性能，同時也避開了它們的缺陷。無機高分子結(jié)合劑制作磨具，是在磨削理論基礎和應用研究的基礎上，把復合材料的理念引入到磨具的生產(chǎn)來，下面拋開無機高分子結(jié)合劑的物理化學基本原理（1.無機高分子材料的晶體化學2.無機高分子材料的熱力學3.無機高分子材料的過程動力學）以及復合材料的界面和強韌化機理的介紹，具體談談無機高分子結(jié)合劑在新型、高效、專用、重負荷強力和精密磨具生產(chǎn)中的應用。雖然這一先進工藝技術已逐漸地為一些工具行業(yè)所掌握，但仍有若干具體問題尚有待認真總結(jié)經(jīng)驗，研究解決。下面就是具體對無機高分子結(jié)合劑制作磨具的設計原則和方法、制作無機高分子復合材料磨具高速重負荷、荒磨磨具、強力磨削磨具、高效深切磨削、緩進給磨削磨具、快速點磨削磨具、高效磨削磨具、主軸及其軸承磨具、高效率磨床磨具、鋼軌打磨磨具、砂帶磨削、陶瓷堆積磨料的工藝方法提一些粗淺的看法。一.無機高分子結(jié)合劑制作磨具的設計原則和方法在砂輪設計制造中應考慮如下幾個問題：首先應考慮加工的材料的性能和材料加工表面的精度，然后選擇合適的磨料、粒度以及混合磨料的磨削使用。其次是砂輪工況的各種受力情況、抗沖擊性、速度、溫度、加工材質(zhì)和砂輪使用壽命以及選擇合適的結(jié)合劑、輔料等，并考慮相互間的匹配和科學的工藝。磨具強度取決于結(jié)合劑性能、磨具制造工藝和磨具規(guī)格?？紤]影響磨具強度的因素有：磨料的種類、粒度，結(jié)合劑種類及性能，磨具的硬度、組織、密度、混料、成型工藝及固化工藝條件，磨具形狀，磨料輪外徑與孔徑之比等。其中在磨具特性及規(guī)格給定之后，結(jié)合劑性能、混料成型工藝及固化工藝條件最重要。另外還有砂輪的磨削比也是一個重要的參數(shù)。對上面涉及的因素，下面我們就來一一談談：磨具基體的組合中磨料及磨料粗細程度和顆粒級配磨料的粗細程度是指不同粒徑的磨料，混合在一起后的總體的粗細程度；顆粒級配是指不同種類、大小和數(shù)量比例的磨料的組合或搭配情況。磨料是磨具起磨削作用的重要因素，磨料的選擇主要根據(jù)工件材料的性質(zhì)，如硬度、抗張強度、韌性等來確定，選擇磨具磨料的基本原則是：磨削硬度高的工件材料時，應選擇硬度更高的磨料；磨削抗張強度高的工件材料時，應選用韌性大的磨料；磨削抗張強度低的材料時，應選用較脆或強度高的碳化硅磨料。關于各種磨料的性能、用途和選擇，這里不作詳談。選擇磨料粒度時，主要應根據(jù)加工精度、表面粗糙度和磨削效率的要求來選擇。一般原則如下：要求被磨工件粗糙度高，應選擇粗粒度；要求表面粗糙度低，應選擇細粒度。工件要求較高的幾何精度和較低的表面粗糙度時，應選擇混合粒度。工件幾何精度要求高，當磨料輪與工件接觸面積小時，應選擇細粒度；接觸面積大時，選擇粗粒度。工件材質(zhì)硬而脆，應選擇細粒度；工件材料軟而韌，應選擇粗粒度。工件的導熱性差，易發(fā)熱變形，易燒傷，應選擇較粗粒度。這些問題也涉及到磨具的導熱性能、熱容、密度、氣孔等影響磨削的因素。磨料通常分為粗磨料、中磨料、細磨料和微粉磨料等幾種。 在相同用磨料條件下，微粉磨料的總表面積較大，粗磨料的總表面積較小。在磨具生產(chǎn)中表面需用結(jié)核劑包裹，賦予粘結(jié)強度，磨料子的總表面積愈大，則需要包裹磨料表面的無機高分子結(jié)合劑就愈多。一般用粗磨料比用細磨料所用無機高分子結(jié)合劑量少。磨料顆粒級配，為了使磨削效率提高，不僅要考慮磨具的強度和加工材料，而且還必須確定用那幾種磨料的用量，即磨料的級配。 磨具在進行磨削時，磨具一方面受到磨削體的沖擊作用，另一方面也受到磨削體的破壞作用，這樣才能才能保證磨具的鋒利度，完成整個磨削過程。顯然，在單位時間內(nèi)，磨削體參與磨削的接觸點越多，即單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒越多，磨削效率越高。當磨料一定時，要增加磨料與磨削體的接觸，則研磨料的尺寸越小越好。但另一方面，要想將磨削工件加工完成磨削，則磨具必須有足夠的沖擊能力才行。磨具的任務是既要保證足夠的能力對工件的材料進行磨削，而又要保證磨具對工件磨削到一定的細度，因此，在其它條件一定的情況下（如磨具強度、磨具速度度等），這個任務只有通過選擇大小適合的磨料和將它們合理配比才能完成。在磨具制作中磨料之間的空隙理論上是由結(jié)合劑包覆磨料之后產(chǎn)生的，為達到少用無機高分子結(jié)合劑用量來滿足磨具強度、并到達提高磨削效率的目的，就應盡量減小磨料粒之間的空隙。另外一個沿用的觀念認為應該澄清的就是人們習慣于將工件磨削時發(fā)生燒傷歸于磨料輪的組值太密，缺少足夠的容屑氣孔。氣孔在磨削時對磨屑起容屑和排屑作用，并可容納冷卻液，有助于磨削熱量的散逸。為滿足某些特殊加工要求，傳統(tǒng)磨具的氣孔內(nèi)還可以浸漬某些填充劑，如硫黃和石蠟等，以改善磨具的使用性能。這種填充劑，傳統(tǒng)也被稱為磨具的第四要素。這一點并不一定總是正確，因為高削磨削時產(chǎn)生磨屑數(shù)量之多，體積之大絕非小小氣孔所能容納，而超硬磨料磨料輪盡管完全沒有氣孔。只要將其表面適當修銳就能夠很好地工作。如果增大樹脂磨料輪的氣孔容積比勢必會降低其強度，使其過早磨損，這是得不償失的事。另外，砂輪工作線速度對產(chǎn)生磨屑數(shù)量的影響比較復雜，當砂輪從28.8m/s提高到33.6m/s時，速度提高了16%，而堵塞量增加了三倍。因為砂輪線速度的增加使磨粒的最大切深減小，切屑截面積減小，同時切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個因數(shù)均使堵塞量增加，但是當砂輪線速度高達一定程度時(如達50m/s以上)砂輪的堵塞量反而大降低。對于各種工件材料來說，各有一定的其堵塞量最小的臨界砂輪速度值。無機高分子結(jié)合劑制作磨具對這些考慮很少，關于這些磨削理論將在以后的專項中再作介紹。）至于采取什么方法來減少高速磨中的燒傷問題，下面在具體磨具要素中會再談到。磨料顆粒級配和粗細程度的定量表示，磨料的顆粒級配和粗細程度。用級配區(qū)表示磨料的級配，用細度模數(shù)表示磨料的粗細。磨料粒度號及其顆粒尺寸大小 磨 粒磨 粒微 粉粒度號 顆粒尺寸（m） 粒度號顆粒尺寸（m）粒度號顆粒尺寸（m） 14 #1600125070 #250200W40402816 #1250100080 #200160W28282020 #1000800100 #160125W20201424 #800630120 #125100W14141030 #630500150 #10080W1010736 #500400180 #8063W77546 #400315240 #6350W553.560 #315250280 #5040W3.53.52.5磨料的粗細比表面積（f）磨料的粗細程度用表示比表面積（f），其計算公式為 f=(2+3+4+5+6)-51/100比表面積（f）愈大，表示在同種質(zhì)量下磨料愈細，磨具用磨料的比表面積范圍一般為3.70.7，其中f在3.73.1為粗磨料， f在3.02.3為中磨料， f在2.21.6為細磨料， f在1.50.7為特細磨料磨具的堅固性：是指磨具在外力、環(huán)境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。選擇磨具硬度時，主要根據(jù)工件材料的性質(zhì)、磨削方式來選擇。磨料輪的硬度是指磨料輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度。磨料輪的硬度軟，表示磨料輪的磨粒容易脫落，磨料輪的硬度硬，表示磨粒較難脫落。磨料輪的硬度和磨料的硬度是兩個不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的磨料輪，它主要決定于結(jié)合劑的性能、數(shù)量以及磨料輪制造的工藝。磨削與切削的顯著差別是磨料輪具有“自銳性”，選擇磨料輪的硬度，實際上就是選擇磨料輪的自銳性希望還鋒利的磨粒不要太早脫落，也不要磨鈍了還不脫落（磨粒磨損機理(1)微觀切削磨損機理(2)多次塑變導致斷裂的磨損機理(3)微觀斷裂磨損機理影響磨粒磨損的因素等這里不作介紹）。散粒材料的堆積密度及空隙率堆積密度散粒狀材料在規(guī)定裝填條件下（包括散粒材料中顆粒在自然狀態(tài)下的體積和顆粒之間空隙的體積）的質(zhì)量稱為堆積密度。如白剛玉堆積密度1.531.99g/cm3，顆粒密度為：3.954.0g/cm3。單位g/cm3或kg/m3。 公式： o=m/Vo式中 o堆積密度（g/cm3） m材料的質(zhì)量（g） Vo材料的堆積體積（cm3）單位體積磨料的重量稱為磨料的堆積密度，其單位習慣上用g/cm3來表示。磨料的堆積密度直接對磨具的強度、硬度及切削性能都有一定的影響，另外，它對磨料的其它性質(zhì)也有一定的影響。 影響磨料堆積密度的因素主要包括磨料的種類、粒度和磨料的破碎方法。一般來說，在相同的條件下，剛玉的堆積密度比碳化硅的大，粗粒度比細粒度的堆積密度大，等積形磨料的堆積密度比片狀、劍狀的大，用球磨機加工的磨料的堆積密度比對輥機、鄂式破碎機加工的大。 就磨具的生產(chǎn)而言，用于生產(chǎn)固結(jié)磨具的磨料，其堆積密度應盡可能的大，從而使得磨具具有較高的強度、硬度以及良好的切削性能；用于生產(chǎn)涂附磨具的磨料，其堆積密度應盡可能的小，這樣可以保證磨具的鋒利性，故而這也是磨具生產(chǎn)應當注意的。 磨料的堆積密度可以通過整形來改變，用球磨機整形可提高磨料的堆積密度，用對輥機或鄂式破碎機整形能降低磨料的堆積密度。另外，采用混合磨?？梢蕴岣吣チ系亩逊e密度，如果粗細粒度搭配適當，能使磨料的堆積密度達到最大值。空隙率散粒材料在自然堆積狀態(tài)下，其中的空隙體積與散粒在自然堆積狀態(tài)下的體積之比的百分率稱為空隙率公式： P=(1-o/o)100% P散粒材料的空隙率 o散粒材料的堆積密度 o-材料的體積密度磨料粒度級配的選擇連續(xù)級配和間斷級配連續(xù)級配是按顆粒尺寸大小由小到大連續(xù)分級（2.5nmDmax），每一級磨料都占有一定比例。連續(xù)級配顆粒級差?。―/d2），配制的磨料拌和物和易性好，不易產(chǎn)生大?，F(xiàn)象。間斷級配是人為剔除某些中間粒級顆粒，大顆粒的空隙直接由比它小得多的顆粒去填充，顆粒級差大（D/d6），空隙率的降低比連續(xù)級配快得多，可最大限度地發(fā)揮磨料的骨架。級配磨料的用量計算：根據(jù)緊密嵌擠-骨架密實的原則，設計混合料的思路推導出粗細磨料用量百分比公式：qxqc=100 式1qx（1vx）px=kqc(1vc)pc 式2式中： qx、qc-細粗磨料重量百分比， vx、vc細粗磨料堆積孔隙率， px、pc細粗磨料堆積密度， k填充系數(shù)。式1.2聯(lián)解出磨料的百分比，式中k依據(jù)磨具的具體情況，如密度、強度、磨削性能等情況來定。完全填充時k為1，若粗磨料用量為M，那么細磨料的用量為（Mo粗）P粗o細，即也為細磨料的最大理論添加量。關于砂輪的磨料級配問題，涉及的引申問題很多，如磨削性能、強度、密度、混料、成型工藝等等，也有很多問題有待進一步研究。磨具的強度磨具強度包括抗拉強度、抗折強度、抗壓強度和抗沖擊強度。磨具抗拉強度反映磨具在最大張力下的強度，它是磨具制造、使用上的一個重要指標，直接與磨具在高速旋轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生破裂的程度有關；磨具抗折強度反映磨具的最大彎曲應力或彎曲極限，它與磨具磨削中成型磨削性能有關，例如螺紋磨削、曲軸磨削及各類型的切入磨削等，都要求磨具有較好的抗折強度；磨具抗壓強度反映在壓力作用下磨具的強度極限，磨具在增大徑向負荷磨削時磨粒磨鈍斷裂及磨具發(fā)生破裂程度與抗壓強度有關；磨具抗沖擊強度反映磨具在動負荷下抵抗沖擊力的性能；磨具抗拉強度小于抗折強度，而它又是反映磨具在高速旋轉(zhuǎn)時的抗破裂能力，為保證磨具的使用安全，磨具抗拉強度將是磨具十分重要的性能。了解這些在不同情況下磨具面對的工況受力情況，是為了涉及滿足磨具不同使用用途、性能設計的必要條件。磨料輪的回轉(zhuǎn)強度是指磨料輪旋轉(zhuǎn)時在離心力作用下抵抗破裂的能力，反映了磨料輪抗張應力的大小和回轉(zhuǎn)速度的高低?？估瓘姸仁峭ㄟ^拉力試驗機把“8”字塊試樣拉斷測定的，磨料輪的破裂速度則是在磨料輪回轉(zhuǎn)過程中造成磨料輪破裂時的速度。根據(jù)平均應力學說其關系式：p1/3R2Rrr2（v2/gR2）式中 p最大抗拉強度值，MPa；R磨料輪半徑，cm；r磨料輪內(nèi)孔半徑，cm；一磨料輪密度，g/cm3；v磨料輪破裂速度，m/s；g一一重力加速度，9.8m/s2。一般在同樣條件下，磨料輪的抗拉強度值越高，其破裂速度也越高。因此，可以通過實驗室“8”字塊試樣測出的抗拉強度，近似計算出磨料輪回轉(zhuǎn)破裂速度。有利于磨料輪制備工藝配方設計。磨料輪的回轉(zhuǎn)試驗方法按國家標準GB/T 24931995進行。要求最高工作速度小于等于50m/s的磨料輪，其回轉(zhuǎn)試驗速度應是最高工作速度的1.6倍。最高工作速度大于50m/s的磨料輪，其回轉(zhuǎn)試驗速度應是最高工作速度的1.5倍，國外的回轉(zhuǎn)試驗速度應是最高工作速度的2倍；由此可知：磨料輪的回轉(zhuǎn)破裂速度、回轉(zhuǎn)檢驗速度和最高工作速度，這三者之間的關系如下：v破裂v回轉(zhuǎn)v最高工作由外界硬質(zhì)顆?；蛴脖砻娴奈⒎逶谀Σ粮睂ε急砻嫦鄬\動過程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。其特征是在摩擦副對偶表面沿滑動方向形成劃痕。磨粒磨損分類磨料磨損有多種分類方法，例如，以力的作用特點來分，可分為：(1)低應力劃傷式的磨料磨損，它的特點是磨具磨料作用于表面的應力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機械中的刮板輸送機溜槽磨損情況就是屬于這種類型。(2)高應力輾碎式的磨料磨損，其特點是磨具磨料與表面接觸處的最大壓應力大于磨料的壓潰強度。生產(chǎn)中球磨機襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。(3)鑿削式磨料磨損，其特點是磨料對材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機斗齒及顎式破碎機的齒板。也有以磨損接觸物體的表面分類，分為兩體磨料磨損和三體磨料磨損。兩體磨損的情況是，磨料與一個磨具表面接觸，磨料為一物體，磨具表面為另一物體，如犁鏵。而三體磨損，其磨損料介于兩個滑動磨具表面，或者介于兩個滾動物體表面，前者如活塞與汽缸間落人磨料，后者如齒輪間落人磨料。這兩種分類法最常用。磨粒磨損的主要試驗規(guī)律雖然磨具或材料的耐磨性能不是材料的固有特性，它與許多因素有關，但是材料本身的硬度和磨粒的硬度是影響磨料磨損的兩個最主要的因素，現(xiàn)已總結(jié)出它們的影響規(guī)律。(1)如果材料預先已經(jīng)過加工硬化，則對增加耐磨性就不再起作用。這說明磨損試驗本身，已使材料表面達到了最大的加工硬化狀態(tài)。(2)材料的耐磨性顯然與磨粒的硬度、幾何形狀、物理性能有關。除了提高材料本身硬度可增加抗磨料磨損性能外，還可進行感應加熱淬火、滲碳、氮化、表面噴鍍與堆焊來提高耐磨性。磨具的組織磨具是由磨粒、結(jié)合劑、輔助材料和氣孔四要素組成（傳統(tǒng)的不包括輔助材料），而磨粒是磨具對被加工工件表面起切削作用的主要要素。所謂磨具組織，就是反映在磨具內(nèi)起主要磨削作用的磨粒分布的疏密程度，也可以說是磨粒在磨具中的體積分布，以磨粒占磨具體積分數(shù)來表示，也稱為磨粒率。根據(jù)國家標準GB/T 24841994規(guī)定，磨具組織號按磨粒率從大到小順序為014，其磨具組織號與磨粒率的關系：Vg2（31N）式中：Vg磨粒率，；允差為1.55； N組織號（從014或更大）。磨具組織松緊與磨粒粒度有關。粗粒度磨具，由于磨粒顆粒尺寸大，所占體積分數(shù)也大，即磨粒率高，所以一般粗粒度磨具組織比較緊密，組織號在05范圍內(nèi)。反之，細粒度磨具，其顆粒尺寸小，表面積大，同樣堆積體積重量輕，磨具同樣硬度時，所用結(jié)合劑量要比粗粒度磨具多，單位體積內(nèi)磨粒所占體積較少，故組織比較疏松，組織號較大。磨具配合比設計的步驟配方設計原則對于任何砂輪來說，至關重要的當然是根據(jù)磨削對象而設計出的配方。配方是組成砂輪產(chǎn)品的原材料種類和數(shù)量的反映，是生產(chǎn)中配制成型料的重要依據(jù)，它是根據(jù)砂輪的使用性能與工藝要求而擬定的。嚴格地講它應該包括所使用的磨料、結(jié)合劑、填充料等，以及與之有關的磨料類別、濃度和砂輪的成型密度、氣孔率、混料成型工藝、固化工藝等。配方設計的一般過程是：首先在分析各種原材料作用的基礎上，根據(jù)加工要求，進行結(jié)合劑成分混配，冷壓（熱壓、澆注模壓）制成試樣；固化后測定其強度、硬度等各項性能參數(shù)；選擇性能科學配比后經(jīng)反復試驗，并經(jīng)一定時間的產(chǎn)生驗證，達到穩(wěn)定成熟。配方設計的總原則是：應該對技術可行性研究與經(jīng)濟指標進行綜合評估。技術上主要考慮所設計的配方中原材料的性能及配比能不能適合磨削加工性能、質(zhì)量的要求；經(jīng)濟上則要考慮包括砂輪制造和使用兩方面因素在內(nèi)的總的加工費用。所有的無機高分子結(jié)合劑砂輪（樹脂、陶瓷、超硬）都一樣，由磨料、結(jié)合劑、輔助材料和氣孔等部分組成，磨具的總體積等它們者之和。假設磨具的總體積為100，則：V磨具V磨料V結(jié)V氣100式中：V磨具磨具的總體積；V磨料磨料所占的體積；V結(jié)結(jié)合劑所占的體積；V氣氣孔所占的體積；V結(jié)V粘V輔助材料式中：V粘粘合劑所占的體積；V輔助材料輔助材料所占的體積。成型密度（V磨料磨料V粘粘V輔輔）100式中：磨料磨料的密度，gcm3；粘樹脂粉的密度，gcm3；填填料的密度，gcm3。配方中各數(shù)據(jù)取決于三者的比例關系，要使三者的比例關系搭配合理，須抓住影響配方的幾個因素，如結(jié)合劑濃度、硬度、磨料粒度，進行分析。第一步：磨具配制強度的確定依據(jù)公式： fo=fk+t式中：fo磨具配制強度MPa；fk設計要求的磨具強度等級MPa；結(jié)合劑實際強度，如無法取得實際強度可按 fc1/3R2Rrr2（v2/gR2）k來定（k與成型壓力、坯體密度、磨料種類形狀、成型工藝（熱壓、冷壓、澆注壓）、溫控曲線等有關）t 概率度系數(shù) -磨具強度標準差MPa。第二步：選取合理磨料率值方法： 、依據(jù)填充理論和磨料態(tài)參數(shù)，計算磨料率； 、根據(jù)通過試驗求出合理磨料率坍落度最大的最小磨料率； 、如無試驗資料，可根據(jù)磨料品種、規(guī)格和結(jié)合劑的經(jīng)驗比。第三步：初步確定比（磨料結(jié)合劑）無機高分子結(jié)合劑的經(jīng)驗強度值（陶瓷磨具）硬度GHJKLMNPQRSA36 g100100100100100100100100100100100結(jié)合劑 g1520202525303040成型壓力成型密度依磨具強度公式：100份磨料所需結(jié)合劑基本滿足上述要求的多重回歸回歸方程作為表達磨具配方的函數(shù)式。C=bo+b1X1+b2X2+b3X3 bo代表截距， b1、b2、b3為回歸系數(shù) X1、X2、X3為變量。第四步：計算磨料、結(jié)合劑的用量S，GA 質(zhì)量法： 若原材料情況比較穩(wěn)定，所配制的磨料拌和物的堆積密度將接近一個固定值。 B體積法： 假定磨料拌和物的體積等于各組成材料絕對體積和磨料拌和物中所含空氣體積之總和。配合比的試配、調(diào)整以上求出的各材料用量，是借助于一些經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)計算出來的，或是利用經(jīng)驗資料查得的，因而不一定能夠完全符合具體的生產(chǎn)實際情況，必須通過試拌調(diào)整，直到磨料拌和物的符合要求為止，然后提出供檢驗強度用的基準配合比。實驗室配合比強度校驗采用三個不同的配合比，其一為基準配合比，另外兩個配合比的W/C較基準配合比分別增加或減少3。每種配合比至少制作一組（三塊）試件，固結(jié)后，用作圖法或計算法求出與磨具配制強度（f0）相對應的結(jié)合劑，并確定出設計配合比。實驗室配合比的確定用磨料量（W）取基準配合比中的用磨料量，并根據(jù)制作強度試件時測得的強度，進行適當?shù)恼{(diào)整； 結(jié)合劑用量（C）比計算確定；粗、細磨料用量（S，G）取基準配合比中的粗、細磨料用量，并按選定的比進行適當?shù)恼{(diào)整。第五步：換算生產(chǎn)配合比經(jīng)測生產(chǎn)配合比為：備注：(1)磨料直徑的大小要合適。因為少量顆粒直徑過大，會引起應力集中或本身破碎，從而導致磨具基體強度降低；磨料直徑太小，則起不到大的強化作用。關于磨料粗細的合理配合還有待于進一步研究。(2)磨料的數(shù)量一般大于60。數(shù)量太少，達不到最佳的磨削效果。(3)磨料與結(jié)合劑形成的基體應有一定的強度。二.重負荷砂輪的應用重負荷砂輪的發(fā)展：重負荷砂輪主要使用樹脂結(jié)合劑，樹脂重負荷的磨削效率居其它各種磨具之首。它主要用于鋼鐵工業(yè)中對鋼錠、鋼坯、鋼板的修磨以及各種鑄件的表面清理等。故又把這種砂輪稱之為荒磨砂輪或磨鋼坯砂輪，它的發(fā)展依賴于鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，以及相應的高效磨床的發(fā)展。 從前，上述鋼坯修磨作業(yè)采用陶瓷結(jié)合劑砂輪和樹脂結(jié)合劑砂輪。由于陶瓷結(jié)合劑砂輪回轉(zhuǎn)強度、沖擊強度都不如樹脂結(jié)合劑砂輪高，故后來逐步由樹脂結(jié)合劑砂輪代替了陶瓷結(jié)合劑砂輪。 板坯修磨機是冶金企業(yè)對不銹鋼連鑄坯進行表面加工的設備，經(jīng)過砂輪對鋼坯表面的磨削，去除氧化層和表面缺陷，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。影響該工序成本的重要因素是金屬去除率和磨削比。金屬去除率用單位時間內(nèi)磨掉的金屬重量來評價，磨削比是指磨掉的金屬重量與消耗的砂輪重量之比。根據(jù)磨削動力學原理，要達到大的金屬去除率，主要的方法是提高砂輪的線速度和增大磨削壓力。但是，提高磨削壓力和砂輪線速度會影響砂輪使用壽命，因此，必須尋求最佳加工工藝。 我國鋼坯修磨，原來多采用懸掛式修磨機。這種修磨機的缺點是磨削壓力小（用人施加壓力，一般壓力為1040Kg、速度3040M/S）磨削效率低、修磨質(zhì)量差，難以實現(xiàn)鋼坯的“全扒皮”作業(yè)，另外，工人的勞動強度大，操作環(huán)境條件惡劣，影響工人的人身健康等。這種磨削工藝落后。已不能適應我國鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)。目前我國對鋼坯修磨作業(yè)也非常重視，不斷地進行研究，自己設計和從國外引進了一定數(shù)量的現(xiàn)代化磨鋼坯機，并相應地進行磨鋼坯砂輪的研究，來滿足我國鋼鐵工業(yè)日益發(fā)展的需要。國外從60年代起對重負荷磨削進行大力研究，為解決鋼坯修磨的機械化問題、磨削效率問題，2000年創(chuàng)造了高速重負荷磨削工藝。這種磨削工藝的特點是對修磨機來講需要使用大馬力的修磨機，它磨削負荷大，操作已實現(xiàn)機械化和自動化，因而磨削效率大大提高，每小時磨除金屬量可高達500800Kg：從砂輪制造來講，對砂輪提出了更高的要求，砂輪用磨料要采用特殊磨料（粗粒度），要能夠承受高的磨削壓力，砂輪使用速度要達到80米/秒以上，硬度要達到超硬級，才能滿足重負荷磨削工藝的苛刻要求。目前國外已制造和使用了能承受磨削壓力1000Kg，砂輪使用速度達90米/秒的樹脂高速重負荷砂輪。目前國外對砂輪的研究方向是：砂輪使用速度100米/秒以上，負荷壓力為10001500Kg，磨削效率即金屬磨除量每小時達到8001000Kg，磨削比達到200250，這樣磨削鋼坯成本會大大降低，為原來的五分之一。據(jù)統(tǒng)計，鋼鐵部門所使用的砂輪中，樹脂磨具占85，這85的樹脂磨具中，重負荷磨具占45，中負荷磨具占30，低負荷磨具占10。另樹脂重負荷和中負荷磨具與國家粗鋼產(chǎn)量、特別是特殊鋼產(chǎn)量的關系也極為密切。重負荷荒磨的技術特點包括:(1)磨削壓力、砂輪速度和金屬磨除率高、磨削功率大，要求機床具有足夠的剛度和強度;(2)使用高強度、高硬度和粗粒度的重負荷荒磨砂輪。一般均采用樹脂結(jié)合劑和棕剛玉、微晶剛玉、燒結(jié)剛玉和鋯剛玉等高韌性磨料，超硬級硬度，且砂輪不需要修整;(3)采用干式磨削方式。重負荷砂輪使用的磨料：重負荷砂輪的特點是工作速度高，磨削壓力大、磨削效率高。所以對砂輪的機械強度要求很高。而砂輪的機械強度取決于它的結(jié)構(gòu)。砂輪的結(jié)構(gòu)由磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比值和它們的分布情況而定。想要得到較為密實結(jié)構(gòu)的砂輪，那就必須增大砂輪的成型壓力，成型壓力的大小又要由磨料的脆性和強度決定。重負荷砂輪使用的磨料大致有以下主要幾種：棕剛玉磨料。起初重負荷砂輪用的磨料都采用棕剛玉磨料。這種磨料韌性高，抗破碎性能強。一般用來制造低負荷或中負荷的重磨削砂輪。燒結(jié)剛玉磨料。燒結(jié)剛玉又分為礬土燒結(jié)剛玉、氧化鋁燒結(jié)剛玉以及燒結(jié)鋯剛玉磨料等。這些燒結(jié)剛玉磨料適用于制造重負荷砂輪。鋯剛玉磨料。這是一種高效磨削磨料，目前國外重負荷砂輪制造多采用這種磨料。一般要求ZrO2在剛玉中的含量在2540范圍內(nèi)，晶體尺寸為20微米，最大不超過40微米。常用于制造重負荷砂輪的為含ZrO225的鋯剛玉。重負荷砂輪使用的磨料粒度。為提高磨削效率，重負荷砂輪多采用粗粒度。目前國外、國內(nèi)常用的磨料粒度為6、8、14、16、20、24、30、36等等。重負荷砂輪使用的結(jié)合劑：結(jié)合劑是砂輪的關鍵組成之一，其功能是將磨料顆粒接固成一體形成砂輪，以幫助其實現(xiàn)磨削功能。重負荷砂輪使用的結(jié)合劑目前主要是酚醛樹脂。酚醛樹脂的品種很多，選擇使用時，要選用耐熱性能好，同磨粒的結(jié)合力大，本身的機械性能即抗拉強度、抗壓強度、硬度、撓曲強度等高的樹脂。國外目前采用的樹脂粉大都經(jīng)過改性的。酚醛樹脂又分為液體的和粉狀的，現(xiàn)在國外、國內(nèi)制造重負荷砂輪都選用粉狀酚醛樹脂。這樣雖然磨具的彈性好，但還是不能解決高溫時樹脂的碳化問題，而使用無機高分子結(jié)合劑系列生產(chǎn)的磨具，能很好的解決這一系列問題，并使磨具的性能進一步提高。重負荷砂輪使用的填充料：重負荷砂輪的強度提高，只依靠磨料的高強度和結(jié)合劑的強度還是不夠的。為提高砂輪的強度和增加砂輪的某種性能，需要增加填充材料加以彌補。重負荷砂輪使用的填充材料很多。但使用最多的有：冰晶石、氟化鈣、碳酸鈣、硫鐵礦、硫化鉛等金屬硫化物的粉末。另外還有礦物短纖維（玻璃纖維、渣棉、