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成型工藝對金剛石陶瓷砂輪磨削性能的影響有多大?

更新時間:2016-08-26 14:00:50點擊次數:1530次 字號:T|T

       成型工藝對陶瓷結合劑金剛石砂輪的磨削性能有著重要的作用。冷等靜壓成形工藝不僅可以解決傳統成形工藝過程中形成的組織不均勻和裂紋等缺陷,而且製備燒成的產品具有密度高而均勻等特點。該成形技術可顯著改善產品性能,提高產品質量,從而越來越受到人們的重視。筆者主要研究了單向冷壓、雙向冷壓和冷等靜壓成形工藝對陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削性能影響。

1 實驗
實驗采用的陶瓷結合劑的配方見表1,其主要性能指標見表2。按一定比例加入金剛石磨料和碳化矽磨料,以聚乙烯醇、糊精粉為臨時粘結劑和潤濕劑。將各種原料混合均勻後,分別通過單向冷壓、雙向冷壓和冷等靜壓3種不同成形工藝製備規格為 D45W5的砂輪,檢測砂輪的磨削比和磨削效率、被加工工件的表麵粗糙度和顯微結構,並研究不同成形工藝對砂輪磨削性能的影響。

表1 陶瓷結合劑的化學組成(質量%)  表2  陶瓷結合劑的主要性能指標

采用3MZK208A 全自動數控磨床進行砂輪磨削試驗;采用北京時代浩方科技有限公司生產的 PS1表麵粗糙度測量儀測量工件表麵粗糙度;采用全自動金剛石顯微影像檢測儀對工件的劃痕進行分析。

 

2 實驗結果與分析
2.1 不同成形工藝對砂輪磨削比的影響

砂輪的磨削比是指工件的去除量與砂輪的減少量的比值。圖1為單向冷壓、雙向冷壓和經冷等靜壓處理的陶瓷結合劑金剛石砂輪加工洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼的磨削比,其中編號(1)、(2)、(3)分別表示的是經單向冷壓、雙向冷壓和冷等靜壓3種不同成形工藝製備的砂輪。

圖1  不同砂輪磨削不同工件的磨削比

由圖1可以看出,經冷等靜壓處理的陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削比較高,其次是雙向冷壓製備的砂輪。這是因為冷等靜壓試樣結構致密,陶瓷結合劑與金剛石均勻緊密結合,對金剛石的把持力增強,在磨削過程中,砂輪接觸麵的金剛石受到作用力時不易脫落。

這樣對金剛石磨粒把持力大的砂輪的磨削比高。而陶瓷結合劑對金剛石的把持力較小,金剛石容易脫落。同時,從圖1還可以看出,不同成形工藝製備的砂輪加工洛氏硬度為71的硬質合金時,砂輪的利用率比較低。

2.2 不同成形工藝對砂輪磨削效率的影響

圖2為單向冷壓、雙向冷壓和經冷等靜壓處理的陶瓷結合劑金剛石砂輪加工洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼的磨削效率。

圖2  不同砂輪磨削不同工件的磨削效率


由圖2可以看出,經冷等靜壓處理的砂輪磨削效率高,不同成形工藝製備的砂輪加工洛氏硬度為71的硬質合金時,砂輪的磨削效率低。在工件的磨削加工過程中,磨削效率越高,加工工件的數量越多。經冷等靜壓處理的砂輪,陶瓷結合劑與金剛石均勻緊密結合,對金剛石的把持力增強,在磨削過程中,金剛石不易脫落,有效磨粒數多,故磨削效率高。

而單向冷壓和雙向冷壓砂輪由於結構疏鬆,陶瓷結合劑對金剛石的把持力小,金剛石在未完全參與磨削提前就脫落,從而磨削效率低。

2.3 不同工件被砂輪磨削的表麵粗糙度

圖3為單向冷壓、雙向冷壓和經冷等靜壓處理的陶瓷結合劑金剛石砂輪加工洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼的表麵粗糙度。

圖3  砂輪磨削後的不同工件表麵粗糙度

由圖3可以看出,經冷等靜壓處理的砂輪加工的工件,其表麵粗糙度均低於單向冷壓和雙向冷壓的工件,分別達到0.117μm、0.135μm、0.061μm。不同成形工藝製備的砂輪加工洛氏硬度為71的硬質合金時,其表麵粗糙度高。經冷等靜壓處理 的砂輪形成了許多較均勻的氣孔,主要分布於陶瓷結合劑中(見圖4),它可使排屑和冷卻性能提高,砂輪在快速磨削 過程中,磨削熱減少,產生的大量切屑可以及時排出,不會粘附在砂輪表麵,砂輪的表觀鋒利,為砂輪進行高質量的表麵加工提供了保障,因此工件表麵粗糙度低。

圖4  試樣的斷口形貌

而單向冷壓和雙向冷壓砂輪因密度分布不均勻,密度大的位置因砂輪中陶瓷結合劑對金剛石把持力過大,在磨削過程中,金剛石磨粒不易脫落,砂輪表麵容易發生堵塞現象(見圖(a)、圖5(b)),因此工件表麵粗糙度高。

 

圖5  不同砂輪磨削45#鋼後的圖片

2.4 被砂輪磨削後的表麵粗糙度不同工件的顯微結構

圖6為不同工件被不同成形工藝製備的砂輪磨削後,在顯微鏡下放 大1600 倍的顯微結 構 圖。從圖 6可以看出,經冷等靜壓處理的砂輪磨削洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼後,相比單向冷壓和雙向冷壓砂輪其表麵有分布均勻且淺的劃痕,劃痕寬度 <1μm,表明工件被磨削後表麵質量較好。  

圖6  不同工件表麵加工質量的顯微圖

 

3 結論
1)經冷等靜壓處理的陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼時,其砂輪磨削比和磨削效率較高,工件表麵粗糙度較低。

2)經冷等靜壓處理的砂輪磨削洛氏硬度為71和85的硬質合金及45# 鋼後,相比單向冷壓和雙向冷壓砂輪其表麵有分布均勻且淺的劃痕,表明工件被磨削後表麵質量較好。

轉自愛銳網 (編輯:etalin)
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