不同的造孔劑對陶瓷結(jié)合劑cBN砂輪性能的影響①

陳衛(wèi)東,涂俊群

(蘇州賽力精密工具有限公司,江蘇蘇州215121)

不同的造孔劑對陶瓷結(jié)合劑cBN砂輪性能的影響①

陳衛(wèi)東,涂俊群

(蘇州賽力精密工具有限公司,江蘇蘇州215121)

砂輪中具有適量的氣孔可以在磨削的過程中起良好的冷卻、容屑排屑及促使砂輪自銳的作用。選用四種不同的造孔劑,在相同的試驗條件下,通過添加不同含量的造孔劑,對比和分析了造孔劑的種類與用量對結(jié)合劑強(qiáng)度及砂輪性能的影響。試驗結(jié)果為:添加4種不同的造孔劑均對結(jié)合劑的強(qiáng)度有一定的影響,造孔劑的含量越高,結(jié)合劑的強(qiáng)度下降幅度越大。氧化鋁空心球及空心玻璃微球造出的氣孔比較均勻,且孔隙率比較容易控制,制備出的砂輪在磨削的過程中容易產(chǎn)生較多的氣孔,兼顧了砂輪的強(qiáng)度與鋒利性。以硫酸銨為造孔劑制備的砂輪氣孔比較細(xì)小而均勻,而且氣孔之間是連通的,但硫酸銨對結(jié)合劑的強(qiáng)度影響較大,不宜過多添加。以碳粉為造孔劑制備的砂輪中有輕微的碳粉殘留,對砂輪的強(qiáng)度影響較大。

造孔劑;陶瓷結(jié)合劑;cBN;砂輪

1 前言

精密磨削的過程中,砂輪表面容易堵塞而導(dǎo)致粘屑甚至工件燒傷,尤其是加工韌性較大的材質(zhì),如高速鋼、CF55#鋼等。砂輪堵塞類型有嵌入型、粘著型、混合型[1]。嵌入型堵塞是由于工件脫落的磨屑機(jī)械地嵌在砂輪工作表面氣孔處所造成的堵塞;粘著型堵塞是指工件上脫落的磨屑熔結(jié)在磨粒及結(jié)合劑的表面上所造成的堵塞;混合型堵塞是指砂輪表面上既有嵌入型堵塞,又有粘著型堵塞。砂輪中具有適量的氣孔可以在磨削的過程中起良好的冷卻、容屑排屑及促使砂輪自銳的作用[2]。如果砂輪有足夠大的容屑及排屑空間,砂輪的嵌入型堵塞就會大大減少。相應(yīng)的,砂輪的磨削力小、磨削效率也更高,砂輪的粘著型和混合型堵塞也減少,整個磨削過程將處在一個良性的循環(huán)之中。另外,如果氣孔為開孔(串通孔或半串通孔),冷卻液通過開孔不斷地滲入到砂輪里,甚至滲到磨削區(qū)域里面,會使砂輪和工件得到更充分的冷卻,從而減少工件磨削燒傷的機(jī)會。

為了使砂輪具有良好的容屑及排屑空間,減少精密磨削的過程中砂輪堵塞,需要開發(fā)氣孔多且均勻的砂輪。劉振江等[3]以炭黑、PMMA微球及PS微球為造孔劑制備Al2O3多孔陶瓷,以炭黑為造孔劑的多孔陶瓷比以PS微球與PMMA微球為造孔劑的多孔陶瓷的強(qiáng)度大,但氣孔率的穩(wěn)定性差且不易控制。

本文選用四種不同的造孔劑,分別為硫酸銨、碳粉、氧化鋁空心球、空心玻璃微球,在相同的試驗條件下,測試各種造孔劑的不同添加量對結(jié)合劑的抗折性能及砂輪性能的影響。

2 試驗部分

2.1 原材料

陶瓷結(jié)合劑:硼鋁硅酸鹽體系,具體成分參見表1;粒度-200目;

造孔劑:

(1)碳粉:黑色顆粒,100/120目

(2)硫酸銨:無色立方結(jié)晶,粉狀,100/120目

(3)氧化鋁空心球:白色球狀顆粒,100/120目

(4)空心玻璃微球:白色球狀粉末,半透明,140/ 170目。

磨料:

cBN,黑色顆粒,170/200目

表1 試驗陶瓷結(jié)合劑的化學(xué)成分Table 1 Chemical components of vitrified bond used in the experiment

2.2 主要試驗設(shè)備

JJ-1型增力電動攪拌器

20T液壓機(jī)

DHG101-3A型數(shù)顯恒溫干燥箱

TSX-7.5-12型燒結(jié)電爐

JDL-100KN型數(shù)顯式萬能拉力試驗機(jī)XTL-3400型體視顯微鏡

2.3 試驗過程

試驗過程為:陶瓷結(jié)合劑或陶瓷結(jié)合劑與磨料+造孔劑——配混料——冷壓成型——燒結(jié)——測試抗折強(qiáng)度——觀察斷面結(jié)構(gòu)。

(1)配混料的過程中,采用0.001g電子分析天平,過80目篩網(wǎng),模具腔體尺寸為60mm×10mm× 10mm,成型壓力為5MPa。

(2)抗折強(qiáng)度采用三點彎曲法測定,跨距為20mm,壓頭加載速率為0.5mm/min。每組測量5個樣塊的抗折強(qiáng)度,取平均值。

(3)采用體視顯微鏡觀察陶瓷結(jié)合劑及砂輪斷面的照片。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 硫酸銨的不同添加量對結(jié)合劑強(qiáng)度及砂輪性能的影響

圖1 硫酸銨的不同添加量對抗折強(qiáng)度的影響Fig.1 Influence of different additive amount of ammonium sulphate on bending strength

由圖1可見,添加硫酸銨造孔對結(jié)合劑的強(qiáng)度有較大的影響,當(dāng)硫酸銨的添加量大于5%后,結(jié)合劑的強(qiáng)度非常低。從照片中可以看出,硫酸銨造出的孔隙比較均勻,沒有太大的氣孔,而且氣孔之間是連通的,容易貯存磨削液及磨屑,用硫酸銨造孔制備的砂輪鋒利性較好。添加硫酸銨造孔劑適合制備鋒利性要求較高的砂輪。

圖2 添加5%硫酸銨的造孔效果照片(左):結(jié)合劑(右):結(jié)合劑+磨料Fig.2 Pictures of pore-forming effect by adding 5%ammonium sulphate (L):binding agent(R):binding agent+abrasive

3.2 碳粉的不同添加量對結(jié)合劑強(qiáng)度及砂輪性能的影響

由圖3可見,添加碳粉造孔對結(jié)合劑的強(qiáng)度也有較大的影響,當(dāng)碳粉的添加量大于5%后,結(jié)合劑的強(qiáng)度急劇下降。從結(jié)合劑添加碳粉造孔的照片中可以看出,添加碳粉后造出的砂輪孔隙較大,碳粉有些殘留,可能是由于這些殘留的碳粉導(dǎo)致了結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度隨著造孔劑添加量增加而急劇下降。添加碳粉適合制備大氣孔砂輪。

圖3 碳粉的不同添加量對抗折強(qiáng)度的影響Fig.3 Influence of different additive amount of carbon powder on bending strength

圖4 添加5%碳粉的造孔效果圖片(左):結(jié)合劑 (右):結(jié)合劑+磨料Fig.4 Pictures of pore-forming effect by adding 5%carbon powder (L):binding agent(R):binding agent+abrasive

3.3 氧化鋁空心球的不同添加量對結(jié)合劑強(qiáng)度及砂輪性能的影響

從氧化鋁空心球的不同添加量與結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度曲線中可以看出,氧化鋁空心球的添加對結(jié)合劑的強(qiáng)度影響較小,這主要是由于氧化鋁空心球有一定的強(qiáng)度,在結(jié)合劑中造出具有支撐結(jié)構(gòu)的孔隙。從結(jié)合劑斷裂面中可以看出,氧化鋁空心球造出的孔隙比較圓滑,孔隙結(jié)構(gòu)容易控制。添加氧化鋁空心球造孔的孔隙率很容易控制,添加氧化鋁空心球制備的cBN砂輪在磨削的過程中比較容易破碎而產(chǎn)生氣孔,起了很好的容屑及排屑效果。氧化鋁空心球造孔劑添加量可以根據(jù)砂輪性能的要求適量添加。

圖5 氧化鋁空心球的不同添加量對抗折強(qiáng)度的影響Fig.5 Influence of different additive amount of alumina bubble on bending strength

圖6 添加15%氧化鋁空心球的造孔效果照片(左):結(jié)合劑 (右):結(jié)合劑+磨料Fig.6 Pictures of pore-forming effect by adding 15%alumina bubble (L):binding agent(R):binding agent+abrasive

3.4 空心玻璃微球的不同添加量對結(jié)合劑強(qiáng)度及砂輪性能的影響

從結(jié)合劑添加空心玻璃微球的斷面及砂輪的斷面照片中可以看出,空心玻璃微球造出的孔隙比較均勻,空心玻璃微球的球壁很薄,在光線的照射下呈七彩的肥皂泡狀態(tài)。添加空心玻璃微球造孔對結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度影響也相對較低,從空心玻璃微球的添加量與抗折強(qiáng)度的曲線中可以看出,當(dāng)空心玻璃微球的添加量為15%時,結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度仍有原來的一半,說明具有材料支撐的孔隙對結(jié)合劑的抗折強(qiáng)度影響相對較小。綜合權(quán)衡砂輪的強(qiáng)度及鋒利性,空心玻璃微球的添加量以15%為宜。

圖7 空心玻璃微球的不同添加量對抗折強(qiáng)度的影響Fig.7 Influence of different additive amount of hollow glass microsphere on bending strength

圖8 添加15%空心玻璃微球的造孔效果照片(左):結(jié)合劑 (右):結(jié)合劑+磨料Fig.8 Pictures of pore-forming effect by adding 15%hollow glass microsphere(L):binding agent(R):binding agent+abrasive

4 結(jié)論

(1)添加4種不同的造孔劑均對結(jié)合劑的強(qiáng)度有一定的影響,造孔劑的含量越高,結(jié)合劑的強(qiáng)度下降幅度越大。其中,氧化鋁空心球及空心玻璃微球造孔對結(jié)合劑的強(qiáng)度影響相對較小。

(2)氧化鋁空心球及空心玻璃微球造出的氣孔比較均勻,且孔隙率比較容易控制,制備出的砂輪在磨削的過程中容易產(chǎn)生較多的孔隙,兼顧了砂輪的強(qiáng)度與鋒利性。

(3)以硫酸銨為造孔劑制備的砂輪氣孔比較細(xì)小而均勻,而且氣孔之間是連通的,但硫酸銨對結(jié)合劑的強(qiáng)度影響較大,不宜過多添加。

(4)以碳粉為造孔劑制備的砂輪中有輕微的碳粉殘留,對砂輪的強(qiáng)度影響較大。

[1] 孟慶輝,李印江主編.磨料磨具技術(shù)手冊[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1993.

[2] 左宏森,關(guān)春龍.造孔劑對金屬結(jié)合劑金剛石磨具力學(xué)性能的影響[J].金剛石與磨料磨具工程,2009,173(5),82-85.

[3] 劉振,王琦,田陸飛,等.利用不同造孔劑制備Al2O3多孔陶瓷[J].山東陶瓷,2009,32(4), 30-33.

Influence of Different Type of Pore Former on the Mechanical Property of Vitrified Bond cBN Grinding Wheel

CHEN Wei-dong,TU Jun-qun
(Suzhou Sai Li Precision Tools Co.Ltd.,Suzhou 215121,China)

Appropriate amount of pores in the grinding wheel will help the cooling and selfsharpening of the grinding wheel and provide space for chips and remove the chips during grinding operation.Four different types of pore former are selected for the experiment. Under the same experimental conditions,different content of pore former is added in order to compare and analyze the influence on the binding agent strength and the grinding wheel property caused by different type and content of pore former added.The result shows the binding agent strength has been affected by adding different type of pore former,binding agent strength declines more as pore former content increase.Pores created by alumina bubble and hollow glass microsphere are relatively uniform and porosity is relatively easy to control,so the grinding wheel product will generate more pores during grinding operation.In this way,both of the strength and sharpness of the grinding wheel have been obtained.Grinding wheel produced with ammonium sulfate as pore former has smaller uniform pores which are connected.It is not recommended to add much of ammonium sulfate as it has litter influence on the binding agent strength.Grinding wheel produced with carbon powder as pore former has slight carbon powder residual in the wheel, which has a significant influence on the strength of the grinding wheel.

pore former;vitrified bond;cBN;grinding wheel

TG74;TQ164

A

1673-1433(2014)03-0001-05

2014-06-25

陳衛(wèi)東(1981-),男,碩士,研發(fā)工程師,目前主要從事陶瓷結(jié)合劑超硬磨削制品的研究與開發(fā)。E-mail:chenweidong1651@163.com