滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析*

王兆武 ， 栗正新

(河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州　450001)

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滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析*

王兆武1， 栗正新1

(河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州450001)

堆積磨料是由細(xì)粒度磨料黏結(jié)起來(lái)的磨粒。相對(duì)于普通磨料，堆積磨料具有自銳性好、磨削效率高、切削力均衡等優(yōu)點(diǎn)。文章介紹了使用滾粒法制備球形堆積磨料的過(guò)程，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析。

堆積磨料；自銳性；滾粒

堆積磨料是由細(xì)粒度磨料通過(guò)粘結(jié)劑黏結(jié)起來(lái)的結(jié)塊，相對(duì)于大顆粒磨料其在加工過(guò)程中表現(xiàn)出使用壽命長(zhǎng)、自銳性高、磨削效率高、切削力均衡等優(yōu)點(diǎn)，因此堆積磨料越來(lái)越受到磨具生產(chǎn)廠家的重視。本文使用滾粒法制備出了球形堆積磨料，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析研究。

1　滾粒法制備球形堆積磨料

1.1滾粒法制備球形堆積磨料的粒化機(jī)理

將物料加入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒中，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)使得物料在滾筒中流動(dòng)，然后噴入一定量粘結(jié)劑溶液，使得物料相互黏結(jié)而成為顆粒，就得到球形堆積磨料，繼續(xù)滾動(dòng)會(huì)使得顆粒具有一定的粒度和強(qiáng)度。

圖1　物料流動(dòng)示意圖Fig.1　Schematic of raw materials flow

物料在滾動(dòng)過(guò)程中以噴霧形式噴入臨時(shí)粘結(jié)劑溶液使得物料之間的黏結(jié)力增強(qiáng)，黏結(jié)力包括固液界面之間的吸附力、溶液表面張力及其產(chǎn)生的毛細(xì)管力、固體顆粒之間因震蕩而機(jī)械嚙合等，物料成球過(guò)程就是因臨時(shí)粘結(jié)劑溶液的加入使黏結(jié)力變化而產(chǎn)生的結(jié)果。固液界面之間的吸附力使得物料相互結(jié)合，但臨時(shí)粘結(jié)劑溶液黏度需適中才能使得物料之間相互黏合而不是粘在滾筒壁上，黏度太低不能使得物料之間黏結(jié)成球。溶液的表面張力使得在滾粒過(guò)程中，物料成球時(shí)產(chǎn)生毛細(xì)管力，毛細(xì)管力使得顆粒內(nèi)部壓力增大，顆粒內(nèi)部液體保有量增多，當(dāng)顆粒直徑達(dá)到一定程度時(shí)，因顆粒震蕩產(chǎn)生的力使得內(nèi)部液體釋放，此時(shí)，球體表面充滿臨時(shí)粘結(jié)劑溶液而使得顆粒直徑迅速長(zhǎng)大[2]。

物料之間表面張力使得物料內(nèi)部溶液壓力增大，如圖2所示。

圖2　表面張力產(chǎn)生毛細(xì)管力Fig.2　Schematic of capillary force derived from surface tension1、2、3分別是表面張力產(chǎn)生的毛細(xì)管力的三種形式，F(xiàn)為毛細(xì)管力

1.2球形堆積磨料的制備

本實(shí)驗(yàn)所需實(shí)驗(yàn)材料包括棕剛玉磨料P100、酚醛樹脂粉、酚醛樹脂液、硅灰石、石膏粉、氧化鐵等，制粒在盅形制粒機(jī)中進(jìn)行。酚醛樹脂液用于磨料表面潤(rùn)濕，在磨料加入制粒機(jī)前對(duì)磨料表面進(jìn)行潤(rùn)濕處理，潤(rùn)濕程度不能影響物料在制粒機(jī)中的流動(dòng)性。盅形制粒機(jī)如圖3所示。

圖3　盅形制粒機(jī)Fig.3　Cup-shape granulator

滾粒法制備球形堆積磨料的工藝流程主要分為以下幾步，分別為配料、混料、滾粒、固化、篩分。

滾粒在盅形混料機(jī)中進(jìn)行，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)使得物料具有流動(dòng)性，然后噴入臨時(shí)粘結(jié)劑溶液，當(dāng)臨時(shí)粘結(jié)劑溶液量達(dá)到一定程度時(shí)，物料開始粘結(jié)成粒，隨著溶液量的加入，顆粒直徑迅速增大，此時(shí)根據(jù)所需粒度要求停止加入粘結(jié)劑溶液。

圖4　球形堆積磨料Fig.4　Spherical agglomerated abrasive grains

圖5　球形堆積磨料顯微鏡照片(50×)Fig.5　Photos of spherical agglomerated abrasive grains(50x)

從圖4、圖5中可以看出球形堆積磨料形狀為等積形，顆粒形狀均勻，粒度集中。

2　滾粒法制備的球形堆積磨料的性質(zhì)

2.1滾粒法制備的堆積磨料的粒度組成分析

粒度組成測(cè)試在振篩機(jī)上完成。本實(shí)驗(yàn)采用Φ200型拍擊式振篩機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)290r/min;拍擊次數(shù)156次/min。

圖6　滾粒法制備的堆積磨料粒度組成圖Fig.6　Diagram of grain size composition of the agglomerated abrasive prepared by rolling method

在圖6中可看出，滾粒法制備的堆積磨料的粒度主要集中在12～30目之間，因此，滾粒法制備的堆積磨料粒度很集中，加以過(guò)篩處理，便可以得到粒度更加集中的球形堆積磨料顆粒。

2．2填料對(duì)球形堆積磨料單顆粒靜壓強(qiáng)度的影響

堆積磨料是磨粒使用結(jié)合劑黏結(jié)起來(lái)的結(jié)塊，結(jié)合劑對(duì)磨料的把持力對(duì)堆積磨料的性能具有重要影響。填料對(duì)結(jié)合劑的性能具有很大的影響，因此，本文研究了冰晶石、石膏粉和氧化鐵三種填料對(duì)堆積磨料單顆粒靜壓強(qiáng)度的影響規(guī)律[3]。單顆粒靜壓強(qiáng)度是指單粒磨料在靜壓力作用下，破碎時(shí)的負(fù)荷值，以N表示。實(shí)驗(yàn)測(cè)試堆積磨料粒度為18#～24#，每個(gè)試樣四分法取40粒進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值采用3sigma原則，剔除偏差較大的值，然后取其算術(shù)平均值。

本文使用三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)考察其影響規(guī)律，其因素水平如表1所示。

表1　因素水平表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　單顆粒靜壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7　填料含量對(duì)單顆粒靜壓強(qiáng)度影響的直觀趨勢(shì)圖Fig.7　Trend chart of the influence of stuffing content on single grain static pressure strength

通過(guò)極差分析我們發(fā)現(xiàn)，冰晶石含量對(duì)酚醛樹脂結(jié)合劑的單顆粒靜壓強(qiáng)度影響最大，石膏粉次之，氧化鐵最小，其中氧化鐵的影響小于誤差的影響，因此，氧化鐵對(duì)結(jié)合劑的單顆粒靜壓強(qiáng)度的影響不明顯。

3　結(jié)論

滾粒法制備球形堆積磨料的制粒過(guò)程是黏結(jié)力變化導(dǎo)致的結(jié)果。隨著臨時(shí)粘結(jié)劑的加入物料黏結(jié)力增大，表面張力使得顆粒內(nèi)部保有更多的溶液，碰撞使得溶液釋放從而使得滾粒法制備的顆粒直徑迅速增大；滾粒法制備的堆積磨料形狀為等積形，顆粒形狀均勻，粒度集中；冰晶石、石膏粉對(duì)結(jié)合劑的強(qiáng)度影響較大，氧化鐵對(duì)結(jié)合劑的強(qiáng)度影響很小。

[1]方文俊，萬(wàn)隆.玻璃結(jié)合球形空心堆積 SiC磨料的制備與性能[J].人工晶體學(xué)報(bào)，2014(43)：1431-1437.

[2]蓋國(guó)盛，陶珍東，丁明.粉體工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[3]皺文俊.有機(jī)磨具制造[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)出版社，2001.

Preparation and Performance Analysis of Spherical Agglomerated Abrasive Prepared by Rolling Method

WANG Zhao-wu1, LI Zheng-xin1

(Schoolofmaterials,HenanUniversityofScienceandTechnology,Zhengzhou,Henan,China450001)

Agglomerated abrasive is a type of abrasive prepared through bonding of fine grain abrasive. Compared to the common abrasive, agglomerated abrasive has its advantages such as excellent self-sharpening, high grinding efficiency and balanced cutting force. The preparation process of spherical agglomerated abrasive by rolling method has been introduced in this article and the performance of the spherical agglomerated abrasive has been analyzed.

agglomerated abrasive; self-sharpening; rolling

2016-05-16

王兆武(1985-)，男，河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在讀研究生，主要從事堆積磨料的制備及鈦合金磨削研究。E-mail:46141540@qq.com。

TQ164

A

1673-1433(2016)04-0011-04

引文格式：王兆武 ， 栗正新.滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析[J].超硬材料工程，2016，28(4)：11-14.