成形工藝對陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削性能的影響

?

成形工藝對陶瓷結合劑金剛石砂輪磨削性能的影響

李青1周文錦2

(1 咸陽陶瓷研究設計院陜西咸陽712000)

(2 中國建材檢驗認證集團(陜西)有限公司西安710116)

前言

成形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，而且制備燒成的產品具有密度高而均勻等特點[1]。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[2]。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[3]。按一定比例加入金剛石磨料和碳化硅磨料，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后，分別通過單向冷壓、雙向冷壓和冷等靜壓3種不同成形工藝制備規格為D45W5的砂輪，檢測砂輪的磨削比和磨削效率、被加工工件的表面粗糙度和顯微結構，并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表面粗糙度測量儀測量工件表面粗糙度；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種不同成形工藝制備的砂輪。

圖1　不同砂輪磨削不同工件的磨削比

Fig.1The grinding ratio of different workpieces ground by the wheels

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，其次是雙向冷壓制備的砂輪。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，砂輪接觸面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，不同成形工藝制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

Fig.2The grinding efficiency of different workpieces ground by the wheels

由圖2可以看出，經冷等靜壓處理的砂輪磨削效率高，不同成形工藝制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于結構疏松，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面粗糙度

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#鋼的表面粗糙度。

圖3　砂輪磨削后的不同工件的表面粗糙度

Fig.3The surface roughness of different workpieces ground by the wheels

由圖3可以看出，經冷等靜壓處理的砂輪加工的工件，其表面粗糙度均低于單向冷壓和雙向冷壓的工件，分別達到0.117μm、0.135μm、0.061μm。不同成形工藝制備的砂輪加工洛氏硬度為71的硬質合金時，其表面粗糙度高。

經冷等靜壓處理的砂輪形成了許多較均勻的氣孔[4]，主要分布于陶瓷結合劑中(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，不會粘附在砂輪表面，砂輪的表觀鋒利，為砂輪進行高質量的表面加工提供了保障，因此工件表面粗糙度低。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，砂輪表面容易發生堵塞現象(見圖5(a)、圖5(b))，因此工件表面粗糙度高。

2.4被砂輪磨削后的表面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制備的砂輪磨削后，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#鋼后，相比單向冷壓和雙向冷壓砂輪其表面有分布均勻且淺的劃痕，劃痕寬度<1μm，表明工件被磨削后表面質量較好。

圖4　試樣的斷口形貌Fig.4　Fracture surface morphologies of samples

(a)單向壓制砂輪(b)雙向壓制砂輪(c)冷等靜壓砂輪

圖5不同砂輪磨削45#鋼后的圖片

Fig.5Images of 45#steel ground by different wheels

單向壓制砂輪

雙向壓制砂輪

冷等靜壓砂輪

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，工件表面粗糙度較低。

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#鋼后，相比單向冷壓和雙向冷壓砂輪其表面有分布均勻且淺的劃痕，表明工件被磨削后表面質量較好。

參考文獻

1馬福康.等靜壓技術.北京:冶金工業出版社,1992

2王秦生.超硬材料燒結制品.北京:中國標準出版社,2000

3李青,尹育航,薛群虎.添加劑對金剛石磨具用陶瓷結合劑性能的影響.硅酸鹽通報,2013,32(1):113～116

4李青,尹育航.冷等靜壓成形工藝對陶瓷結合劑金剛石磨具性能的影響.硅酸鹽通報,2013,32(7):1379～1383

摘要通過單向冷壓、雙向冷壓和冷等靜壓3種不同成形工藝制備規格為D45W5陶瓷結合劑金剛石砂輪，分別加工洛氏硬度為71和85的硬質合金及45#鋼，檢測砂輪的磨削比和磨削效率、被加工工件的表面粗糙度和顯微結構，研究不同成形工藝對砂輪磨削性能的影響。結果表明：經等靜壓處理的砂輪磨削不同工件時，其砂輪在磨削比和磨削效率高，工件表面粗糙度低，且工件表面劃痕分布均勻且淺。

關鍵詞單向冷壓雙向冷壓冷等靜壓加工工件磨削性能

Effect of Molding Technology on Grinding Performances of Vitrified Bond Diamond Grinding Wheel

Li Qing1，Zhou Wenjin2(1 Xianyang Research & Design Institute of Ceramics,Shaanxi,Xianyang,712000)(2 China Building Material Test & Certification Group (Shaanxi) Co.,Ltd.,Xi'an,710116)

Abstract:The effect of different molding methods on the property of vitrified bond diamond grinding wheel was studied, D45W5 vitrified bond diamond grinding wheel was prepared by Unidirection Cold Pressing, Bidirectional Cold Pressing, Cold Isostatic Pressing, respectively, to machine cemented carbides of HRC 71 and HRC 85 and 45#steel, and test the grinding ratio and grinding efficiency of grinding wheel, surface roughness and microstructure of the work-piece machined. The experimental results showed that vitrified bond diamond wheel by CIP ground different work-pieces, their grinding ratio and grinding efficiency were higher, surface roughness of work-pieces were lower, and scratches were shallow and equally distributed.

Key words:Unidirection cold pressing; Bidirectional cold pressing; Cold isostatic pressing; Manufacturing workpiece; Grinding performances

中圖分類號:TG74

文獻標識碼:B

文章編號：1002-2872(2015)09-0009-04

作者簡介：李青(1985-)，碩士研究生，工程師；主要從事陶瓷工藝及配方的研究工作。