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固体润滑剂在树脂超硬材料砂轮中的应用

日期:2018-5-18
来源:磨削系统解决方案

  1、树脂结合剂超硬材料砂轮的使用要求

  树脂结合剂超硬材料砂轮(以下简称树脂超硬砂轮),是以入造金刚石或立方氮化硼为磨料,以优质合成树脂为结合剂制成的高档磨削工具,分别用于磨削高硬度的脆性难磨材料与硬韧难磨材料。根据树脂超硬砂轮的使用特点,入们在其配方中又加入了多种其他成分,用于改善砂轮的技术和使用性能,如加入一种或多种金属或金属氧化物细粉、或其他物质的细粉等。这些材料的合理加入,提高了砂轮的强度、硬度、耐热性和使用寿命,在许多使用场合,这些措施都是有利的.取得了良好的使用效果。但在有些使用场合,还需要调节砂轮的其他性能指标,如调节砂轮自锐性以延长它的耐用度,这也是砂轮的重要使用指标,砂轮的耐用度越长越好,这一方面减少了对砂轮的修整时间,也就提高了班内的工作效率,另一方面还减少了砂轮的修整损耗,客观上又延长了砂轮的使用寿命。由于砂轮耐用度在使用中的重要性,所以行业技术入员为此而进行了许多研究工作,采取了许多有效的措施,也取得了良好的结果。在提高树脂超硬砂轮的自锐性方面,可以采取许多措施,如调节气孔率、调节填充剂的用量、加入固体润滑剂等;在材料方面可以选择其他树脂。单靠一种方法往往不能使砂轮的使用效果达到最佳状态,几种方法合用时,往往能够取得良好的效果。

  在改善该砂轮自锐性的研究方面,我们试验采用配方中添加固体润滑剂的方法,取得了良好的效果。加入固体润滑剂后,自锐性增加,堵塞情况减少,磨削工作中,工件的烧伤情况得以减少与避免。

  2、固体润滑剂在树脂超硬砂轮中的作用

  有关磨削理论分析认为,磨削作业时砂轮上的磨粒和包裹磨粒的结合剂桥都构成了对工件的机械摩擦作用,磨削所耗费的机械能量,仅有一部分用于工件新生面的形成和把磨屑除掉,其余绝大部分的机械能都转化成了热量,热量很快传递给了工件和砂轮,使工件和砂轮发热,随后,热量随工作系统的冷却介质而散失。磨削时生成的热量可在磨削区域形成1侦即℃以上的瞬时高温,这会对砂轮中的树脂结合剂造成破坏和引起被磨工件的烧伤与变形。摩擦热的大小,与摩擦时的正压力和摩擦面的摩擦系数成正比关系,为了减少磨削热的生成,在制造砂轮时有些厂采取了一些措施,如原材料的选择和砂轮的组织号控制等。如果有效地降低摩擦系数,就可以降低摩擦热,加入固体润滑剂的意图就在于降低摩擦系数,以利于降低摩擦热。

  从理论研究可知,润滑剂在受到摩擦时具有润滑性能,是由其本身的分子结构所形成的,它们的分子层间在受到外力时很容易发生位移而产生润滑作用。但是加入固体润滑剂会对结合剂的结合性能造成一定的破坏作用,会引起砂轮强度和硬度的降低,从而降低了砂轮的使用寿命,这对于砂轮制造是不利的;另一方面,在一些砂轮配方中,如果有固体润滑剂的适当加入,则可以改善砂轮的技术性能,对于树脂超硬砂轮的使用起到有利作用。这主要表现在两个方面:

  (1)避免工件的烧伤与变形。磨削时通过润滑剂的润滑作用,减小砂轮在工作时的磨削阻力,从而降低磨削热,可避免对工件的烧伤,也减少了工件的热胀冷缩应力变形,便于控制磨削工艺,以达到良好的磨削质量。

  (2)增加砂轮的自锐性,提高砂轮的耐用度。由于砂轮中润滑剂的滑动作用,使砂轮中的树脂结合剂的强度适当减弱,结合剂易于被磨损而露出新的磨粒刃口,这就增加了砂轮自锐性,增加了砂轮的耐用度。

  3、固体润滑剂的选择

  固体润滑剂一般应具有以下的基本性质:

  1)具有良好的自润滑性能,不能明显破坏结合剂的粘结强度。

  2)有较宽的温度范围,适用于砂轮磨削区包括砂轮制造过程中的热区温度。

  3)较好的热稳定性和化学稳定性,长期不变质,不与结合剂中的树脂与辅料发生有害的化学反应。

  4)较高的承压能力,适应砂轮的压制工艺。

  5)其他的一般性技术经济要求。

  固体润滑剂的种类很多,有金属如:Pb、Sn、Zn等;有金属氧化物如:PbO、Pb3O4、Fe3O4、以及BN、CaF2、MoS2、石墨、滑石、云母等;有机物如石蜡、固体脂肪酸、硬脂酸胺、聚乙烯蜡等。我们根据上述的选择原则,选择了润滑性能好、热稳定性和化学稳定性好的石墨、氮化硼(BN)、MoS2等三种材料进行了试验。润滑剂的性能介绍如下:

  (1)石墨石墨是晶态单质碳的一种变体,为六方晶系层状晶体,黑色不透明,质软,有金属光泽,密度为2.25(20℃),莫氏硬度1.5,能导电,熔点高,石墨的粘着性好,是热和电的良导体,有优良的化学稳定性。石墨高淵稳定性好,温度越高强度越大,如抗拉、抗压、抗弯强度。在石墨的层状结构内部,每个碳原子与相邻的三个碳原子以共价键牢固结合,不易破坏,而层与层之间距离较远,靠结合力较弱的范德华力结合,因此剪应力非常小,在受剪切力作用时,层与层之间容易滑动而起润滑作用,同时由于层内结合力很大能够支持垂直于基础面的负荷而具有承载力强的特点。

  石墨在有氧气氛中,在540℃以下,具有良好的润滑性,540℃以上石墨会氧化成CO2、CO,摩擦系数增加,温度继续升高,石墨晶体间键能减弱,摩擦系数又逐渐降低。摩擦系数在润滑介质中只有0.04~0.05,与水共存时,润滑性不减,摩擦系数在干燥时较大,吸水7.13%后,显著降低。

  (2) 二硫化钼(MoS2) MoS2是从黑色有宝石光泽的细粉末状,有二种晶型,其一为六方晶系,另一种为斜方晶系,密度4.80(14℃),莫氏硬度1~1.5,熔点1185℃以上。大于1300℃分解。在潮湿空气中,MoS2加热至370℃会分解而失去润滑性,氧化成MoS3。不溶于有机溶剂、水、稀酸。毒性小。MOS2与石墨相似,为六方晶系片状结晶叠合在一起。摩擦系数小,易沿水平方向滑动,易分层。在一般情况下,MoS2的摩擦系数为0.03~0.09,压力升高时摩擦系数下降。因此可用作固体润滑剂,遇水润滑性下降。

  作为润滑剂使用的二硫化钼,要求纯度95%以上。

  (3)其他固体润滑剂材料(略)。

  4、固体润滑剂用量试验

  树脂超硬砂轮中加入固体润滑剂,会对砂轮的硬度、强度、使用寿命等带来不利的影响。为试验其影响情况,我们选用了石墨、二硫化钼和另外一种材料,按不同的比例加入到常规的树脂超硬砂轮配方中做成试块,对试块进行性能测试。测试的项目,选择了洛氏硬度、喷砂硬度和冲击强度。结果如下:

 

  (1) 试样有关参数

  试样规格(长x宽x厚,mm);

  用于测试抗折强度与洛氏硬度:40x5x4;

  用于测试喷砂硬度与洛氏硬度:100x30x4。

  配方:常规的树脂超硬砂轮配方,磨料体积占25%,气孔率一致。

  磨料:GC220#

  粘接剂:2123酚醛树脂

  成型工艺参数:180℃x40min

  润滑剂加入比例:分别为A.B.C三级,成等差系列

  试样成品尺寸误差:关键可比部位2%

  (2)试样测试结果如下表

  从测试结果可以看出,固体润滑剂的种类不同和加入量的多少,都会对试样的强度和硬度造成影响,也就会影响到树脂超硬磨具的使用性能。

  5、 砂轮磨削试验

  试验1

  (1)砂轮参数:

  砂轮规格:6A2 150X40X32X15X6M-SD28-40B100

  砂轮配方:(1#)未加入润滑剂;

  (2#)加入大量混合润滑剂。

  (2)磨削参数:

  磨削对象:刃磨PDC刀具。

  磨削部位:

  ①PcBN刀两刃,刃宽6.5mm,cBN复合层0.8mm,YG16A层厚2.2mm,磨削余量0.2mm;

  ②PDC刀两刃,刃宽4.5mm,金刚石复合层0.6mm,YG16A层厚1.4mm,磨削余量0.15mm;

  使用磨床:2M9120A多用磨床

  冷却液:乳化液

  砂轮转速:2800rpm/min

  横向往复:30次/min

  纵向进刀:0.1mm/min(PcBN)

  纵向进刀:0.05mm/min(PCD)

  (3)磨削结果:

  (1#)磨削PcBN刀:101把,PDC刀:101把,总计202把。

  (2#)磨削PcBN刀:40把,PDC刀:74把,总计114把。

  (4)试验结论:

  未加润滑剂的(1#)砂轮,磨削时振动较大,但寿命较长。

  加入润滑剂的(2#)砂轮,磨削锋利,但消耗快,寿命不高。

  试验2

  (1)砂轮参数;

  砂轮规格:12A2 150×32×32x3×5 RVD 140/170 B 100。

  砂轮配方:(1#)未加入润滑剂,

  (2#)加入适量C润滑剂。

  (2)磨削参数:

  磨削工件;YG材料的机械零件。

  磨床条件:万能工具磨床。

  冷却液:乳化液。

  (3)磨削效果:

  未加入润滑剂的(1#)砂轮,磨削时容易堵寒,修整次数多,工件有烧伤。

  加入润滑剂的(2#)砂轮,磨削锋利,无烧伤,能正常工作。

  试验3

  (1)砂轮参数

  砂轮规格:1A1 150×10×32x5 RVD 170/200 B 100。

  砂轮配方:(1#)未加入润滑剂。

  (2#)加入润拊剂。

  (2)磨削参数

  磨削工件:YG材料的机械零件。

  磨床条件;万能工具磨床。

  冷却液:干磨。

  (3)磨削效果:

  未加入润滑剂的(1#)砂轮,磨削时容易堵塞,发热大,工件变形。

  加入润滑剂的(2#)砂轮,磨削时,发热小,工件很少变形。

  结论

  (1)树脂超硬砂轮配方中加入固体润滑剂,可以减少砂轮堵塞现象,提高自锐性,改善砂轮的使用性能。

  (2)固体润滑剂的种类不同和加入量的多少,都影响到树脂超硬砂轮的强度和硬度,也就影响砂轮的使用性能,配方时应酌情选择。

关键字:树脂结合剂,立方氮化硼,超硬材料
[责任编辑:woody]
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