摘要：

       采用綠色碳化硅、黑色碳化硅和碳化硼三種不同的輔助磨料,通過同一配方和生產工藝制成樹脂結合劑金剛石砂輪,研究了輔助磨料對(dui)其(qi)性能的影響。結果表(biao)明:綠色碳(tan)化硅和黑色碳(tan)化硅在增加砂輪強度方(fang)面(mian)的作(zuo)用高(gao)于(yu)碳(tan)化硼;碳(tan)化硼能提高(gao)砂輪的耐磨(mo)性和鋒(feng)利度,可以作(zuo)為配(pei)方(fang)設計(ji)的參考(kao)輔助(zhu)磨(mo)料。

       正文：

       0、引言：

       磨料作為磨具的三要素之一,其除了金剛石和立方氮化硼(cBN)超硬磨料外,還包括輔助磨料,常見的輔助磨料包括白剛玉、碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)和(he)碳(tan)(tan)(tan)化硼等(deng)。其中,白剛玉磨(mo)料(liao)(liao)硬度(du)高、脆(cui)性大(da),適(shi)用于鋼(gang)鐵材(cai)(cai)料(liao)(liao)的加(jia)工,多用于制作cBN 砂輪;碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)磨(mo)料(liao)(liao)分為綠(lv)碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)和(he)黑碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui),綠(lv)碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)純度(du)、硬度(du)比黑碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)稍(shao)高,適(shi)用于加(jia)工硬而(er)脆(cui)的材(cai)(cai)料(liao)(liao),如硬質合金(jin)、玻璃(li)、瑪瑙等(deng),黑碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)強(qiang)度(du)低、脆(cui)性大(da),適(shi)用于加(jia)工抗拉強(qiang)度(du)較低的金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)及非(fei)金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)(liao);碳(tan)(tan)(tan)化硼具有(you)高熔點、高彈(dan)性模量、低 膨 脹 系 數 和(he) 良 好 的 氧 氣(qi) 吸(xi) 收 能 力 等(deng) 優點,硬度(du)比碳(tan)(tan)(tan)化硅(gui)(gui)(gui)(gui)高,脆(cui)性大(da),適(shi)用于精磨(mo)碳(tan)(tan)(tan)鎢合金(jin)、碳(tan)(tan)(tan)鈦合金(jin)、人造剛玉和(he)寶(bao)石等(deng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。

       磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)和填充料(liao)(liao)(liao)作(zuo)(zuo)為(wei)樹脂磨(mo)(mo)具的重要組成部分(fen),其性(xing)(xing)能直(zhi)接(jie)影響著樹脂結(jie)合劑(ji)(ji)金剛石砂(sha)輪(lun)(lun)的性(xing)(xing)能。目前,對(dui)樹脂結(jie)合劑(ji)(ji)金剛石砂(sha)輪(lun)(lun)性(xing)(xing)能的研究(jiu),大多集中(zhong)于金剛石磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)的晶型、鍍覆方式和處理方法等方面;段文遠(yuan)等添加綠碳(tan)(tan)化硅微粉作(zuo)(zuo)為(wei)輔(fu)助磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao),體(ti)積分(fen)數在(zai)30%時可(ke)提高砂(sha)輪(lun)(lun)的壽(shou)命和鋒利度(du);碳(tan)(tan)化硼可(ke)用于制作(zuo)(zuo)耐磨(mo)(mo)損件,用作(zuo)(zuo)磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)可(ke)降低加工成本。而對(dui)于黑碳(tan)(tan)化硅和碳(tan)(tan)化硼輔(fu)助磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)改善(shan)砂(sha)輪(lun)(lun)性(xing)(xing)能的試驗(yan)及(ji)研究(jiu)鮮有報道,本試驗(yan)采用三種輔(fu)助磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)制作(zuo)(zuo)樹脂結(jie)合劑(ji)(ji)金剛石砂(sha)輪(lun)(lun),研究(jiu)輔(fu)助磨(mo)(mo)料(liao)(liao)(liao)對(dui)其性(xing)(xing)能的影響。

       1、實驗：

       本文采用的試驗條件及方法如下:采用綠色碳化硅(220#,綠 SiC)、黑色碳化硅(240#,黑 SiC)和碳化硼(240#,B4C)三種不同的輔助磨料,其顯微形貌見圖1,在相同配方和生產工藝條件下制作試塊和樹脂結合劑金剛石砂輪,試塊用于檢測抗折強度和洛氏硬度,砂輪用于磨削試(shi)(shi)驗。試(shi)(shi)塊規格為(wei)50mm×10mm×10mm,配方同試(shi)(shi)驗砂輪配方(金剛石磨料所占比(bi)例(li)用對應輔助磨料替(ti)換),砂輪規格為(wei)3A1Φ180mm×10mm×Φ31.7mm×5mm×5mm,D80/100C100。磨削試(shi)(shi)驗設備為(wei) WTG 數控萬能(neng)工具磨床,工件為(wei) YG8材質的硬質合(he)金棒,尺寸為(wei) Φ20 mm×150 mm。試(shi)(shi)驗砂輪配方見表(biao)1,具體工藝參數見表(biao)2。

       試(shi)驗(yan)步驟:先裝(zhuang)(zhuang)配試(shi)驗(yan)砂輪(lun)、工(gong)(gong)件(jian)和修(xiu)整工(gong)(gong)具,連接磨(mo)(mo)削比測試(shi)裝(zhuang)(zhuang)置,開啟冷卻(que)水,在線修(xiu)整試(shi)驗(yan)砂輪(lun),完畢后(hou)關(guan)閉冷卻(que)液(ye)(ye),安(an)裝(zhuang)(zhuang)工(gong)(gong)件(jian),保證安(an)裝(zhuang)(zhuang)后(hou)工(gong)(gong)件(jian)的外圓跳動小于0.005mm。開始對刀,然后(hou)設定磨(mo)(mo)削工(gong)(gong)藝程序(xu),開啟冷卻(que)液(ye)(ye),按設定工(gong)(gong)藝進(jin)行磨(mo)(mo)削試(shi)驗(yan),設定的磨(mo)(mo)削工(gong)(gong)藝程序(xu)主(zhu)要包括加工(gong)(gong)余量(liang)、進(jin)刀量(liang)、砂輪(lun)與工(gong)(gong)件(jian)轉速(su)和進(jin)給速(su)率等。程序(xu)執行完畢后(hou)關(guan)閉冷卻(que)液(ye)(ye),停止砂輪(lun)與工(gong)(gong)件(jian)旋轉,檢測砂輪(lun)和工(gong)(gong)件(jian)的尺寸,最后(hou)記錄(lu)并分(fen)析試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo),磨(mo)(mo)削比測量(liang)原(yuan)理與測試(shi)結(jie)果(guo)示意(yi)圖(tu)(tu)見圖(tu)(tu)2。

       2、結果分析與討論：

       2.1輔助磨料對試塊抗折強度和洛氏硬度的影響：

       通過測(ce)(ce)試試塊的抗折強度(du)和(he)洛氏硬度(du),最(zui)終數據為(wei)測(ce)(ce)試6個試驗數據的平均值,測(ce)(ce)試數據見圖3。

       由(you)圖3可以看出,對于測試(shi)的(de)抗折(zhe)(zhe)強(qiang)度(du)數據,3#試(shi)塊的(de)抗折(zhe)(zhe)強(qiang)度(du)最低(di)(di),2#試(shi)塊最高(gao)(gao),從高(gao)(gao)到低(di)(di)排序為(wei)2#>1#>3#,1#和2#試(shi)塊的(de)抗折(zhe)(zhe)強(qiang)度(du)相(xiang)比3#分(fen)別提(ti)高(gao)(gao)了31.5%和37.6%。因此,綠色碳化硅和黑色碳化硅在增加砂輪強(qiang)度(du)方面的(de)作用高(gao)(gao)于碳化硼。在洛氏(shi)硬度(du)方面,2#試(shi)塊數值最高(gao)(gao),從高(gao)(gao)到低(di)(di)排序為(wei)2#>3#>1#,數值相(xiang)差不超過4%,三種(zhong)輔助磨(mo)料對試(shi)塊的(de)洛氏(shi)硬度(du)影(ying)響(xiang)差異較小。

       2.2輔助磨料對砂輪磨削性能的影響：

       試(shi)驗砂輪的體積(ji)磨削比測試(shi)數據見表(biao)3。

       表(biao)3的(de)結果表(biao)明(ming),3#砂輪(lun)的(de)體積損(sun)耗量小(xiao),砂輪(lun)的(de)耐磨(mo)性(xing)優于1#和2#,且其體積磨(mo)削比值最高,分別比1#砂輪(lun)、2#砂輪(lun)高75%和97%,2#砂輪(lun)的(de)體積磨(mo)削比值最低,體積磨(mo)削比值從高到低依次排序為3#>1#>2#。

       由于黑碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)磨料(liao)(liao)(liao)相(xiang)對(dui)(dui)綠碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)磨料(liao)(liao)(liao)硬度(du)(du)較低(di),主要用于磨削(xue)鑄鐵和非金屬材(cai)料(liao)(liao)(liao),不適合磨削(xue)硬質合金類(lei)高(gao)(gao)硬度(du)(du)材(cai)料(liao)(liao)(liao),因此,2#砂輪(lun)(lun)的(de)磨削(xue)比(bi)最低(di);而(er)(er)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硼磨料(liao)(liao)(liao)理論密度(du)(du)小(xiao),約(yue)為(wei)2.52g/cm3,比(bi)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)磨料(liao)(liao)(liao)(3.2g/cm3)低(di)21.25%,對(dui)(dui)于試(shi)驗砂輪(lun)(lun)而(er)(er)言,這意(yi)味(wei)著在單位體積內碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硼磨料(liao)(liao)(liao)的(de)濃度(du)(du)比(bi)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)硅(gui)(gui)磨料(liao)(liao)(liao)高(gao)(gao)近20%,有利于增強砂輪(lun)(lun)整體的(de)耐(nai)磨性(xing)和鋒利度(du)(du),從而(er)(er)以較小(xiao)的(de)損耗可以去(qu)除工(gong)件(jian)較大的(de)磨削(xue)量,因此,3#砂輪(lun)(lun)的(de)耐(nai)磨性(xing)最好,砂輪(lun)(lun)的(de)體積磨削(xue)比(bi)值最高(gao)(gao)。

       3、結論：

       1）1#和(he)2#試(shi)塊的抗折強度相比3#分別(bie)提高(gao)了31.5%和(he)37.6%,綠(lv)色碳(tan)(tan)化硅和(he)黑色碳(tan)(tan)化硅輔助磨(mo)料在(zai)增加砂(sha)輪強度方(fang)面的作(zuo)用高(gao)于碳(tan)(tan)化硼。

       2）1#、2#和3#試塊的洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度數值相差不(bu)超過4%,三種不(bu)同輔助磨料對試塊的洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度影響作用差異(yi)較小。

       3）添加碳(tan)化(hua)硼(peng)輔(fu)助(zhu)磨料(liao)的(de)3#試驗(yan)砂輪(lun)鋒利度和耐(nai)磨性好(hao),其可以作為樹脂結合劑金(jin)剛石砂輪(lun)配方設計的(de)參考輔(fu)助(zhu)磨料(liao)。

        本文數據來源:超硬材料工程2024年第36卷第1期，由鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司，高性能工具全國重點實驗室供稿，作者：熊華軍,張高亮,葉騰飛,錢灌文,丁玉龍,朱建輝,吳武山,李少杰,李怡瑱，如有涉及版權等問題請及時聯系我們，著作權解釋權屬原創者所有，本文由磨床與磨削推薦閱讀！