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无机高分子结合剂磨具的设计原则和方法
无机高分子结合剂磨具的设计原则和方法:
  在砂轮设计制造中应考虑如下几个问题:首先应考虑加工的材料的性能和材料加工表面的精度,然后选择合适的磨料、粒度以及混合磨料的磨削使用。其次是砂轮工况的各种受力情况、抗冲击性、速度、温度、加工材质和砂轮使用寿命以及选择合适的结合剂、辅料等,并考虑相互间的匹配和科学的工艺。磨具强度取决于结合剂性能、磨具制造工艺和磨具规格。考虑影响磨具强度的因素有:磨料的种类、粒度,结合剂种类及性能,磨具的硬度、组织、密度、混料、成型工艺及固化工艺条件,磨具形状,磨料轮外径与孔径之比等。其中在磨具特性及规格给定之后,结合剂性能、混料成型工艺及固化工艺条件最重要。另外还有砂轮的磨削比也是一个重要的参数。对上面涉及的因素,下面我们就来一一谈谈:
  磨具基体的组合中磨料及磨料粗细程度和颗粒级配
  磨料的粗细程度—是指不同粒径的磨料,混合在一起后的总体的粗细程度;颗粒级配是指不同种类、大小和数量比例的磨料的组合或搭配情况。
  磨料是磨具起磨削作用的重要因素,磨料的选择主要根据工件材料的性质,如硬度、抗张强度、韧性等来确定,选择磨具磨料的基本原则是:磨削硬度高的工件材料时,应选择硬度更高的磨料;磨削抗张强度高的工件材料时,应选用韧性大的磨料;磨削抗张强度低的材料时,应选用较脆或强度高的碳化硅磨料。关于各种磨料的性能、用途和选择,这里不作详谈。
  选择磨料粒度时,主要应根据加工精度、表面粗糙度和磨削效率的要求来选择。一般原则如下:要求被磨工件粗糙度高,应选择粗粒度;要求表面粗糙度低,应选择细粒度。工件要求较高的几何精度和较低的表面粗糙度时,应选择混合粒度。工件几何精度要求高,当磨料轮与工件接触面积小时,应选择细粒度;接触面积大时,选择粗粒度。工件材质硬而脆,应选择细粒度;工件材料软而韧,应选择粗粒度。工件的导热性差,易发热变形,易烧伤,应选择较粗粒度。这些问题也涉及到磨具的导热性能、热容、密度、气孔等影响磨削的因素。
  磨料通常分为—粗磨料、中磨料、细磨料和微粉磨料等几种。
  在相同用磨料条件下,微粉磨料的总表面积较大,粗磨料的总表面积较小。在磨具生产中表面需用结核剂包裹,赋予粘结强度,磨料子的总表面积愈大,则需要包裹磨料表面的无机高分子结合剂就愈多。一般用粗磨料比用细磨料所用无机高分子结合剂量少。
  磨料颗粒级配,为了使磨削效率提高,不仅要考虑磨具的强度和加工材料,而且还必须确定用那几种磨料的用量,即磨料的级配。
  磨具在进行磨削时,磨具一方面受到磨削体的冲击作用,另一方面也受到磨削体的破坏作用,这样才能才能保证磨具的锋利度,完成整个磨削过程。显然,在单位时间内,磨削体参与磨削的接触点越多,即单位时间内参与磨削的磨粒越多,磨削效率越高。当磨料一定时,要增加磨料与磨削体的接触,则研磨料的尺寸越小越好。但另一方面,要想将磨削工件加工完成磨削,则磨具必须有足够的冲击能力才行。磨具的任务是既要保证足够的能力对工件的材料进行磨削,而又要保证磨具对工件磨削到一定的细度,因此,在其它条件一定的情况下(如磨具强度、磨具速度度等),这个任务只有通过选择大小适合的磨料和将它们合理配比才能完成。
  在磨具制作中磨料之间的空隙理论上是由结合剂包覆磨料之后产生的,为达到少用无机高分子结合剂用量来满足磨具强度、并到达提高磨削效率的目的,就应尽量减小磨料粒之间的空隙。另外一个沿用的观念认为应该澄清的就是人们习惯于将工件磨削时发生烧伤归于磨料轮的组值太密,缺少足够的容屑气孔。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用,并可容纳冷却液,有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求,传统磨具的气孔内还可以浸渍某些填充剂,如硫黄和石蜡等,以改善磨具的使用性能。这种填充剂,传统也被称为磨具的第四要素。这一点并不一定总是正确,因为高削磨削时产生磨屑数量之多,体积之大绝非小小气孔所能容纳,而超硬磨料磨料轮尽管完全没有气孔。只要将其表面适当修锐就能够很好地工作。如果增大树脂磨料轮的气孔容积比势必会降低其强度,使其过早磨损,这是得不偿失的事。另外,砂轮工作线速度对产生磨屑数量的影响比较复杂,当砂轮从28.8m/s提高到33.6m/s时,速度提高了16%,而堵塞量增加了三倍。因为砂轮线速度的增加使磨粒的最大切深减小,切屑截面积减小,同时切削次数和磨削热增加,这两个因数均使堵塞量增加,但是当砂轮线速度高达一定程度时(如达50m/s以上)砂轮的堵塞量反而大降低。对于各种工件材料来说,各有一定的其堵塞量最小的临界砂轮速度值。无机高分子结合剂制作磨具对这些考虑很少,关于这些磨削理论将在以后的专项中再作介绍。
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