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(chǎn)工藝制成樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪,研究了輔助磨料對其性能的影響。結(jié)果表明:綠色碳化硅和黑色碳化硅在增加砂輪強(qiáng)度方面的作用高于碳化硼;碳化硼能提高砂輪的耐磨性和鋒利度,可以作為配方設(shè)計的參考輔助磨料。

       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、碳化硅和碳化硼等。其中,白剛玉磨料硬度高、脆性大,適用于鋼鐵材料的加工,多用于制作cBN 砂輪;碳化硅磨料分為綠碳化硅和黑碳化硅,綠碳化硅純度、硬度比黑碳化硅稍高,適用于加工硬而脆的材料,如硬質(zhì)合金、玻璃、瑪瑙等,黑碳化硅強(qiáng)度低、脆性大,適用于加工抗拉強(qiáng)度較低的金屬材料及非金屬材料;碳化硼具有高熔點、高彈性模量、低 膨 脹 系 數(shù) 和 良 好 的 氧 氣 吸 收 能 力 等 優(yōu)點,硬度比碳化硅高,脆性大,適用于精磨碳鎢合金、碳鈦合金、人造剛玉和寶石等材料。

       磨料和填充料作為樹脂磨具的重要組成部分,其性能直接影響著樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的性能。目前,對樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪性能的研究,大多集中于金剛石磨料的晶型、鍍覆方式和處理方法等方面;段文遠(yuǎn)等添加綠碳化硅微粉作為輔助磨料,體積分?jǐn)?shù)在30%時可提高砂輪的壽命和鋒利度;碳化硼可用于制作耐磨損件,用作磨料可降低加工成本。而對于黑碳化硅和碳化硼輔助磨料改善砂輪性能的試驗及研究鮮有報道,本試驗采用三種輔助磨料制作樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪,研究輔助磨料對其性能的影響。

       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(chǎn)工藝條件下制作試塊和樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪,試塊用于檢測抗折強(qiáng)度和洛氏硬度,砂輪用于磨削試驗。試塊規(guī)格為50mm×10mm×10mm,配方同試驗砂輪配方(金剛石磨料所占比例用對應(yīng)輔助磨料替換),砂輪規(guī)格為3A1Φ180mm×10mm×Φ31.7mm×5mm×5mm,D80/100C100。磨削試驗設(shè)備為 WTG 數(shù)控萬能工具磨床,工件為 YG8材質(zhì)的硬質(zhì)合金棒,尺寸為 Φ20 mm×150 mm。試驗砂輪配方見表1,具體工藝參數(shù)見表2。

       試驗步驟:先裝配試驗砂輪、工件和修整工具,連接磨削比測試裝置,開啟冷卻水,在線修整試驗砂輪,完畢后關(guān)閉冷卻液,安裝工件,保證安裝后工件的外圓跳動小于0.005mm。開始對刀,然后設(shè)定磨削工藝程序,開啟冷卻液,按設(shè)定工藝進(jìn)行磨削試驗,設(shè)定的磨削工藝程序主要包括加工余量、進(jìn)刀量、砂輪與工件轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率等。程序執(zhí)行完畢后關(guān)閉冷卻液,停止砂輪與工件旋轉(zhuǎn),檢測砂輪和工件的尺寸,最后記錄并分析試驗結(jié)果,磨削比測量原理與測試結(jié)果示意圖見圖2。

       2、結(jié)果分析與討論：

       2.1輔助磨料對試塊抗折強(qiáng)度和洛氏硬度的影響：

       通過測試試塊的抗折強(qiáng)度和洛氏硬度,最終數(shù)據(jù)為測試6個試驗數(shù)據(jù)的平均值,測試數(shù)據(jù)見圖3。

       由圖3可以看出,對于測試的抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù),3#試塊的抗折強(qiáng)度最低,2#試塊最高,從高到低排序為2#>1#>3#,1#和2#試塊的抗折強(qiáng)度相比3#分別提高了31.5%和37.6%。因此,綠色碳化硅和黑色碳化硅在增加砂輪強(qiáng)度方面的作用高于碳化硼。在洛氏硬度方面,2#試塊數(shù)值最高,從高到低排序為2#>3#>1#,數(shù)值相差不超過4%,三種輔助磨料對試塊的洛氏硬度影響差異較小。

       2.2輔助磨料對砂輪磨削性能的影響：

       試驗砂輪的體積磨削比測試數(shù)據(jù)見表3。

       表3的結(jié)果表明,3#砂輪的體積損耗量小,砂輪的耐磨性優(yōu)于1#和2#,且其體積磨削比值最高,分別比1#砂輪、2#砂輪高75%和97%,2#砂輪的體積磨削比值最低,體積磨削比值從高到低依次排序為3#>1#>2#。

       由于黑碳化硅磨料相對綠碳化硅磨料硬度較低,主要用于磨削鑄鐵和非金屬材料,不適合磨削硬質(zhì)合金類高硬度材料,因此,2#砂輪的磨削比最低;而碳化硼磨料理論密度小,約為2.52g/cm3,比碳化硅磨料(3.2g/cm3)低21.25%,對于試驗砂輪而言,這意味著在單位體積內(nèi)碳化硼磨料的濃度比碳化硅磨料高近20%,有利于增強(qiáng)砂輪整體的耐磨性和鋒利度,從而以較小的損耗可以去除工件較大的磨削量,因此,3#砂輪的耐磨性最好,砂輪的體積磨削比值最高。

       3、結(jié)論：

       1）1#和2#試塊的抗折強(qiáng)度相比3#分別提高了31.5%和37.6%,綠色碳化硅和黑色碳化硅輔助磨料在增加砂輪強(qiáng)度方面的作用高于碳化硼。

       2）1#、2#和3#試塊的洛氏硬度數(shù)值相差不超過4%,三種不同輔助磨料對試塊的洛氏硬度影響作用差異較小。

       3）添加碳化硼輔助磨料的3#試驗砂輪鋒利度和耐磨性好,其可以作為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪配方設(shè)計的參考輔助磨料。

        本文數(shù)據(jù)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(quán)等問題請及時聯(lián)系我們，著作權(quán)解釋權(quán)屬原創(chuàng)者所有，本文由磨床與磨削推薦閱讀！