有序排布結構對金剛石電鍍磨盤磨削性能的影響研究①

肖樂銀,林峰,陳超,蘇鈺,程煜,張莉麗

(1.廣西超硬材料重點實驗室,廣西桂林 541004; 2.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司,廣西桂林 541004)

有序排布結構對金剛石電鍍磨盤磨削性能的影響研究①

肖樂銀1,2,3,林峰1,2,3,陳超1,2,3,蘇鈺1,2,3,程煜1,2,3,張莉麗1,2,3

(1.廣西超硬材料重點實驗室,廣西桂林 541004; 2.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司,廣西桂林 541004)

文章主要對有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤的磨削性能進行比較,體現有序排布結構在高效磨削、節能降耗等方面的優勢。結果表明:在磨削初期,玻璃磨削量相差不大,磨削60分鐘后磨削量分別為35.30g和30.70g,有序排布結構能夠有效提高磨盤的磨削效率;玻璃磨削表面粗糙度與磨盤表面結構關系不大,主要與金剛石的粒度有關;但有序排布結構能夠提高加壓壓力,有效防止玻璃崩邊。

金剛石磨盤;有序排布;磨削性能

0 引言

金剛石電鍍磨盤是指通過金屬電沉積的方法,將金剛石磨料與基質金屬均勻地沉積在圓盤鋼基體上的一類金剛石電鍍工具。由于鎳、鈷的硬度較高,耐磨性好,且是金剛石制造用觸媒的主要成分,對金剛石具有一定的親和力,因此,金剛石電鍍磨盤生產中經常使用鍍鎳、鈷溶液[1-2]。盡管金剛石電鍍磨盤只有單層磨料,結合劑對金剛石的把持力要差于燒結制品,但由于其具有金剛石自銳性好,制作工藝簡單、成本低廉的優點,在寶石、陶瓷、玻璃、石材等硬脆材料加工領域仍然起著不可替代的作用[3]。

金剛石有序排列工具的結構原理,始于上世紀90年代中期,先后采取了模板法、點膠法和激光法等方法布設金剛石而制造出來相應的工具[4-6],已展現出這一技術具有高切磨效率、節能以及降耗等方面的優勢及其發展潛力,目前已應用于繩鋸、鋸片和砂帶等金剛石工具的制造。有序排布又分單顆金剛石和磨削小單元兩種類型,而磨削小單元有序排布工藝更易控制,更適合產業化規模的生產。而評定磨削性能的好壞主要有磨削效率和磨削質量兩個指標,本文重點對有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤的磨削性能進行比較。

1 實驗內容及方法

1.1 驗設備及磨削條件

所用磨削設備為改裝的磨盤磨拋機,如圖1所示。其磨盤轉速為2800 r/min,磨削過程中使用水做冷卻液,采用恒壓力的磨削方式,所加壓力為15N。

圖1 磨盤磨拋機Fig.1 Polishing machine

1.2 實驗樣品及磨削材料

本次實驗分別采用有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤對玻璃進行磨削,其實物如圖2和圖3所示,磨盤所用磨料為金剛石,型號:MBD6,粒度: 300目。這兩種磨盤制作工藝相同,金剛石濃度和出刃高度一致,其中有序排布磨盤鍍點的直徑為1mm,點與點之間有排屑槽,通過計算其有效磨削面積為全面電鍍型磨盤的50.9%。磨削材料為普通玻璃,莫氏硬度:6.5,橫截面尺寸為20mm×7mm,如圖4所示。

圖2 有序排布磨盤Fig.2 Grinding discfor orderly arrangement

圖3 全面電鍍型磨盤Fig.3 Grinding disc for entire electroplate

圖4 磨削玻璃Fig.4 Grinding glass

1.3 實驗方法

采用尺寸規格為6英寸的有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤,各對玻璃試樣磨削60分鐘,測試磨削前后玻璃的磨削量,計算磨削效率;同時,觀察被磨削玻璃的表面形貌,測試其表面粗糙度,判斷磨削質量的好壞。

2 實驗結果及分析

2.1 磨削效率性能對比

每10分鐘稱量一次兩種電鍍磨盤的玻璃磨削量,得到如圖5所示的磨削量與磨削時間的關系曲線。通過圖5可知,磨削剛開始10分鐘,有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤的磨削量分別為6. 58g和6.18g,這主要是由于開始階段金剛石都較鋒利,磨盤工作層表面沒有玻璃巖粉殘留,所以磨削量相差不大。隨著磨削時間的延長,磨盤表面殘留的玻璃巖粉越來越多,冷卻水很難將全面電鍍型磨盤表面的巖粉沖洗掉,阻礙了金剛石磨料對玻璃的磨削作用;而有序排布金剛石電鍍磨盤磨削原點之間有“排屑槽”,玻璃巖粉很容易被冷卻水通過“排屑槽”帶走,改善了排屑能力,有利于磨盤達到“自銳”的狀態[7],金剛石依然表現出很好的磨削效果。磨削60分鐘后,有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤的磨削量分別為35.30 g和30.70g,說明有序排布“點陣”結構能夠有效提高磨盤的磨削效率。

圖5 金剛石磨盤磨削量與磨削時間關系曲線Fig.5 The relationship curve of grinding quantity and time for diamond grinding discs

2.2 磨削質量性能對比

磨削完畢后,采用粗糙度儀分別測試玻璃磨削面的粗糙度,其中,有序排布金剛石電鍍磨盤磨削玻璃的表面粗糙度為Ra1=1.156μm,全面電鍍型磨盤磨削玻璃的表面粗糙度為Ra2=1.132μm,磨削表面形貌如圖6所示。通過圖6可知,有序排布結構對磨削玻璃的表面粗糙度影響不大,主要與金剛石的粒度有關。

圖6 磨削玻璃表面形貌(×100)Fig.6 The surface morphology of grinding glass(×100)

在磨削過程中,如果我們將加壓力提高到20N時,全面電鍍型磨盤磨削玻璃很容易出現如圖7所示的玻璃崩邊的情況,而有序排布金剛石電鍍磨盤在磨削過程中不會出現這種情況,這主要是由于有序排布結構使金剛石按預設間距呈“點陣”均勻分布,在磨削的每一瞬間,均有相同數量并起同等作用的金剛石參與磨削,使其受力均勻,減少了摩擦阻力,能有效減弱溫度聚積,防止玻璃崩邊。

但有序排布金剛石電鍍磨盤鍍點“孤立”分布,在磨削過程中很容易造成鍍點脫落,所以在生產過程中應加強鍍前處理,改善鍍點結合力。

圖7 磨削玻璃崩邊Fig.7 The edge collapse of grinding glass

3 結論

(1)磨削初期,有序排布金剛石電鍍磨盤和全面電鍍型磨盤磨削效率相差不大,磨削60分鐘后磨削量分別為35.30 g和30.70g,有序排布結構能夠有效提高磨盤的磨削效率。(2)玻璃磨削表面粗糙度與磨盤表面結構關系不大,主要與金剛石的粒度有關;但有序排布結構能夠提高加壓壓力,有效防止玻璃崩邊。

[1] 王秦生.超硬材料及制品[M].河南;鄭州大學出版社,2006.

[2] 肖樂銀.高檔汽車玻璃加工用金剛石柔性磨帶的研制[D].桂林:桂林電子科技大學,2013.

[3] 翟繼紅,李玉河,喬鴻遠.低溫電鍍法制造用于寶石加工的金剛石磨盤的試驗研究[J].金剛石與磨料磨具工程,2004(2): 70-72.

[4] 呂智,鄭超,莫時雄,章兼植.超硬材料工具設計與制造[M].北京;冶金工業出版社,2010.

[5] China Grinding Wheel Corporation.Brazed beads with a diamond grid for wire sawing IDR.4/95,134-136.

[6] C.M.Sung.Brazed diamond grid:a revolutionary design for diamond saws[J].Diamond and Related Materials.8(1999)1540-1543.

[7] 侯家祥,程文耿.金剛石地質鉆頭制造工藝新技術的應用與發展[J].超硬材料工程,2012,24(3): 5-9.

Influences of orderly arrangement on grinding performance of diamond grinding discs

XIAO Le-yin1,2,3,LIN Feng1,2,3,CHEN Chao1,2,3,SU Yu1,2,3,CHENG Yu1,2,3,ZHANG Li-li1,2,3
(1.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materiasl,Guilin,541004,China; 2.Chinese National Engineering Research Center for Special Materials,Guilin,541004,China; 3.China Nonferrous Metal(Guilin)Geology And Mining Co.Ltd.,Guilin,541004,China)

In this paper,we mainly compared the grinding performance of electroplated diamond grinding discs for orderly arrangement and entire electroplate,orderly arrangement reflected many advantages,such as high efficiency grinding and saving energy.Results showed that:in the initial stage of grinding,the grinding quantities of glass did not vary much;60 minutes later,the grinding quantities were 35.30 g and 30.70g respectively,orderly arrangement could effectively improve the grinding efficiency of diamond grinding discs.Glass grinding surface roughness was not often associated with the surface structure of diamond grinding discs,but diamond grit.At the same time,orderly arrangement could improve compression pressure and prevent glass breakage.

diamond grinding discs;orderly arrangement;grinding performance

TQ164

A

1673-1433(2014)05-0001-04

2014-12-10

肖樂銀(1981-),男,碩士,工程師,研究領域:超硬材料磨具

廣西科技開發項目:桂科攻12118020-2-2-3;廣西超硬材料重點實驗室專項經費(14-045-16)