滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析*

王兆武 ， 栗正新

(河南工業大學材料科學與工程學院，鄭州　450001)

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滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析*

王兆武1， 栗正新1

(河南工業大學材料科學與工程學院，鄭州450001)

堆積磨料是由細粒度磨料黏結起來的磨粒。相對于普通磨料，堆積磨料具有自銳性好、磨削效率高、切削力均衡等優點。文章介紹了使用滾粒法制備球形堆積磨料的過程，并對其性能進行了分析。

堆積磨料；自銳性；滾粒

堆積磨料是由細粒度磨料通過粘結劑黏結起來的結塊，相對于大顆粒磨料其在加工過程中表現出使用壽命長、自銳性高、磨削效率高、切削力均衡等優點，因此堆積磨料越來越受到磨具生產廠家的重視。本文使用滾粒法制備出了球形堆積磨料，并對其性能進行了分析研究。

1　滾粒法制備球形堆積磨料

1.1滾粒法制備球形堆積磨料的粒化機理

將物料加入一個轉動的滾筒中，滾筒的轉動使得物料在滾筒中流動，然后噴入一定量粘結劑溶液，使得物料相互黏結而成為顆粒，就得到球形堆積磨料，繼續滾動會使得顆粒具有一定的粒度和強度。

圖1　物料流動示意圖Fig.1　Schematic of raw materials flow

物料在滾動過程中以噴霧形式噴入臨時粘結劑溶液使得物料之間的黏結力增強，黏結力包括固液界面之間的吸附力、溶液表面張力及其產生的毛細管力、固體顆粒之間因震蕩而機械嚙合等，物料成球過程就是因臨時粘結劑溶液的加入使黏結力變化而產生的結果。固液界面之間的吸附力使得物料相互結合，但臨時粘結劑溶液黏度需適中才能使得物料之間相互黏合而不是粘在滾筒壁上，黏度太低不能使得物料之間黏結成球。溶液的表面張力使得在滾粒過程中，物料成球時產生毛細管力，毛細管力使得顆粒內部壓力增大，顆粒內部液體保有量增多，當顆粒直徑達到一定程度時，因顆粒震蕩產生的力使得內部液體釋放，此時，球體表面充滿臨時粘結劑溶液而使得顆粒直徑迅速長大[2]。

物料之間表面張力使得物料內部溶液壓力增大，如圖2所示。

圖2　表面張力產生毛細管力Fig.2　Schematic of capillary force derived from surface tension1、2、3分別是表面張力產生的毛細管力的三種形式，F為毛細管力

1.2球形堆積磨料的制備

本實驗所需實驗材料包括棕剛玉磨料P100、酚醛樹脂粉、酚醛樹脂液、硅灰石、石膏粉、氧化鐵等，制粒在盅形制粒機中進行。酚醛樹脂液用于磨料表面潤濕，在磨料加入制粒機前對磨料表面進行潤濕處理，潤濕程度不能影響物料在制粒機中的流動性。盅形制粒機如圖3所示。

圖3　盅形制粒機Fig.3　Cup-shape granulator

滾粒法制備球形堆積磨料的工藝流程主要分為以下幾步，分別為配料、混料、滾粒、固化、篩分。

滾粒在盅形混料機中進行，滾筒轉動使得物料具有流動性，然后噴入臨時粘結劑溶液，當臨時粘結劑溶液量達到一定程度時，物料開始粘結成粒，隨著溶液量的加入，顆粒直徑迅速增大，此時根據所需粒度要求停止加入粘結劑溶液。

圖4　球形堆積磨料Fig.4　Spherical agglomerated abrasive grains

圖5　球形堆積磨料顯微鏡照片(50×)Fig.5　Photos of spherical agglomerated abrasive grains(50x)

從圖4、圖5中可以看出球形堆積磨料形狀為等積形，顆粒形狀均勻，粒度集中。

2　滾粒法制備的球形堆積磨料的性質

2.1滾粒法制備的堆積磨料的粒度組成分析

粒度組成測試在振篩機上完成。本實驗采用Φ200型拍擊式振篩機，轉數290r/min;拍擊次數156次/min。

圖6　滾粒法制備的堆積磨料粒度組成圖Fig.6　Diagram of grain size composition of the agglomerated abrasive prepared by rolling method

在圖6中可看出，滾粒法制備的堆積磨料的粒度主要集中在12～30目之間，因此，滾粒法制備的堆積磨料粒度很集中，加以過篩處理，便可以得到粒度更加集中的球形堆積磨料顆粒。

2．2填料對球形堆積磨料單顆粒靜壓強度的影響

堆積磨料是磨粒使用結合劑黏結起來的結塊，結合劑對磨料的把持力對堆積磨料的性能具有重要影響。填料對結合劑的性能具有很大的影響，因此，本文研究了冰晶石、石膏粉和氧化鐵三種填料對堆積磨料單顆粒靜壓強度的影響規律[3]。單顆粒靜壓強度是指單粒磨料在靜壓力作用下，破碎時的負荷值，以N表示。實驗測試堆積磨料粒度為18#～24#，每個試樣四分法取40粒進行測量，測量值采用3sigma原則，剔除偏差較大的值，然后取其算術平均值。

本文使用三因素三水平正交實驗考察其影響規律，其因素水平如表1所示。

表1　因素水平表

實驗結果如表2所示。

表2　單顆粒靜壓強度實驗結果

圖7　填料含量對單顆粒靜壓強度影響的直觀趨勢圖Fig.7　Trend chart of the influence of stuffing content on single grain static pressure strength

通過極差分析我們發現，冰晶石含量對酚醛樹脂結合劑的單顆粒靜壓強度影響最大，石膏粉次之，氧化鐵最小，其中氧化鐵的影響小于誤差的影響，因此，氧化鐵對結合劑的單顆粒靜壓強度的影響不明顯。

3　結論

滾粒法制備球形堆積磨料的制粒過程是黏結力變化導致的結果。隨著臨時粘結劑的加入物料黏結力增大，表面張力使得顆粒內部保有更多的溶液，碰撞使得溶液釋放從而使得滾粒法制備的顆粒直徑迅速增大；滾粒法制備的堆積磨料形狀為等積形，顆粒形狀均勻，粒度集中；冰晶石、石膏粉對結合劑的強度影響較大，氧化鐵對結合劑的強度影響很小。

[1]方文俊，萬隆.玻璃結合球形空心堆積 SiC磨料的制備與性能[J].人工晶體學報，2014(43)：1431-1437.

[2]蓋國盛，陶珍東，丁明.粉體工程[M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]皺文俊.有機磨具制造[M].北京：中國標準工業出版社，2001.

Preparation and Performance Analysis of Spherical Agglomerated Abrasive Prepared by Rolling Method

WANG Zhao-wu1, LI Zheng-xin1

(Schoolofmaterials,HenanUniversityofScienceandTechnology,Zhengzhou,Henan,China450001)

Agglomerated abrasive is a type of abrasive prepared through bonding of fine grain abrasive. Compared to the common abrasive, agglomerated abrasive has its advantages such as excellent self-sharpening, high grinding efficiency and balanced cutting force. The preparation process of spherical agglomerated abrasive by rolling method has been introduced in this article and the performance of the spherical agglomerated abrasive has been analyzed.

agglomerated abrasive; self-sharpening; rolling

2016-05-16

王兆武(1985-)，男，河南工業大學材料科學與工程學院在讀研究生，主要從事堆積磨料的制備及鈦合金磨削研究。E-mail:46141540@qq.com。

TQ164

A

1673-1433(2016)04-0011-04

引文格式：王兆武 ， 栗正新.滾粒法制備球形堆積磨料及其性能分析[J].超硬材料工程，2016，28(4)：11-14.