Проектирование и применение круга на смоляной связке

1. Введение в алмазный шлифовальный круг на смоляной связке

Инструменты из сверхтвердых материалов на основе смоляного связующего в основном изготавливаются из алмаза или кубического нитрида бора в качестве абразива, порошка смолы в качестве связующего с добавлением соответствующего наполнителя, и после разработки рецептуры, смешивания веса, горячего прессования, вторичного отверждения, последующей обработки и других процессов, которые применимы к различным требованиям шлифования.
По сравнению с керамическим или металлическим связующим материалом он отличается простотой процесса производства, легким доступом к сырью, низкой стоимостью и может применяться для большого количества низкокачественных сверхтвердых абразивных материалов, обрабатываемых объектов широкого спектра, таких как все виды труднообрабатываемой стали, твердых сплавов, стекла, керамики, камня и т. д.
Сверхтвердые абразивные инструменты на основе смолы широко используются, поскольку они обладают хорошей самозатачиваемостью и не подвержены засорению в процессе шлифования, а обрабатываемая деталь имеет хорошее качество поверхности, а шлифовальный круг легко правится.

Связующее вещество из смолы, используемое в алмазных инструментах из смолы, можно разделить на две категории: фенольная смола и полиимидная смола. Фактическая рабочая температура алмазных инструментов из фенольной смолы не превышает 120 градусов. Полиимидная смола имеет лучшую термостойкость и может использоваться в течение длительного времени при температуре 260 градусов.
Наряду с относительно дорогими полиимидными смолами все чаще стали использоваться фенольные смолы, особенно в последние годы, когда ученые модифицировали фенольные смолы для получения фактической рабочей температуры более 200 градусов по Цельсию, например, 939P от Advanced Mixed Limited из Великобритании.

В данной статье в основном излагаются конструктивные идеи и факторы влияния алмазных инструментов на основе смолы.

2. Проектирование алмазных инструментов на смоляной связке

Конструкция алмазных инструментов на смоляной связке в основном основана на следующих пяти аспектах:
(1) Адгезия должна быть хорошей.
Связующее вещество равномерно распределяется по абразивной поверхности, абразивные частицы надежно удерживаются в абразивном инструменте и прочно связываются с матрицей, что не только предотвращает преждевременное отпадение абразива, но и предотвращает отделение связующего вещества от матрицы, обеспечивая безопасность производства.
(2) Высокая эффективность шлифования, хорошая износостойкость, хорошая отделка (или шероховатость поверхности) обработки.
Связующее вещество из-за своей эластичности и хрупкости самозатачивается при шлифовании, нелегко затачивается, но имеет плохую износостойкость.
Поэтому при изучении и разработке формулы связующего вещества мы должны исходить из предпосылки обеспечения требований к гладкости, а также иметь не только высокую эффективность шлифования, но и максимально возможную износостойкость.
Подготовка связующего важна. Соотношение связующего должно быть выбрано так, чтобы обеспечить как высокую эффективность шлифования, так и хорошую износостойкость, чтобы обеспечить требования шлифования и снизить стоимость.
(3) Хорошая термостойкость.
Если термостойкость связующего вещества низкая, так что абразив в процессе использования не выдерживает высоких температур, быстрого расхода и даже из-за слишком высокой температуры шлифования, так что абразив горит, трескается, звенит и т. д., поэтому выбирайте связующее вещество с хорошей термостойкостью и добавляйте соответствующий наполнитель, чтобы улучшить его термостойкость;
(2) Используйте охлаждающую жидкость при мокром шлифовании, насколько это возможно, чтобы повысить долговечность шлифовальных инструментов;
(3) Если используется сухое шлифование, подачу следует делать как можно меньше, чтобы повысить долговечность шлифовального инструмента.
(4) Прочность связующего должна быть высокой.
Прочность связующего вещества напрямую влияет на эффективность шлифования, величину истирания, качество обрабатываемой детали и безопасность работы шлифовального инструмента в процессе эксплуатации, поэтому необходимо понимать факторы, влияющие на прочность связующего вещества.
 

Основными факторами, влияющими на прочность связующего, являются:

(1) добавление наполнителей увеличит или уменьшит прочность связующего. Большинство наполнителей увеличат механическую прочность и возрастут с увеличением количества наполнителя в определенном диапазоне, но коэффициент износа уменьшится.
Некоторые наполнители, такие как графит и твердый дисульфид молибдена, после добавления снижают прочность, поэтому в соответствии с требованиями разумного выбора наполнителя;
(2) Плотность формования абразива (или пористость абразива) будет влиять на прочность связующего.
Плотность формования абразива низкая, пористость высокая, прочность связующего низкая, тогда как прочность связующего высокая.
Поэтому необходимо рационально проектировать параметры пористости абразивного инструмента.
(3) Температура затвердевания, температура вторичного затвердевания и кривая повышения температуры абразивной формовки будут влиять на прочность связующего вещества.
Твердость связующего должна быть соответствующей, износостойкость хорошей.
Прочность связующего должна соответствовать скорости износа алмазных (или cBN) абразивных частиц. Абразивные частицы не должны преждевременно отваливаться из-за быстрого износа связующего. В этом случае абразив не будет использоваться полностью, что приведет к отходам.

3. Факторы, влияющие на алмазные инструменты на смоляной связке

Алмазные инструменты на основе смолы изготавливаются из связующего вещества смолы, наполнителя и алмазного абразива после смешивания и отверждения методом горячего прессования.

На его свойства также напрямую влияют связующее вещество, наполнитель и алмазный абразив.

3.1 Влияние связующего вещества в основном включает влияние типа и содержания связующего вещества и т. д.

(1) Общей характеристикой всех видов алмазных инструментов на смоляной связке является плохая термостойкость. В процессе обработки между алмазным инструментом и заготовкой легко возникает тепло, выделяемое локально высокой температурой. Как только температура достигает критического значения, сцепление смоляной связки с алмазом, при условии, что алмаз не полностью затупился, ослабевает, что значительно увеличивает стоимость обработки.

В настоящее время связующее вещество на основе смолы модифицируется с целью повышения его термостойкости.

Гао Лянчан модифицировал фенольную смолу с квадратным алкиловым эфиром, ее термостойкость может достигать более 180 градусов.

Ду Янг и др. синтезировали боросиликоновый преполимер, борную кислоту, фенол и формальдегид в качестве сырья для новой боросиликоновой фенольной смолы BSP. Благодаря введению связи BO и органической кремниевой цепи в структуру фенольной смолы, смола BSP обладает превосходной термостойкостью и прочностью, а также улучшенной водостойкостью и стабильностью при хранении смолы.

Сяо Дунчжэн и др. использовали BMI (бисмалеимид) для модификации фенольной смолы и получили модифицированную бисмалеимидом фенольную смолу с хорошей термостойкостью.

(2) Влияние содержания связующего вещества смолы.

Содержание связующего вещества оказывает большое влияние на производительность обработки алмазным инструментом.

В литературе описаны монокристаллические кремниевые пластины. При утончении шлифовального круга увеличивается содержание связующего вещества в виде смолы, твердость шлифовального круга и прочность на сжатие постепенно увеличиваются. При увеличении содержания связующего вещества в виде смолы до определенной степени износ шлифовального круга, как правило, замедляется, в то же время поверхность шлифовального круга склонна к явлению блокировки. Чем выше содержание связующего вещества, тем серьезнее явление блокировки.

(3) Влияние размера связующего вещества смолы.

Размер частиц смоляного порошка, используемого при производстве алмазных абразивов в Китае, в основном составляет от 80 до 180 меш. В этом диапазоне размеров есть два дефекта: один из них заключается в том, что он влияет на формовочные свойства абразивов, другой — в том, что он может влиять на свойства связующего вещества.

В процессе тушения древесный порошок можно нагреть, чтобы размягчить и придать ему определенную текучесть, достигнув цели получения абразивного покрытия, но в процессе тушения связующие материалы находятся под давлением в форме, пространство ограничено, диапазон течения смолы ограничен, когда размер частиц древесного порошка становится толстым, часть абразивного связующего будет недостаточно прочной, которая слишком быстро отвалится.

3.3 Влияние абразивного алмаза в основном включает влияние алмазного покрытия, типа и размера частиц и т. д.

(1) После покрытия алмазной поверхности металлом прочность на сжатие отдельных частиц повышается, а коэффициент износа снижается, что продлевает срок службы.

По сравнению с алмазом без покрытия, специфическая функция включает в себя следующие аспекты:

(1) Покрытие медленным тепловым импульсом смоляной связки алмазного покрытия теплопроводность меньше, чем у алмаза, поэтому контактные инструменты, алмазные зерна мгновенно нагреваются до высокой температуры после нанесения покрытия на смолу, тем самым немедленно защищая абразивные части смолы от повреждения высокой температурой;

(2) покрытие для улучшения прочности связи алмаза и связующего вещества, металлическое покрытие с алмазом внутри, снаружи и связующим веществом из смолы может быть хорошей связью;

(3) покрытие для улучшения прочности на раздавливание алмазных частиц, металлизированный после устранения дефектов алмазных частиц, играет армирующую роль, а покрытие содержит пластичный металл, способствующий улучшению прочности на раздавливание частиц;

(4) Покрытие на абразивных частицах играет роль изолирующей защиты, изоляции кислорода и других вредных сред, в то же время при шлифовании при высоких температурах покрытие на графитизации алмазного кристалла может играть ингибирующий эффект.

(2) Отечественные и зарубежные производители сверхтвердых материалов разработали относительно подробную классификацию сверхтвердых абразивов, среди которых для изготовления алмазного инструмента на смоляной связке в основном используют низкокачественный алмазный абразив или алмазный абразив с высокой самозатачиваемостью и микроизмельчением, обработанный по специальной технологии.