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关于超硬磨料、磨具都在这里~

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来源:《磨料磨具》杂志
2018/06/08 14:21
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一、超硬磨具的使用特点

采用超硬磨料(金刚石或立方氮化硼)作为切削材料的磨具,称为超硬磨料磨具(简称超硬磨具)。由于超硬磨料比普通磨料有着极大的优越性,因而超硬磨料比普通磨料就显示出十分优良的磨削性能,得到了越来越广泛的应用,具体表现在:

1、超硬磨料本身具有极高的硬度,可加工各种高硬度材料,特别是对普通磨料难以加工的材料更显其优越性;

2、超硬磨具加工中磨损少,使用周期长,磨削比高,可获得较佳的经济性,使用中形状保持性好,无需经常更换砂轮和修整砂轮,节约工时,改善劳动条件,有利于加工操作;

3、超硬磨料切削锋利,磨削力小,有利于被加工零件加工精度和表面粗糙度的改善,减少机床的动力消耗;磨料颗粒锋利使得磨具在加工中磨削温度较普通磨具要低,可大大提高被加工表面质量,减少或避免零件出现裂纹、烧伤、金相组织复化等弊病,从而提高零件的使用寿命,大为改善总的经济指标。

 

鉴于超硬磨具有着无可比拟的优越性,随着新材料、新技术的不断涌现,随着加工工业的技术进步,其应用范围不断扩大,用量不断增长,有力地推动着经济的发展。但由于超硬磨具的工具成本较高,而且又有其本身的独特性能和规律性,使用不当不仅会造成严重浪费,而且得不到满意的加工质量和应该得到的优良的经济效果。

  二、首先,要选择合适特性的超硬磨具

超硬磨具是一种和普通磨具不同的磨具,其结构形式和个性也不相同,有其独特的特性。超硬磨具的特性是指磨料、粒度、结合剂、浓度、形状和尺寸等项。

 

1、磨料的选择:

超硬磨料主要有金刚石和立方氮化硼两大类,用于超硬磨具的金刚石主要指人造金刚石,天然金刚石已基本不用于制作磨具。人造金刚石和立方氮化硼除均为高温高压下人工合成、具有高硬度、锋利性好、耐磨损等共同特性外,性质上仍有很大的差别,因而使用范围有明确的分工。

     金刚石是自然界目前人类认识的最坚硬物质,作为磨料表现出极优的硬度、强度、研磨能力,导热系数和热膨胀系数等,可加工很多的硬质材料,如加工硬质合金、陶瓷、宝石玛瑙、玻璃、石材、建材、混凝土和半导体材料等就显示出很大的优越性。但由于金刚石是碳的同素异形体,在较高的温度下易于钢铁的铁族元素产生化学反应,引起强烈化学磨损,直接影响磨具的磨削性能和损耗,所以不适宜加工这类材料。

      立方氮化硼虽然硬度低于金刚石,但比普通磨料仍高得多,其导热系数、热膨胀系数和研磨能力也优得多,也是一种非常优异的磨削材料,而且立方氮化硼的稳定性和化学惰性也大大优于金刚石,所以对普通磨料难以加工且金刚石又不宜加工的硬而韧的金属材料不失为一种非常合适的磨料,如工具钢、模具钢、不锈钢、耐热合金等,特别是高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料更是较为理解的磨料。

人造金刚石和立方氮化硼目前已有多种品种,适用的领域也不相同,我们应有一个全面的了解,人造金刚石的有些品种仅用于制作工具,而非用于磨具。

     金刚石和立方氮化硼还有镀衣磨料,即在磨粒表面镀附一层物质,通常树脂结合剂磨具干磨时,选用镀铜金属衣磨料,湿磨时选用镀镍金属衣磨料,陶瓷结合剂磨具选用镀陶瓷材料的磨料,其目的是制作磨具时增加磨粒和结合剂的结合强度,延长磨具使用寿命,降低加工成本。一般情况下,镀衣增重以不超过磨料自重50%为宜,但成型磨削、间断磨削增重可达50~100%.

2、粒度的选择:

粒度是指磨粒大小的量度。粒度号指按照标准对磨粒尺寸所作的分级标记。在标志超硬磨具的特性时,粒度指的就是粒度号。

在超硬磨具使用中,选择磨具的粒度一般根据被加工工件表面粗糙度要求、磨削加工效率、工序要求,以及磨具结合剂的种类综合加以考虑,下列两表可作参考。

在磨加工中操作者一般都具有普通磨料磨具的使用经验,粒度选择的原则基本相同,但考虑到两大类磨料性能的差异,要求达到相同的加工表面粗糙度,由于超硬磨粒的锋利性和不易磨损性,选用的粒度号就要比普通磨料细1~2个粒度号。

选择超硬磨具的粒度时,还应考虑磨具所采用的结合剂,因为各种结合剂均有它的最佳粒度范围,太粗或太细均不利于其磨削加工。一般情况下,树脂结合剂磨具选用100/120以细;陶瓷结合剂磨具选用100/120~170/200;金属结合剂磨具选用70/80~230/270。当然还要看加工效率和加工表面粗糙度要求等选择最佳粒度,要求加工效率高时,选用较粗粒度号。反之选较细粒度号。

3、结合剂的选择:

超硬磨具结合剂是制作磨具不可缺少的,其作用是将磨粒粘结成具有一定几何形状,并把持住磨粒使其在加工中承受磨削力而起到切削作用,超硬磨具结合剂主要有树脂结合剂(代号B)、陶瓷结合剂(代号V)和金属结合剂(代号M)三大类,如何选择结合剂主要依据其自身的性能和加工中对磨具的要求而定。

树脂结合剂自锐性能良好,不易堵塞,很少修整,磨削效率较高,磨削温度较低,而且本身具有一定弹性,能起抛光作用,故其在超硬磨具中得到广泛应用,树脂结合剂金刚石磨具经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工件,以及部分非金属材料的半精磨、精磨等;树脂结合剂立方氮化硼磨具主要用于高钒高速钢刀具的刃磨和工具钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。但树脂结合剂耐热性差,在较高的磨削温度下耐磨性差,磨具的磨损大,在大负荷磨削时尤为明显,常以采用镀附金属衣磨料来加以改善。

陶瓷结合剂是目前应用日益广泛的一种结合剂,该种结合剂磨具工作表面有较好的容屑空间,切削锋利,磨削效率高,加工中不易发热和堵塞,有利于磨削过程的平稳进行,热膨胀量小,容易控制加工精度,而且该种磨具整形、修整相对容易,对方便恢复磨具工作表面的切削能力十分有利。一般用于粗磨、半精磨,以及接触面大的成型磨削等。由于金刚石的耐热性较差,陶瓷结合剂烧结时必须温度很低,目前还有较大难度,使得陶瓷结合剂金刚石磨具较少采用,所以陶瓷结合剂主要还是应用在耐热性较好的立方氮化硼磨具。

金属结合剂有青铜结合剂和电镀结合剂两大类。青铜结合剂磨具是以铜粉、锡粉为主要材料和补充改善其性能的其它材料充分混和,再将磨料加入其中充分混合均匀,置于模具中压制成型(一般有冷压——在室温下压制和热压——在加热条件下压制之分),然后烧结而成。该种磨具的结合剂和磨粒的结合强度高,耐磨性好,磨损小,使用寿命长,保持形状好,能承受较大的负荷。但缺点是自砺性差,容易堵塞磨具表面,发热大,磨具修整也十分困难。它主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半导体材料等非金属材料的粗磨、精磨和切割工序,少量用于硬质合金、复合超硬材料的磨削加工,以及成型磨削和各种珩磨、电解磨削等。

青铜结合剂立方氮化硼磨具目前除用于合金钢工件的珩磨外还极少使用。电镀结合剂是一种结合强度更高的结合剂,一般将单层或多层磨粒用电镀方法镀在金属基体上,该种结合剂磨具工作表面上单位面积的磨粒数比其它几种结合剂高得多,而且磨粒都裸露出结合剂表面,因而切削锋利,磨削效率高。但受镀层厚度限制,磨具总的使用寿命不可能太高,一般用于特殊用途加工,如成型磨削用磨具、小磨头、套料刀、电镀铰刀、锉刀等。这些年来,立方氮化硼电镀金属结合剂磨具应用日益扩大,特别在加工各种钢类零件的小孔、型腔时更为突出,独具特色,磨削效率高,经济性好,还可获得较好的形状精度。

结束语

前面将使用超硬磨具进行磨削加工时,主要应该关注的几方面问题作了简要阐述,可能拾一漏万,所述内容仅供参考,也可能有不当之处,敬请斧正。随着技术的进步,新工艺、新技术、新材料的不断创新,磨削加工工艺也在飞跃发展,超硬磨具的使用领域日益扩大,磨具的特性和磨削工艺参数必将涌现很多新鲜事物,有待我们去认识、总结、提高。就超硬磨具的使用而言,还有一些使用中的重要问题也没有探讨,诸如超硬磨具的修整、使用中对机床的要求、磨具的平衡、安装、运输、保存等问题!。