无机高分子结合剂在磨具中的应用资料.doc
《无机高分子结合剂在磨具中的应用资料.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无机高分子结合剂在磨具中的应用资料.doc(14页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、无机高分子结合剂在磨具中的应用资料一、无机高分子结合剂简介无机高分子结合剂是由陕西德谦科技有限公司研发、生产,并首次把“杂化”概念植入磨具生产行业的新型无机高分子结合剂,彻底改变了磨具生产中高耗能、重污染的落后生产工艺和材料结构,大大提高了磨料使用水平和产品质量;同时,也为磨具新产品的拓展提供了广阔的空间。无机高分子结合剂应用在磨具行业具有以下突出特点:1、高质高能:无机合成,化学性质稳定、使用寿命长,粘结性强、强度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小;该材料不仅具有无机材料的特性,也具有一定有机材料的特性,打破了传统的陶瓷磨具和树脂磨具的界限。2、节能环保:无机高分子结合剂在磨具的生产和
2、使用过程中无有毒有害气体产生,该结合剂的固化稳定仅需120-180(根据生产磨具的种类、和结合剂不同而确定温度、固化时间),极大的节约了能源,显著的提高了生产效率。3、无机高分子结合剂固化后形成以Si、Al、O、P、N、F为主链、以共价键和离子键相连的立体网络结构,其断裂能高达1500J/,能够满足磨具高速旋转时强大离心力作用下磨具不会产生破裂的强度要求;该结合剂即可生产超软磨具、普通磨具,又可生产超硬、超高速磨具。经实际测试,用该结合剂生产的普通磨具回转速度已超过130m/s以上;生产的超软磨具也能经受高速回转;因其固化温度低,以“杂化”概念改变生产工艺,可生产250m/s以上的高速磨具。4
3、、独特功能:无机高分子结合剂可生产精磨磨具,由于该材料的结构中含有铝氧四面体,在磨削过程中,这部分铝氧四面体具有润滑作用,使工件表面的光洁度极佳。5、使用无机高分子结合剂生产磨具,与传统的生产工艺、设备基本相同,无需大的技改投资。二、无机高分子聚合材料与陶瓷的结构性能区别在显微镜下观察陶瓷材料,可以发现主要有三种结构,即晶体相、玻璃相和气孔。晶体相是陶瓷的基本结构,它是由陶瓷化合物的原子按一定规则排列而形成的晶体结构。玻璃相是由陶瓷各组成物和杂质的原子无规则排列而形成的非晶态结构,因这种结构同玻璃的显微结构相似,故称为玻璃相。陶瓷的性能同其显微结构密切相关。传统陶瓷脆性大,经不起外力撞击,也不
4、能急热急冷,否则就要炸裂。前者是因为陶瓷的抗机械冲击性差,后者是因为抗热冲击性差。这是两种不同的起因,但有着大致相同的破裂过程,即首先从陶瓷内部已经存在的微裂纹开始,裂纹逐渐扩展,直到全部断裂。而且对陶瓷来说,裂纹扩展的速度非常快,一眨眼就“纹到底”了。从以上陶瓷破裂的过程可以看出,陶瓷内部存在微裂纹,是引起陶瓷破裂的第一原因。在陶器碎片的断面上,你会看到许多小孔洞,颗粒也比较粗大,这是由于陶器的烧成温度较低(一般为8001000),气孔率较高。虽然瓷器是在12001400高温下烧制的,结构细密多了,用肉眼常看不出有什么缺陷,但在显微镜下,仍可以看到在其表面有许多微小的伤痕,瓷器碎片的断口上分
5、布着许多微裂纹、气孔和夹杂物。在放大倍数更大的电子显微镜下,还可以发现有许多晶体结构缺陷,如空位、位错和晶界等。所有这些微裂纹、气孔、夹杂物、晶体缺陷、表面伤痕等,都可能成为裂纹的发源地。引起陶瓷破裂的第二个原因是在陶瓷中一旦形成裂纹,裂纹就会迅速扩展。陶瓷不像金属那样,金属在外力作用下可以产生塑性变形,塑性变形可以吸收扩展裂纹的能量,起到止裂的作用。陶瓷属于脆性材料,一旦形成裂纹,由于缺乏塑性变形能力,材料内部出现的应力立即集中到裂纹尖端,推动裂纹迅速向前扩展,直至断裂。如果是在热冲击情况下,还由于陶瓷的导热性差,热膨胀系数大,热应力因此增加,促使裂纹迅速扩展。无机高分子聚合粘合剂是由尺度为
6、纳米级的粒子堆积聚合固化而成,它在较低温度下固结就能达到致密化,同时它的小尺寸效应、表面和界面效应,量子尺寸效应和量子遂道效应,使得它具有独特的性能,它的出现将有助于解决无机高分子聚合粘合剂的强化和增韧问题。具体地说无机高分子聚合材料具有以下独特性能:1)粒径小、比表面积大和高的化学性能,可显著降低材料的烧结致密化温度,节约能源;2)使材料的组成结构致密化、均匀化,改善材料组织的性能,提高使用的可靠性;3)可以从量子数量级上控制材料的成分和结构,有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能,使无机高分子矿物聚合粘合剂材料的组织结构和性能的定向设计成为可能。此外,无机高分子聚合粘合剂成型后固结,颗粒大小决定
7、了材料的微观结构和宏观性能。如材料颗粒分布堆积均匀,则固结时收缩一致且晶粒均匀长大,低温固结首先导致材料在结构上的变化,晶粒细小均匀呈等轴晶状,同时由于晶界液相的引入和独特的界面结构导致界面结合强化,材料的断裂也变为完全的沿晶断裂模式,使得材料的强度和韧性显著提高;所制备的材料缺陷小、强度高,反应固结具有比烧结产物致密度高、反应温度低、成形能力良好、低成本和高纯度等优点。而传统固相烧结过程中没有液相产生,需要较高的烧结温度,晶粒长大严重,烧结体颗粒粗大,均匀性差,断裂模式多为穿晶断裂;而且断裂韧性也较低。三、无机高分子聚合材料与有机材料的区别有机聚合物通常是指含碳元素的化合物,或含碳氢元素的化
8、合物及其它们的衍生物总称为有机聚合物,有机物一般难溶于水,易溶于有机溶剂,熔点较低。绝大多数有机物受热容易分解、容易燃烧。聚合物的结构可分为链结构和聚集态结构两大类。聚合物链结构又分为近程结构和远程结构。近程结构包括构造与构型,构造指链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体单元的排列顺序、支链的类型和长度等。聚集态结构 聚集态结构是指高聚物分子链之间的几何排列和堆砌结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构以及织态结构。结构规整或链次价力较强的聚合物容易结晶,例如,高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。结晶聚合物中往往存在一定的无定型区,即使是结晶度很高的聚合物也存在晶体缺陷,熔融温度是结
9、晶聚合物使用的上限温度。结构不规整或链间次价力较弱的聚合物(如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)难以结晶,一般为不定型态。无机高分子聚合粘合剂的元素结合力主要为离子键,共价键或离子价混合键。这些化学键的特点是高的键能、键强。因此,这一大类材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化等基本属性,无机高分子聚合粘合剂在磨具生产中具有高刚性保型、高韧性吸震因的优点而适用于镜面磨削且不易变形;并且易于使切削刃突出、高度均匀,且使磨具可降低对磨床精度和刚性的苛刻要求;故而,可以替代树脂生产高速磨具。另外,无机高分子矿物聚合粘合剂固化后形成以硅氧四面体和铝氧四面体以共价键和离子键相连的立体氧化
10、物网络结构,由于该材料的结构中含有铝氧四面体,在磨削过程中,这部分铝氧四面体具有润滑作用,使工件表面的光洁度极佳,且断裂能高达1500J/m3,能够满足磨具高速旋转时强大离心力作用下磨具不会产生破裂的强度要求。因此,无机高分子聚合粘合剂为高速、精磨磨具提供了应用基础。四、无机高分子结合剂在砂轮应用中工艺的重要性无机高分子结合剂在砂轮的应用中存在“形态效应”、“活性效应”和“微集料效应”三项基本效应。所谓形态效应,泛指各种应用于砂轮生产中的磨料颗粒,由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。所谓活性效应,是指无机高分子结合剂和磨粒掺合料之间的活性成分所产生的化学效应
11、。所谓微集料效应,是指无机高分子结合剂均匀分布于磨料的基相中,就象微细集料一样,改善掺和后混合料的结构和性能。实际上,上述三种基本效应是水性无机结合剂掺合在磨料中的作用形式,不仅磨料如此,其它矿物掺合料也是如此,差别仅仅是作用程度的不同。活性效应是掺合磨料在砂轮中作用的一个重要组成部分。无机结合剂之所在砂轮中可以得到应用,就是因为它具有一定的反应能力,形成类似于陶瓷的产物,这些反应产物使砂轮材料的结构得到改善。勿容置疑,活性效应是无机结合剂掺合料对砂轮材料性能贡献的一个重要方面。活性效应是微集料效应发挥的基本保证。无机结合剂与磨料的微集料效应来自于三个方面:一是这些磨料颗粒本身具有较高的强度;
12、二是这些磨料颗粒与水化产物之间具有较好的粘结性能;三是这些磨料颗粒在无机结合剂中分散状态良好,借助于合理的搅拌、加热、拌合磨料均匀性的改善,有助于磨料中孔隙的填充与“细化”。其中磨料颗粒与无机结合剂之间具有较好的粘结性能是其它两者的基础。只有当磨料微集料颗粒与无机结合剂组织结构均匀并紧密结合时它较高的自身强度才能发挥作用,使孔隙化的效果得以体现。只有在这一前提下,它优越的性能才能得到利用和发挥。磨料颗粒的界面反应是提高其界面性能的一个重要途径。因此,无机结合剂活性效应的发挥是微集料效应发挥的前提和保证。活性效应是形态效应作用效果的延续。磨料的形态效应仅仅决定了无机结合剂材料没有拌合的初始结构,
13、随着磨料和无机结合剂掺合料在搅拌和加热的合理工艺下各种反应的进行,可以使掺合后材料的结构得到进一步的改善,而这些反应的程度和速度则取决于它的活性效应。从对其的影响上看,活性效应是形态效应的延续和发展,它使掺合料的性能得到进一步的改善。由此可见,如何在生产工艺的控制过程中充分挖掘磨料和无机结合剂掺合料的活性潜力,对产品性能有着特别重要的意义。同时,也应该看到,磨料和无机结合剂掺合料在砂轮生产中的作用是由三个效应组成的,为此,只有在合理的工艺下才能在挖掘它的活性效应潜力的同时,也同时也兼顾了其它效应。五、无机高分子结合剂在砂轮生产过程中的工艺要点1、按配方称取磨料、结合剂、填料(硅灰石粉)、助剂(
14、蜂蜜或红糖);其中助剂可以不加,加助剂时只需加到结合剂中搅匀。2、把磨料和填料在混料锅内搅拌均匀后加入结合剂和助剂的混合料,搅拌均匀后加热风搅拌。3、热风温度控制在70左右,风量大小根据工业化生产量的大小及搅拌速度现场调整,速度的大小根据树脂结合剂的用量多少生产现场调整;通热风搅拌至结团、拉丝后35分钟后停止热风,高速搅拌至形成松散料。4、磨具的加热参考曲线:70、90、95、100、120、150180在每个温控点的控温时间以磨具内的自由状态水(或结合水)也大部分蒸发掉为基准。应注意不要使温度高于起蒸汽时的温度,以免最终烧结成的磨具起鼓。每一温控点干燥过程都除去无机高分子结合剂中90以上的自
15、由状态水(或反应的结合水),干燥后的磨具结构致密,强度很高。新型、高效、专用、重负荷强力和精密无机高分子磨具的制作高效磨削加工技术是先进的制造技术必要条件,彻底解决了传统磨削加工高精度、低效率的加工局限,在获得高效率,高精度的同时,又能对各种材料和形状进行高表面完整性加工并降低成本。在我国现有条件下,大力加强高效磨削加工技术的研究、推广和应用,对提高我国机械制造业的加工水平和加快新产品开发具有十分重要的意义。如今超硬材料的应用日益广泛,实施高速高效磨削是加工超硬材料和难切材料的优选加工工艺。由于超硬磨料磨具的应用,高速、大功率精密机床及数控技术发展、新型磨削液和砂轮修整等相关技术的发展、高速超
16、高速磨削和高效率磨削技术应用、磨削自动化和智能化等技术的发展,使高效率磨粒加工在机械制造领域具有更加重要的地位,具有很好的发展前景。高效磨削砂轮应具有好的耐磨性,高的动平衡精度,抗裂性,良好的阻尼特性,高的刚度和良好的导热性,而且其机械强度必须能承受高效磨削时的切削力等。高效磨削砂轮可以使用刚玉、碳化硅、CBN、金刚石磨料。在合适的结合剂和先进的制造工艺条件下,生产的磨具使用速度可达125m/s。现有的陶瓷结合剂砂轮耐水、耐油、耐酸、耐碱的腐蚀,能保持正确的几何形状。气孔率大,磨削率高,强度较大,韧性、弹性、抗振性差,不能承受侧向力,V轮35m/s 的磨削,这种结合剂应用最广,能制成各种磨具,
17、适用于成形磨削和磨螺纹、齿轮、曲轴等。现有的树脂结合剂强度大并富有弹性,不怕冲击,能在高速下工作。有摩擦抛光作用,但坚固性和耐热性比陶瓷结合剂差,不耐酸、碱,气孔率小,易堵塞;V轮50m/s的高速磨削,能制成薄片砂轮磨槽,刃磨刀具前刀面,高精度磨削。无机高分子结合剂磨具强度较高,因此有较高的使用速度,一般适用于高速切割、荒磨、重负荷磨削;另外无机高分子结合剂磨具有一定的弹性,且结合剂耐热性高,磨削自锐性好,这样与传统树脂结合剂相比,砂轮的尖角保持性好,形状保持性好,也适用于精磨,如螺纹磨、成型磨、刃磨;可以说无机高分子结合剂既具有陶瓷磨具的性能、也具有树脂磨具的性能,同时也避开了它们的缺陷。无
18、机高分子结合剂制作磨具,是在磨削理论基础和应用研究的基础上,把复合材料的理念引入到磨具的生产来,下面抛开无机高分子结合剂的物理化学基本原理(1.无机高分子材料的晶体化学2.无机高分子材料的热力学3.无机高分子材料的过程动力学)以及复合材料的界面和强韧化机理的介绍,具体谈谈无机高分子结合剂在新型、高效、专用、重负荷强力和精密磨具生产中的应用。虽然这一先进工艺技术已逐渐地为一些工具行业所掌握,但仍有若干具体问题尚有待认真总结经验,研究解决。下面就是具体对无机高分子结合剂制作磨具的设计原则和方法、制作无机高分子复合材料磨具高速重负荷、荒磨磨具、强力磨削磨具、高效深切磨削、缓进给磨削磨具、快速点磨削磨
19、具、高效磨削磨具、主轴及其轴承磨具、高效率磨床磨具、钢轨打磨磨具、砂带磨削、陶瓷堆积磨料的工艺方法提一些粗浅的看法。一.无机高分子结合剂制作磨具的设计原则和方法在砂轮设计制造中应考虑如下几个问题:首先应考虑加工的材料的性能和材料加工表面的精度,然后选择合适的磨料、粒度以及混合磨料的磨削使用。其次是砂轮工况的各种受力情况、抗冲击性、速度、温度、加工材质和砂轮使用寿命以及选择合适的结合剂、辅料等,并考虑相互间的匹配和科学的工艺。磨具强度取决于结合剂性能、磨具制造工艺和磨具规格。考虑影响磨具强度的因素有:磨料的种类、粒度,结合剂种类及性能,磨具的硬度、组织、密度、混料、成型工艺及固化工艺条件,磨具形
20、状,磨料轮外径与孔径之比等。其中在磨具特性及规格给定之后,结合剂性能、混料成型工艺及固化工艺条件最重要。另外还有砂轮的磨削比也是一个重要的参数。对上面涉及的因素,下面我们就来一一谈谈:磨具基体的组合中磨料及磨料粗细程度和颗粒级配磨料的粗细程度是指不同粒径的磨料,混合在一起后的总体的粗细程度;颗粒级配是指不同种类、大小和数量比例的磨料的组合或搭配情况。磨料是磨具起磨削作用的重要因素,磨料的选择主要根据工件材料的性质,如硬度、抗张强度、韧性等来确定,选择磨具磨料的基本原则是:磨削硬度高的工件材料时,应选择硬度更高的磨料;磨削抗张强度高的工件材料时,应选用韧性大的磨料;磨削抗张强度低的材料时,应选用
21、较脆或强度高的碳化硅磨料。关于各种磨料的性能、用途和选择,这里不作详谈。选择磨料粒度时,主要应根据加工精度、表面粗糙度和磨削效率的要求来选择。一般原则如下:要求被磨工件粗糙度高,应选择粗粒度;要求表面粗糙度低,应选择细粒度。工件要求较高的几何精度和较低的表面粗糙度时,应选择混合粒度。工件几何精度要求高,当磨料轮与工件接触面积小时,应选择细粒度;接触面积大时,选择粗粒度。工件材质硬而脆,应选择细粒度;工件材料软而韧,应选择粗粒度。工件的导热性差,易发热变形,易烧伤,应选择较粗粒度。这些问题也涉及到磨具的导热性能、热容、密度、气孔等影响磨削的因素。磨料通常分为粗磨料、中磨料、细磨料和微粉磨料等几种
22、。 在相同用磨料条件下,微粉磨料的总表面积较大,粗磨料的总表面积较小。在磨具生产中表面需用结核剂包裹,赋予粘结强度,磨料子的总表面积愈大,则需要包裹磨料表面的无机高分子结合剂就愈多。一般用粗磨料比用细磨料所用无机高分子结合剂量少。磨料颗粒级配,为了使磨削效率提高,不仅要考虑磨具的强度和加工材料,而且还必须确定用那几种磨料的用量,即磨料的级配。 磨具在进行磨削时,磨具一方面受到磨削体的冲击作用,另一方面也受到磨削体的破坏作用,这样才能才能保证磨具的锋利度,完成整个磨削过程。显然,在单位时间内,磨削体参与磨削的接触点越多,即单位时间内参与磨削的磨粒越多,磨削效率越高。当磨料一定时,要增加磨料与磨削
23、体的接触,则研磨料的尺寸越小越好。但另一方面,要想将磨削工件加工完成磨削,则磨具必须有足够的冲击能力才行。磨具的任务是既要保证足够的能力对工件的材料进行磨削,而又要保证磨具对工件磨削到一定的细度,因此,在其它条件一定的情况下(如磨具强度、磨具速度度等),这个任务只有通过选择大小适合的磨料和将它们合理配比才能完成。在磨具制作中磨料之间的空隙理论上是由结合剂包覆磨料之后产生的,为达到少用无机高分子结合剂用量来满足磨具强度、并到达提高磨削效率的目的,就应尽量减小磨料粒之间的空隙。另外一个沿用的观念认为应该澄清的就是人们习惯于将工件磨削时发生烧伤归于磨料轮的组值太密,缺少足够的容屑气孔。气孔在磨削时对
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机 高分子 结合 磨具 中的 应用 资料
链接地址:https://www.31doc.com/p-2519858.html