超硬材料樹脂磨具的成型

2022-05-27 04:09:04 字數 2874 閱讀 8722

成型是將混好的成型料裝入模具,按規程熱壓成具有一定形狀規格和強度的毛坯製品的工藝過程。

超硬材料樹脂磨具多以熱壓為主,其原理是在壓制的過程中,使樹脂熔融流動,並在保壓的時間內逐漸縮聚固化或半固化,以保證磨具的密度、強度和硬度,同時還可避免磨具發泡起層和變形等廢品。

1、裝置與模具

(1)熱壓機

熱壓機是油壓機的一種,有50t、63t、100t、200t、500t等幾種。它的構造和傳動原理與普通磨具所用的裝置一樣,所不同的是上下壓板安有加熱系統,並用熱電偶控溫,保證熱壓時的溫度恆定。加熱系統功率的大小可根據壓制最大砂輪的熱平衡情況而定。

各類壓機實際採用加熱裝置的功率如表1所示。

表1 壓機加熱裝置功率

(2)模具

由於金剛石磨具結構較普通磨具複雜,所用模具結構也較為複雜。一般由下列幾部分組成:模套、底板、芯棒、芯體、非金剛石壓環、金剛石層壓環。

由於壓制砂輪時,模具本身也需要承受很大壓力,因此必須對製造模具的材料進行很好的選擇,使模具能具備足夠的強度,以免在壓制過程中變形或漲裂。通常採用合金工具鋼、炭素工具鋼、合金結構鋼等。在製造過程中模套的內壁及壓環、定位芯的外圓柱面等必須要有較好的粗糙度,以減少成型時的摩擦力。

模具配合必須達到二級滑配精度,以保證產品質量,具體要求見表2。

表2 模具技術參數列

2、基體

因為超硬材料磨具**昂貴,所以它不能象普通磨具那樣製成整體,只能在磨削層部位採用超硬磨料,而且盡可能地窄些,其餘部分只起著支撐磨削層、裝卡在工具機主軸上的作用,我們把這部分統稱為基體。

金剛石樹脂磨具有鋁基體、膠木基體、酚醛鋁粉基體、酚醛鋁纖維基體等,個別也有用鋼做基體(如很薄的樹脂切割片)。

(1)鋁基體

目前國內普遍使用鍛造鋁合金材料做基體。它屬於a1-mg-si-cu合金系,具有較高的強度、良好的塑性和可加工性。鍛造鋁合金的機械效能(如強度和剛性)介於鋼和酚醛樹脂之間,這意味著它的效能比鋼更接近樹脂。

因此,在樹脂砂輪中應用更加廣泛。

基體的形狀尺寸與砂輪相適應,可在工具機上加工而成。加工表面粗糙度一般達到ra6.3μm以上;為了與過渡層結合牢固,常在結合面上開溝槽和滾刀花。

結合面較寬的可開多道溝槽,結合面較窄無法開槽的,只有滾花。溝槽一般為直槽,深1~2mm。大尺寸基體也可加深,但槽深與槽寬應有比例。

窄而深的溝槽內,物料壓制後密度低,強度低,起不到增強的作用。為了便於成型和簡化模具結構,對於異形砂輪基體,在成型之前一般先製成類似於平行砂輪的簡單形狀,待成型固化之後,採用後加工方法車製所需要的準確幾何形狀。

(2)膠木基體

一般可用11-10膠木粉熱壓而成。膠木粉比重小,製出的磨具較輕,有較好的彈性,適合製作小規格的各種刃磨砂輪。製造工藝簡單,成本低,但加工效能差。

(3)酚醛鋁粉基體

工業生產中有兩種製造方法:①先將酚醛樹脂粉與鋁粉按比例混合均勻,然後熱壓成基本形狀,最後再車加工成所需的基體形狀。②先投金剛石層料,冷壓到要求的尺寸,然後投入酚醛樹脂粉與鋁粉混好的基體料,最後熱壓成型。

它的特點是:重量略輕於鋁基體,彈性較好,導熱性好於膠木基體,金剛石層與基體聯結十分牢固,但模具結構複雜,操作要求高。

不同型別的基體材質,力學效能不同,對磨削效果會產生一定的影響。如:①基體效能與磨削比的關係:

砂輪的磨削比(g值)隨著基體的彈性模量e的增大而降低。也就是說,磨削比隨砂輪剛性增大而迅速下降。②基體與加工表面質量的關係:

一般規律是彈性模量低而磨削比高的砂輪,加工表面粗糙度也低,酚醛鋁粉基體高於鋁基體,鋼基體最低。③基體與磨削效率的關係:在一定範圍內,砂輪的磨削效率隨基體的柔韌性增大(e值下降)而提高,但當撓曲性過高(e值很小時),g值很高,砂輪磨耗很少,效率反而降低

3、成型工藝

按工藝流程進行,分以下幾個步驟:

(1)基體的準備

鋁基體在加工過程中帶有油汙和雜質,使用前必須用汽油或二甲苯將基體清理乾淨,然後在基體與料的接觸部位,刷上環氧樹脂或液體酚醛樹脂,以保證磨具與基體的牢固結合。特別是對不帶非金剛石層的基體,其聯接部位沒有滾花及溝槽,更應該塗刷膠粘劑。

(2)模具的裝配

將模具與成型料接觸的部分均勻地塗上脫模劑,如二硫化鉬、硬脂酸鋅、肥皂液、矽脂等能起潤滑作用的物質,以免砂輪被模壁粘壞,同時可減少成型時料層與模壁的外摩擦力,盡量避免壓力損失。然後連基體一起裝配在轉台上備用。

(3)非金剛石層壓制

將非金剛石的料投入模腔內,攪勻後括平、搗實;如果一次投料有困難,可分

二、三次投料,再用送料環壓緊;然後放上壓環送入壓機進行冷壓。杯、碗、碟、單面凹、雙面凹型砂輪,加壓使非金剛石層與基體在同一水平。平行砂輪冷壓至要求厚度的1.5~2倍。

(4)金剛石層壓制

取出非金剛石層毛坯,將非金剛石層與金剛石層的接觸面打毛,塗上一層類似環氧樹脂的膠粘劑,重新裝模;再投入金剛石層料,攪勻、括平、搗實;然後放上壓環、墊鐵,送入熱壓機內進行預壓;待上面壓平後,撤掉模套下的墊鐵,再加壓使底板全部壓入模套內。加墊鐵的目的是使模具兩面受壓均勻,保證磨具密度上下一致。

①成型壓力由於粘合劑在熱壓過程中軟化流動,充滿模腔各個部位,因此無需太高

的成型壓力,通常單位壓力為30~60mpa。

②加壓速度由於成型料粒度較細,速度過快空氣不易跑出,容易造成起層和發泡廢品,所以通常加壓速度較慢;並且在加壓一段時間後,再卸壓放氣,使空氣和揮發物充分逸出,然後重新加壓到規定尺寸。

③熱壓溫度酚醛樹脂為(180土5)℃;聚醯亞胺樹脂為(235±5)℃。

④熱壓時間:隨砂輪的規格變化而變化。

表3 熱壓時間與規格大小的關係

(5)卸模

磨具壓制完畢,從壓機取出後,急速冷卻,將模套、芯棒、芯體、壓環等卸除,這一操作應盡量採用機械卸模的條件,避免撞擊,以防止磨具在卸模時損壞。由於樹脂的熱脹冷縮的現象比較顯著,冷卻後收縮比較大,影響卸模。為了保證產品的質量,有的砂輪不能冷卻,需要趁熱卸模:

如bw2、d2、psx、pdx。粉末基體砂輪需要熱卸芯棒;b、bw、d、pda、psa需熱卸芯體。

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