无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元特性及在磨料磨具中的应用 - 图文

无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元特性及在磨料磨具中的应用

陕西德谦科技有限公司 黄曦

1.堆积、陶瓷组合磨料及其特点

直观上了解对比一下常见磨料和堆积、陶瓷组合磨料：

堆积、陶瓷组合磨料简介：

中国机床工具工业协会磨料磨具分会主办——中国磨料磨具网（http://www.abrasives.org.cn）

备注：无机高分子堆积、陶瓷组合磨料P180是指无机高分子结合剂和180﹟刚玉或碳化硅组成的磨削元，其它相似。

由以上可知，堆积、陶瓷组合磨料产品是在一种先进理念指导下，以一种特殊设计的磨料团，这种磨料比普通磨料外观更粗糙，每颗磨料团都是由大量更小的氧化铝或碳化硅磨粒粘结而成。使用中，根据不同的应用环境，不同的磨削对象和要求，在各自不同针对专业设计的磨料团，在相应磨削力的作用下，磨损的小磨粒不断脱落，露出新的未用的磨粒，从而达到一种最佳的磨削中国机床工具工业协会磨料磨具分会主办——中国磨料磨具网（http://www.abrasives.org.cn）

效果。

对比一下刚玉磨料和堆积、陶瓷组合类的磨料的磨削过程：

堆积、陶瓷组合类的磨料的特点：

以下是120﹟普通刚玉磨料和以无机高分子结合剂及180﹟普通刚玉磨料制成的46﹟磨粒（这里权且称为P180，有关无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的粒度的概念，我们将在以后专门来谈）都以静电植砂的方式生产的涂附磨具的对比试验

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由刚玉磨料和堆积、陶瓷组合类磨料的磨削过程示意图和以上的磨削对比试验可知：这样的堆积、陶瓷组合磨料产品的特点是：一致性的磨除率，因为不断有新的切削刃产生，更有一致的粗糙度；磨料团中的磨料变化很小，堆积磨料产品有更多的磨料储备，所以有更长的使用寿命；更大的磨削量。 2.几个问题：

要想真正了解无机高分子堆积、陶瓷组合磨料，我们不妨再对比一下刚玉磨料与其它优秀磨料的使用及性能特点，看我们能得到什么样的启示： 锆刚玉：

锆刚玉工作原理：氧化铝/氧化锆在共晶体中，氧化锆被氧化铝包围，在磨削时，温度升高，氧化铝变软，氧化锆膨胀、分裂，形成很强的自锐能力，磨削性好。堆积磨料似乎和它有相似的地方，在这里，温度升高是关键。因此，如果磨削压力不够，温度不够高，就无法体现锆刚玉的

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特性，使用效果反而不佳。锆刚玉供应商有圣戈班（锆刚玉的发明者）和太巴克等。 陶瓷刚玉（SG磨料）：

陶瓷刚玉是由很多氧化铝小晶体组成，＜1μ，它的关键就是单晶体要小；它通过一种工艺使生产出的每颗磨粒中含有成千上万个微小结晶。每颗陶瓷磨粒的微观结构，使它能自锐，持续地露出新的、锋利的切削刃。SG磨料的生产工艺与普通氧化铝磨料完全不同，它从亚微米级粒子出发，除去杂质，将它们烧结，以生产出磨粒，因而SG磨料非常致密、粗糙、坚固、锋利。同时，这些小晶体之间有共价键连接，若把共价键当成结合剂，这些共价键的键能特别大，也就是说结合剂粘结强度特别大，故而晶体之间的把持力特别大。SG磨料磨损时，产生一个与刀具后角相似的锋利的切削刃，因此SG磨料切削温度较低，它比普通氧化铝对难磨削材料的烧伤或金相损害更少，并且可在低负荷下长时间保持锋利，总停机时间较少，寿命更长。从这点来看，堆积磨料也具有相同的特点。因而SG磨料的砂带和砂盘能在难磨削材料，如航空和航天合金以及锻钢上进行快速切削。SG磨料这种独特的能力提高了产量，降低了劳动成本。这样看来SG磨料工作条件同样时，温度、压力、高磨削力更重要，使晶体一个个被破坏，达到自锐性的目的。SG磨料供应商：圣戈班（Saint-Gobain）（供应控制严格）、3M（仅供固结磨具）、太巴克（特殊技术）、还有VSM、Hermes等也有生产供应。诺顿公司的Seeded Gel（SG）磨料，是诺顿公司的陶瓷氧化铝（Ceramic Aluminum Oxide）专利产品。

用SG磨料、锆刚玉、氧化铝在相同条件应用中的效果来做一下对比

用上面介绍的优秀磨料和刚玉磨料在用于涂附磨具的对比，其能比普通刚玉提高3-5倍（以普通100，锆刚玉则为207，陶瓷磨料为333）。先看下面的应用情况：

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磨削压力和磨削量的关系（砂带转速29m/s、材料：铬镍铁合金）

由上图可知：磨削压力和磨料性能的关系，曲线显示当砂带以29m/s的带速磨削铬镍铁合金时，SG磨料、锆刚玉和氧化铝的工作情况。当磨削压力增加时，金属的磨除量都增加，但在三者中，以SG 磨料的金属磨除量提高最多，在各种压力下的总磨削量最高。这表明，SG磨料在高磨削压力下优于其它磨料。

砂带速度和磨削量的关系（材料：1078热轧钢）

由上图可知：砂带速度与SG磨料、锆刚玉和氧化铝产品切削典型合金的磨除量的关系显示。影响产品磨削性能的另一个因素是砂带速度，曲线表明：SG磨料砂带在各种速度下金属磨除量都最多，而且砂带速度越高，SG磨料产品表现越好。

用SG磨料、锆刚玉、氧化铝再在相同条件不同类产品来看一下它们其它方面的区别：

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SG磨料的涂附磨具产品特别适用于难磨金属，如对超钢（比如铬镍铁合金、耐高热镍基合金等）、工具钢、锻钢、碳钢和低碳钢、灰铁、铸铁、可锻铸铁、青铜、镁、黄铜和铝合金等的磨削，具有极好的磨削性能，优于其它磨料产品。但其它的如钛合金等难磨金属没有列出，而磨削钛合金、不锈钢的最好的选择是锆刚玉或碳化硅产品，锆刚玉产品最适合大多数不锈钢。在磨削不同金属时，当磨削碳钢或低碳钢时，推荐采用SG磨料。对这些钢材，采用SG磨料和锆刚玉两种产品用于手持工具磨削进行比较，SG是最好的。

另外，在磨削工具钢和锻钢时，比较SG磨料和锆刚玉产品。超钢磨削清楚地显示SG产品更优越。对于灰铁、铸铁或可锻铸铁，经过测试比较，SG或锆刚玉产品似乎没有明显地优劣。对黄铜、青铜和镁，首选SG磨料。

从以上几个问题来看：即使再优秀的磨料，它都有自己使用的领域和条件；当这些领域或条中国机床工具工业协会磨料磨具分会主办——中国磨料磨具网（http://www.abrasives.org.cn）

件不存在时，那再优秀的磨料也都不能展现出它应有的性能。既然这样，堆积磨料是否能具备这些优秀磨料的特点？若是具备这些优秀磨料的特点，那又该如何来设计应用、如何来生产和使用这些在相应领域和条件下能展示优秀性能的磨料？以及生产和使用这种磨料以及是否也应遵循那些规律和原则？

3. 无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元在应用设计中的规律和原则：

人们认识自然界中的事物都是建立在一定基础上的，无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元在磨料磨具方面的应用也是如此，它是建立在无机高分子结合剂的性能和传统固结磨结合磨料理论基础之上，简单地说：他就是在传统固结磨结合磨料理论基础上融入无机高分子结合剂，以一种新的理念，为解决磨料磨具生产应用中的一些普遍长期存在的问题从另一个角度再现一种认识。大家都知道，磨料磨具的磨削过程是以磨具的形状为载体来实现磨料功能的，而其中的磨料基本都是在一定粒度颗粒的层面上，如果我们把现在理解的磨料粒度变成其成百上千、甚至更多更细小的磨料粒度，再以一种科学、合理的方法把它还原成一个带有功能性的新磨料（或磨削元），那结果又会怎样呢？其实，实践验证，这一大一小、一破一立，无形中就把磨料磨具的理论体系给拓展延伸了。关于无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元在应用设计中的规律和原则，它也是一个系统性的问题，在这里，我们也只是简单介绍一下我们对它的理解和认识。 寻找参照物，确定应用方向和路线：

加工材质确定的情况下，针对材质特性确定磨削元性能与磨削性能关系

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在熟悉规律的条件下掌握原则：

磨削元硬度选择与工件性质及磨削条件的关系

磨削元粒度选择与工件性质及磨削条件的关系

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磨削元组织选择与工件性质及磨削条件的关系

4. 无机高分子堆积、陶瓷组合磨料的磨削元在应用的设计：

为便于大家更好的认识无机高分子堆积、陶瓷组合磨料在实际生产应用中如何解决问题，我们举一个实际应用中的实例，让大家直观的了解一下无机高分子堆积、陶瓷组合磨削元是如何针对性、专业性和功能性的解决磨削问题的。下面我们通过设计磨削304不锈钢的砂带涂附磨具（使用速度为29m/s、效率、粗糙度等略）为例来说明：

1.）了解不锈钢材料的特性：1.不锈钢的韧性大，热强度高；2. 不锈钢的导热系数小，磨削时的高温不易导出；3. 不锈钢的线膨胀系数大，在磨削热的作用下易产生变形，其尺寸难以控制等等。（304不锈钢的具体专业特点略）

2）确定载体方式：即：是固结、涂附还是其它；

3）确定方向：固结的包括是磨削、切割还是其它；涂附的是直接还是间接。它们不确定，则好多因素就不能针对性的介入。

4）实施方法：这里我们选择的是无机高分子结合剂直接法生产涂附砂带磨具，这里要考虑中国机床工具工业协会磨料磨具分会主办——中国磨料磨具网（http://www.abrasives.org.cn）

的因素有磨削元的硬度、磨料的组成、磨料的粒度、磨削元的形状、磨削元的单位压力、磨削元的植入密度（与磨削散热、排屑等因素有关，有关具体的理论这里不作详述）、磨削时间寿命等等。综合以上所有因素，我们选择的磨料为碳化硅、粒度为180-240＃，磨削元的出现形式为直接法条形柱状，48％的磨削元植入面积、相对使用寿命12小时等等。

5）配比确定：这一步决定以上磨削元的设计因素的形成，我们这里的解决方法是以180-240＃的碳化硅和无机高分子结合剂共混小试固结、干燥。以形成喷砂硬度为J的磨削元配比。 6）实施：生产以有底胶、180-240＃碳化硅和无机高分子结合剂形成的硬度为J的磨削元的涂附砂带磨具。

以上方法介绍的使用无机高分子结合剂直接法生产的砂带磨具对304不锈钢的磨削效果，比锆刚玉的磨削效果还要好，有兴趣的朋友可以试一下。其实这中间的道理很简单，它只是实现了磨料磨具设计、生产、应用的针对性、专业性和功能性而已！

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的因素有磨削元的硬度、磨料的组成、磨料的粒度、磨削元的形状、磨削元的单位压力、磨削元的植入密度（与磨削散热、排屑等因素有关，有关具体的理论这里不作详述）、磨削时间寿命等等。综合以上所有因素，我们选择的磨料为碳化硅、粒度为180-240＃，磨削元的出现形式为直接法条形柱状，48％的磨削元植入面积、相对使用寿命12小时等等。

5）配比确定：这一步决定以上磨削元的设计因素的形成，我们这里的解决方法是以180-240＃的碳化硅和无机高分子结合剂共混小试固结、干燥。以形成喷砂硬度为J的磨削元配比。 6）实施：生产以有底胶、180-240＃碳化硅和无机高分子结合剂形成的硬度为J的磨削元的涂附砂带磨具。

以上方法介绍的使用无机高分子结合剂直接法生产的砂带磨具对304不锈钢的磨削效果，比锆刚玉的磨削效果还要好，有兴趣的朋友可以试一下。其实这中间的道理很简单，它只是实现了磨料磨具设计、生产、应用的针对性、专业性和功能性而已！

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