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论坛元老

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发表于 2016-12-2 15:11:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

树脂结合剂金刚石工具的影响因素 [复制链接]

      经混合后热压固化而成。其性能也直接受树脂结合剂、填料和金刚石磨料的影响。
  1 结合剂的影响,主要包括结合剂种类和含量的影响等
   
     (1)各种树脂结合剂金刚石工具的共同特点是耐热性较差,在加工工件的过程中,金刚石工具和工件之间产生的热量容易使局部温度过高,一旦达到临界值,树脂结合剂对金刚石的把持失效,金刚石在没有完全磨钝的条件下就会脱落,从而使加工费用大幅提升。目前主要是通过对树脂结合剂进行改性来提高其耐热性能的。高良倡采用方烷基醚改性酚醛树脂,其耐热性能够达到180℃以上。杜杨等以有机硅预聚合物、硼酸、苯酚和甲醛为原料合成的新型含硼硅酚醛树脂BSP,由于酚醛树脂结构中引入B—O 键和有机硅链,BSP 树脂具有优良的耐热性和韧性,同时也改善了树脂的耐水性和储存稳定性。肖东政等采用BMI( 双马来酰亚胺) 改性酚醛树脂获得了耐热性较好的双马来酰亚胺改性酚醛树脂。
     (2)树脂结合剂含量的影响。树脂结合剂含量对金刚石工具加工性能有较大的影响。文献介绍了在单晶硅片减薄砂轮中,树脂结合剂含量增加,砂轮的硬度、抗压强度逐渐增大,当树脂结合剂含量增加到一定程度时,砂轮磨耗比的提高趋于缓慢,同时砂轮表面容易出现堵塞现象,同时含量越高,堵塞现象越严重。

     (3)树脂结合剂粒度的影响。国内用作金刚石磨具生产的树脂粉粒度大多在80~180目之间,这样的粒度范围存在两个缺陷,一是影响磨具的压制成形性能,二是可能影响结合剂的性能。在压制过程中,树脂粉虽可受热软化,并有一定流动性,达到包覆磨粒的目的,但在压制过程中,结合剂料是在模具内受压的,空间有限,树脂的流动范围也有限,当树脂粉粒度粗时,就会有部分磨料粘结不牢固,从而过快脱落。有研究表明当树脂粒度细化后,可改善成形料的流动性,有利于磨具的热压成形。


2
填充料的影响,主要包括填料种类和含量的影响等

      填充料是金刚石磨具的一个重要组成部分,加入适量的填充料不仅可以大大降低成本,还可提高磨具的机械强度,延长使用寿命。
      填充料种类较多,加入不同种类的填料对磨具的影响也不同。按性质和用途可分为四类:


      
①不活泼填充料。用于可塑工艺,目的是降低磨具成本;
      ②活泼填充料。增塑吸附效应,使磨粒与结合剂粘合能力增强;
      ③补强填料。如玻璃纤维,碳纤维等,目的是增加结合剂强度;
       ④降低结合剂强度填料。制成适合修整工具的磨具。

       在超硬材料树脂磨具中,其作用主要是用来改善结合剂的耐热性、硬度、强度,最终目的是提高耐用度。填充料的种类繁多,对于金刚石树脂磨具,酚醛树脂结合剂所用填料,国内常见的是Cr2O3,ZnO 和Cu 粉; 聚酰亚胺结合剂所用填料,除Cu粉外,国外用于干磨时加Zr、Co、CaCO3等,用于湿磨时,可加石英粉( SiO2 ) 、铝氧粉( Al2O3 ) 等陶瓷材料。


       车剑飞等人采用原味生产法对酚醛树脂进行了纳米粒子TiO2 \Al2O3 \ SiO2填充改性,研究了纳米粒子填充改性对树脂分子结构、耐热性、冲击性能和流变性能的影响,结构表明,改性结构无影响,能够显著提高树脂的耐热性能,提高其分解温度约150℃,当填充量为5wt%时,用TiO2改性树脂的冲击强度可提高到普通酚醛树脂的231%。

      各种改性树脂又都具有不同的特性,邹文俊等利用纳米SiO2 ( 原位聚合和共混方法分散到酚醛树脂中) 改性酚醛树脂,可提高磨具的耐热性以及磨削比,且材料价格廉价,适用性较高。

      陈锋等研究表明,铜锡合金粉的铜锡比例,含量、粒度对树脂结合剂超硬制品的力学性能影响显著,只有选择适当铜锡比例、含量、粒度的铜锡合金粉才能获得具有优异力学性能的树脂超硬制品。


3
磨料金刚石的影响,主要包括金刚石镀覆、种类和粒度等的影响。

     (1)金刚石表面镀覆金属后,单颗粒抗压强度都有所提高,同时磨耗比下降,即延长了使用寿命。与不镀覆的金刚石相比,具体作用还包括以下几个方面:


     ①镀层减缓对树脂结合剂的热脉冲,金刚石镀层的导热率比金刚石小,因此金刚石磨粒接触工具时,产生的瞬时高温经过镀层后传给树脂,从而保护紧接磨料部位的树脂不受高温损伤;
     ②镀层提高金刚石与结合剂的结合强度,金属镀层内包金刚石,外部与树脂结合剂能良好粘结;
     ③镀层提高金刚石颗粒抗破碎强度,镀覆金属后金刚石颗粒的缺陷得到弥补,起到了补强作用,且镀层含有韧性金属,有利于提高颗粒抗破碎强度;
     ④镀层对磨粒起隔离保护作用,隔绝外界氧及其它有害介质的作用,同时在磨削高温下,镀层对金刚石晶体的石墨化能起抑制作用。

    (2)国内外超硬材料厂家对超硬磨料进行了较为细致的分类,其中低品质的金刚石磨料或通过特殊工艺处理的具有高自锐性和微破碎性的金刚石磨料,主要用于树脂结合剂金刚石工具的制备。如E6 公司提供的PDA433,PDA321,PDA311,PDA211 等牌号的金刚石,具有高自锐性和微破碎性。目前国内树脂模具普遍使用RVD 型金刚石磨料,其颗粒多为针片状,晶型不规则,强度低、脆性大、表面粗糙但磨削锋利,与树脂结合剂结合良好; 近年来国内开发的多晶CSD 型金刚石磨料用于树脂结合剂磨具,显著提升了树脂金刚石工具的锋利度。

4修整对树脂结合剂金刚石砂轮的影响

       修整过程是砂轮制备中不可或缺的因素,通过整形能够获得各种形状的树脂金刚石砂轮,通过砂轮修锐使树脂结合剂金刚石砂轮表面金刚石出刃,合适的修整加工直接影响砂轮的使用性能。邹大程设计了一种新型树脂结合剂金刚石砂轮修整方法,并用白刚玉、碳化硅、碳化硼、钼、钼铁合金等方法分别进行砂轮修整实验,通过对比分析各种方法的修整力、表面形貌精度、砂轮修锐效果以及磨削性能,以此对比不同修整方法对树脂结合剂金刚石砂轮的修整效果。选用适合于实际应用的修整技术将有助于提高树脂金刚石砂轮的使用性能。


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