磨料磨具 超硬樹脂磨具的成型工藝

時光匆匆，轉(zhuǎn)眼又是一年畢業(yè)季，身在磨料磨具行業(yè)打拼的你是否會偶爾回憶起那些年求學的時光？是否在某個技術(shù)攻關的瞬間后悔當初沒能認真的聽一聽恩師的教誨？小編覺得有必要再去回憶一下那些年老師們劃過的重點，有必要再把那些快要弄丟的“知識”拿出來見見天，如果能再去聽一節(jié)課，磨友（校友）們你們可愿？

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

一、工藝原理

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，并在保 壓的時間內(nèi)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(fā) 泡起層和變形等廢品。熱壓成型工藝流程如圖8-10。

二、設備與模具

1.熱壓機

熱壓機是油壓機的一種，有50 t、63 t、100 t、200 t、500 t等幾種。它的構(gòu)造和傳動原理與普通磨具所用的設備一樣，所不同的是上下壓板安有加熱系統(tǒng)，并用熱電偶控溫，保證熱壓時的溫度恒定。加熱系統(tǒng)功率的大小可根據(jù)壓制最大砂輪的熱平衡情況而定。各類壓機實際采用加熱裝置的功率如表8-13所示。

2.模具

由于金剛石磨具結(jié)構(gòu)較普通磨具復雜，所用模具結(jié)構(gòu)也較為復雜。一般由下列幾部分組成：模套、底板、芯棒、芯體、非金剛石壓環(huán)、金剛石層壓環(huán)。圖8-11為平行砂輪模具結(jié)構(gòu)圖，圖8-12為杯、碗、碟形砂輪模具結(jié)構(gòu)圖。

由于壓制砂輪時，模具本身也需要承受很大壓力，因此必須對制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。通常采用合金工具鋼、炭 素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等。在制造過程中模套的內(nèi)壁及壓環(huán)、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(chǎn)品質(zhì)量， 具體要求見表8-14。

三、基體

因為超硬材料磨具價格昂貴，所以它不能象普通磨具那樣制成整體，只能在磨削層部位采用超硬磨料，而且盡可能地窄些，其余部分只起著支撐磨削層、裝卡在機床主軸上的作用，我們把這部分統(tǒng)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(nèi)普遍使用鍛造鋁合金材料做基體。它屬于Al-Mg-Si-Cu合金系，具有較高的強度、良好的塑性和可加工性。鍛造鋁合金的機械性能（如強度和剛性)介于鋼和酚醛樹脂之間，這意味著它的性能比鋼更接近樹脂。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，可在機床上加工而成。加工表面粗糙度一般達到Ra6. 3/um以上；為了與過渡層結(jié)合牢固，常在結(jié)合面上開溝槽和滾刀花。結(jié)合面較寬的可開多道溝槽，結(jié)合面較窄無法開槽的，只有滾花。溝槽一般為直槽，深1?2 mm。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(nèi)，物料壓制后密度低，強度低，起不到增強的作用。圖8-13至圖8-15是幾種開槽基體的情況。為了便于成型和簡化模具結(jié)構(gòu)，對于異形砂輪基體，在成型之前一般先制成類似于平行砂輪的簡單形狀，待成型固化之后，采用后加工方法車制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，制出的磨具較輕，有較好的彈性，適合制作小規(guī)格的各種刃磨砂輪。制造工藝簡單磨料磨具，成本低，但加工性能差。

3、酚醛鋁粉基體

工業(yè)生產(chǎn)中有兩種制造方法：

（1）先將酚醛樹脂粉與鋁粉按比例混合均勻，然后熱壓成 基本形狀，最后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:然后投人酚醛樹脂粉與鋁粉混好的基體料，最后熱壓成型。它的特點是：重量略輕于鋁基體、彈性較好，導熱性好于膠木基體，金剛石層與基體聯(lián)結(jié)十分牢固，但模具結(jié)構(gòu)復雜，操作要求高。

不同類型的基體材質(zhì)，力學性能不同，對磨削效果會產(chǎn)生一定的影響。如：

（1）基體性能與磨削比的關系：可從圖8-15看出，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(zhì)量的關系一般 規(guī)律是彈性模量低而磨削比髙的砂輪，加工表面粗糙度也低，酚醛鋁粉基體高于鋁基體，鋼基體最低。

（3）基體與磨削效率的關系：在一定范圍內(nèi)，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），砂輪磨耗很少，效率反而降低。

四、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污和雜質(zhì)，使用前必須用汽油或二甲苯將集體清理干凈，然后在基體與料的接觸部位，刷上環(huán)氧樹脂或液體酚醛樹脂，以保證磨具與基體的牢固結(jié)合。特別是對不帶非金剛石層的基體，其聯(lián)接部位沒有滾花及溝槽，更應該涂刷膠粘劑。

2、模具的裝配

將模具與成型料接觸的部分均勻地涂上脫模劑，如二硫化鉬、硬脂酸鋅、肥皂液、硅脂等能起潤滑作用的物質(zhì)，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。然后連基體一起裝配在轉(zhuǎn)臺上備用。

3、非金剛石層壓制

將非金剛石層的料投入模腔內(nèi)，攪勻后括平、搗實；如果一次投料有困難，可分二、三次投料，再用送料環(huán)壓緊；然后放上壓環(huán)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，如圖8-17所示。平行砂輪冷壓至要求厚度1. 5?2 倍如圖8-18所示。

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，涂上—層類似環(huán)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；然后放上壓環(huán)、墊鐵，送入熱壓機 內(nèi)進行預壓；待上面壓平后，撤掉模套下的墊鐵磨料磨具，再加壓使底板全部壓人模套內(nèi)。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 由于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?60 MPa。

（2）加壓速度 由于成型料粒度較細，速度過快空氣不易跑出，容易造成起層和發(fā)泡廢品，所以通常加壓速度較慢；并且在加壓一段時間后，再卸壓放氣，使空氣和揮發(fā)物充分逸出，然后重新加壓到規(guī)定尺寸。

（3）熱壓溫度 酚醛樹脂為（180 士5）°C;聚酰亞胺樹脂為（235 士5）°C。

（4）熱壓時間：隨砂輪的規(guī)格變化而變化，見表8-15。

5.卸模

磨具壓制完畢，從壓機取出后，急速冷卻，將模套、芯棒、芯體、壓環(huán)等卸除，這一操作應盡量采用機械卸模的條件，避免撞擊，以防止磨具在卸模時損壞。由于樹脂的熱脹冷縮的現(xiàn)象比較顯著，冷卻后收縮比較大，影響卸模。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)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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