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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業(yè)區(qū)
運(yùn)營：鄭州市明理路266號木華廣場
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
郵箱：zjp@zzjpgj.com
聯(lián)系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉(zhuǎn)載：固體潤滑劑在樹脂超硬材料砂輪中的應(yīng)用 |
樹脂結(jié)合劑超硬材料砂輪的使用要求
樹脂結(jié)合劑超硬材料砂輪（以下簡稱樹脂超硬砂輪），是以入造金剛石或立方氮化硼為磨料，以優(yōu)質(zhì)合成樹脂為結(jié)合劑制成的高檔磨削工具，分別用于磨削高硬度的脆性難磨材料與硬韌難磨材料。根據(jù)樹脂超硬砂輪的使用特點，入們在其配方中又加入了多種其他成分，用于改善砂輪的技術(shù)和使用性能，如加入一種或多種金屬或金屬氧化物細(xì)粉、或其他物質(zhì)的細(xì)粉等。這些材料的合理加入，提高了砂輪的強(qiáng)度、硬度、耐熱性和使用壽命，在許多使用場合，這些措施都是有利的．取得了良好的使用效果。但在有些使用場合，還需要調(diào)節(jié)砂輪的其他性能指標(biāo)，如調(diào)節(jié)砂輪自銳性以延長它的耐用度，這也是砂輪的重要使用指標(biāo)，砂輪的耐用度越長越好，這一方面減少了對砂輪的修整時間，也就提高了班內(nèi)的工作效率，另一方面還減少了砂輪的修整損耗，客觀上又延長了砂輪的使用壽命。由于砂輪耐用度在使用中的重要性，所以行業(yè)技術(shù)入員為此而進(jìn)行了許多研究工作，采取了許多有效的措施，也取得了良好的結(jié)果。在提高樹脂超硬砂輪的自銳性方面，可以采取許多措施，如調(diào)節(jié)氣孔率、調(diào)節(jié)填充劑的用量、加入固體潤滑劑等；在材料方面可以選擇其他樹脂。單靠一種方法往往不能使砂輪的使用效果達(dá)到最佳狀態(tài)，幾種方法合用時，往往能夠取得良好的效果。
在改善該砂輪自銳性的研究方面，我們試驗采用配方中添加固體潤滑劑的方法，取得了良好的效果。加入固體潤滑劑后，自銳性增加，堵塞情況減少，磨削工作中，工件的燒傷情況得以減少與避免。
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固體潤滑劑在樹脂超硬砂輪中的作用
有關(guān)磨削理論分析認(rèn)為，磨削作業(yè)時砂輪上的磨粒和包裹磨粒的結(jié)合劑橋都構(gòu)成了對工件的機(jī)械摩擦作用，磨削所耗費的機(jī)械能量，僅有一部分用于工件新生面的形成和把磨屑除掉，其余絕大部分的機(jī)械能都轉(zhuǎn)化成了熱量，熱量很快傳遞給了工件和砂輪，使工件和砂輪發(fā)熱，隨后，熱量隨工作系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)而散失。磨削時生成的熱量可在磨削區(qū)域形成1偵即℃以上的瞬時高溫，這會對砂輪中的樹脂結(jié)合劑造成破壞和引起被磨工件的燒傷與變形。摩擦熱的大小，與摩擦?xí)r的正壓力和摩擦面的摩擦系數(shù)成正比關(guān)系，為了減少磨削熱的生成，在制造砂輪時有些廠采取了一些措施，如原材料的選擇和砂輪的組織號控制等。如果有效地降低摩擦系數(shù)，就可以降低摩擦熱，加入固體潤滑劑的意圖就在于降低摩擦系數(shù)，以利于降低摩擦熱。
從理論研究可知，潤滑劑在受到摩擦?xí)r具有潤滑性能，是由其本身的分子結(jié)構(gòu)所形成的，它們的分子層間在受到外力時很容易發(fā)生位移而產(chǎn)生潤滑作用。但是加入固體潤滑劑會對結(jié)合劑的結(jié)合性能造成一定的破壞作用，會引起砂輪強(qiáng)度和硬度的降低，從而降低了砂輪的使用壽命，這對于砂輪制造是不利的；另一方面，在一些砂輪配方中，如果有固體潤滑劑的適當(dāng)加入，則可以改善砂輪的技術(shù)性能，對于樹脂超硬砂輪的使用起到有利作用。這主要表現(xiàn)在兩個方面：
(1)避免工件的燒傷與變形。磨削時通過潤滑劑的潤滑作用，減小砂輪在工作時的磨削阻力，從而降低磨削熱，可避免對工件的燒傷，也減少了工件的熱脹冷縮應(yīng)力變形，便于控制磨削工藝，以達(dá)到良好的磨削質(zhì)量。
(2）增加砂輪的自銳性，提高砂輪的耐用度。由于砂輪中潤滑劑的滑動作用，使砂輪中的樹脂結(jié)合劑的強(qiáng)度適當(dāng)減弱，結(jié)合劑易于被磨損而露出新的磨粒刃口，這就增加了砂輪自銳性，增加了砂輪的耐用度。
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固體潤滑劑的選擇
固體潤滑劑一般應(yīng)具有以下的基本性質(zhì)：
1）具有良好的自潤滑性能，不能明顯破壞結(jié)合劑的粘結(jié)強(qiáng)度。
2）有較寬的溫度范圍，適用于砂輪磨削區(qū)包括砂輪制造過程中的熱區(qū)溫度。
3）較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，長期不變質(zhì)，不與結(jié)合劑中的樹脂與輔料發(fā)生有害的化學(xué)反應(yīng)。
4）較高的承壓能力，適應(yīng)砂輪的壓制工藝。
5）其他的一般性技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。
固體潤滑劑的種類很多，有金屬如：Pb、Sn、Zn等；有金屬氧化物如：PbO、Pb3O4、Fe3O4、以及BN、CaF2、MoS2、石墨、滑石、云母等；有機(jī)物如石蠟、固體脂肪酸、硬脂酸胺、聚乙烯蠟等。我們根據(jù)上述的選擇原則，選擇了潤滑性能好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的石墨、氮化硼(BN)、MoS2等三種材料進(jìn)行了試驗。潤滑劑的性能介紹如下：
(1)石墨石墨是晶態(tài)單質(zhì)碳的一種變體，為六方晶系層狀晶體，黑色不透明，質(zhì)軟，有金屬光澤，密度為2．25（20℃），莫氏硬度1.5，能導(dǎo)電，熔點高，石墨的粘著性好，是熱和電的良導(dǎo)體，有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。石墨高淵穩(wěn)定性好，溫度越高強(qiáng)度越大，如抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度。在石墨的層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，每個碳原子與相鄰的三個碳原子以共價鍵牢固結(jié)合，不易破壞，而層與層之間距離較遠(yuǎn)，靠結(jié)合力較弱的范德華力結(jié)合，因此剪應(yīng)力非常小，在受剪切力作用時，層與層之間容易滑動而起潤滑作用，同時由于層內(nèi)結(jié)合力很大能夠支持垂直于基礎(chǔ)面的負(fù)荷而具有承載力強(qiáng)的特點。
石墨在有氧氣氛中，在540℃以下，具有良好的潤滑性，540℃以上石墨會氧化成CO2、CO，摩擦系數(shù)增加，溫度繼續(xù)升高，石墨晶體間鍵能減弱，摩擦系數(shù)又逐漸降低。摩擦系數(shù)在潤滑介質(zhì)中只有0.04~0.05，與水共存時，潤滑性不減，摩擦系數(shù)在干燥時較大，吸水7.13％后，顯著降低。
（2) 二硫化鉬(MoS2) MoS2是從黑色有寶石光澤的細(xì)粉末狀，有二種晶型，其一為六方晶系，另一種為斜方晶系，密度4.80（14℃)，莫氏硬度1~1.5，熔點1185℃以上。大于1300℃分解。在潮濕空氣中，MoS2加熱至370℃會分解而失去潤滑性，氧化成MoS3。不溶于有機(jī)溶劑、水、稀酸。毒性小。MOS2與石墨相似，為六方晶系片狀結(jié)晶疊合在一起。摩擦系數(shù)小，易沿水平方向滑動，易分層。在一般情況下，MoS2的摩擦系數(shù)為0.03~0.09，壓力升高時摩擦系數(shù)下降。因此可用作固體潤滑劑，遇水潤滑性下降。
作為潤滑劑使用的二硫化鉬，要求純度95％以上。
(3）其他固體潤滑劑材料（略）。
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固體潤滑劑用量試驗
樹脂超硬砂輪中加入固體潤滑劑，會對砂輪的硬度、強(qiáng)度、使用壽命等帶來不利的影響。為試驗其影響情況，我們選用了石墨、二硫化鉬和另外一種材料，按不同的比例加入到常規(guī)的樹脂超硬砂輪配方中做成試塊，對試塊進(jìn)行性能測試。測試的項目，選擇了洛氏硬度、噴砂硬度和沖擊強(qiáng)度。結(jié)果如下：
(1) 試樣有關(guān)參數(shù)
試樣規(guī)格（長x寬x厚，mm）；
用于測試抗折強(qiáng)度與洛氏硬度：40x5x4；
用于測試噴砂硬度與洛氏硬度：100x30x4。
配方：常規(guī)的樹脂超硬砂輪配方，磨料體積占25%，氣孔率一致。
磨料：GC220#
粘接劑：2123酚醛樹脂
成型工藝參數(shù)：180℃x40min
潤滑劑加入比例：分別為A.B.C三級，成等差系列
試樣成品尺寸誤差：關(guān)鍵可比部位2%
（2）試樣測試結(jié)果如下表
從測試結(jié)果可以看出，固體潤滑劑的種類不同和加入量的多少，都會對試樣的強(qiáng)度和硬度造成影響，也就會影響到樹脂超硬磨具的使用性能。
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砂輪磨削試驗
試驗1
（1）砂輪參數(shù)：
砂輪規(guī)格：6A2 150X40X32X15X6M-SD28-40B100
砂輪配方：（1#）未加入潤滑劑；
（2#）加入大量混合潤滑劑。
（2）磨削參數(shù)：
磨削對象：刃磨PDC刀具。
磨削部位：
①PcBN刀兩刃，刃寬6.5mm，cBN復(fù)合層0.8mm，YG16A層厚2.2mm，磨削余量0.2mm；
②PDC刀兩刃，刃寬4.5mm，金剛石復(fù)合層0.6mm，YG16A層厚1.4mm，磨削余量0.15mm；
使用磨床：2Ｍ９１２０Ａ多用磨床
冷卻液：乳化液
砂輪轉(zhuǎn)速：２８００ｒｐｍ／ｍｉｎ
橫向往復(fù)：３０次／ｍｉｎ
縱向進(jìn)刀：０。１ｍｍ／ｍｉｎ（ＰｃＢＮ）
縱向進(jìn)刀：０。０５ｍｍ／ｍｉｎ（ＰＣＤ）
（３）磨削結(jié)果：
(1#）磨削PcBN刀：101把，PDC刀：101把，總計202把。
(2#）磨削PcBN刀：40把，PDC刀：74把，總計114把。
（4）試驗結(jié)論：
未加潤滑劑的（1#）砂輪，磨削時振動較大，但壽命較長。
加入潤滑劑的（2#）砂輪，磨削鋒利，但消耗快，壽命不高。
試驗2
(1)砂輪參數(shù)；
砂輪規(guī)格：12A2 150×32×32x3×5 RVD 140/170 B 100。
砂輪配方：(1#）未加入潤滑劑，
（2#）加入適量C潤滑劑。
（2）磨削參數(shù)：
磨削工件；YG材料的機(jī)械零件。
磨床條件：萬能工具磨床。
冷卻液：乳化液。
（3）磨削效果：
未加入潤滑劑的（1#）砂輪，磨削時容易堵寒，修整次數(shù)多，工件有燒傷。
加入潤滑劑的（2#）砂輪，磨削鋒利，無燒傷，能正常工作。
試驗3
(1)砂輪參數(shù)
砂輪規(guī)格：1A1 150×10×32x5 RVD 170/200 B 100。
砂輪配方：（1#）未加入潤滑劑。
（2#）加入潤拊劑。
（2）磨削參數(shù)
磨削工件：YG材料的機(jī)械零件。
磨床條件；萬能工具磨床。
冷卻液：干磨。
（3）磨削效果：
未加入潤滑劑的（1#）砂輪，磨削時容易堵塞，發(fā)熱大，工件變形。
加入潤滑劑的（2#）砂輪，磨削時，發(fā)熱小，工件很少變形。
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結(jié)論
（1）樹脂超硬砂輪配方中加入固體潤滑劑，可以減少砂輪堵塞現(xiàn)象，提高自銳性，改善砂輪的使用性能。
（2）固體潤滑劑的種類不同和加入量的多少，都影響到樹脂超硬砂輪的強(qiáng)度和硬度，也就影響砂輪的使用性能，配方時應(yīng)酌情選擇。
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