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          超硬磨料特性對磨具性能的影響

          發布時間: 2020-06-04 發布者: 富耐克應用研究中心

          超硬磨具(固結磨具)一般是由磨料、結合劑、氣孔三部分構成,它們對磨具的各項性能有重要的影響,因而磨料、結合劑和氣孔三者通常被稱為磨具的三要素。在超硬磨具的三要素中,超硬磨料是構成磨具的主要原料,它構成磨具的骨架,是磨具起磨削作用的主要物質,其暴露在磨具表面上的眾多棱角是加工工件的切削刃。作為磨削使用的超硬磨料,一般應具備如下性質:①較高的硬度和耐磨性;②有適當的抗破碎性和自銳性;③高溫穩定性,在磨削溫度下能保持其固有的硬度和強度;④化學穩定性,與被加工材料不易發生化學反應。超硬磨料的主要理化性能決定了以上所述的磨粒性質,是判斷磨料質量好壞的基本指標,同時也是影響磨具制造工藝及質量的重要因素。

          (1)磨料的硬度及其對磨具性能的影響

          硬度是決定磨料磨削性能的一個主要指標。超硬磨料硬度主要受磨料晶體結構中質點間鍵合力大小的影響,其次還受晶型、溫度、制造工藝等的影響,金剛石和立方氮化硼磨料為典型的共價鍵礦物。在磨削工作時,必須保證磨料的硬度高于被磨工件的硬度,但磨料的硬度不是一成不變的,磨削過程中會產生大量磨削熱,在熱量作用下,磨料硬度會有所改變。因此磨料在使用溫度下,必須保持一定的熱態硬度,才能充分發揮磨具的使用性能。

          (2)}磨料的韌性及其對磨具性能的影響

          在磨削過程中,磨粒同時受到磨削力(切向力和徑向力)和沖擊力兩種作用,磨粒在磨削力和沖擊力的共同作用下抵抗破碎的能力稱為磨粒的韌性。超硬磨料的韌性是影響磨具自銳性的一個重要指標。磨料的韌性太高,在磨削加工時,當磨粒磨鈍之后,磨粒不能在磨削力作用下自行破碎露出新刃,從而影響磨具的磨削效率。而韌性差,在磨削力作用下,磨粒破碎太快,又不能進行有效磨削,所以磨粒適當的韌性是實現有效磨削的需要。

          (3)磨料的抗壓強度及其對磨具性能的影響

          超硬磨料的抗壓強度是指磨粒抵抗外壓的能力,與磨料的結晶程度、化學鍵、顆粒形狀、晶型有關。磨料的抗壓強度直接影響磨料本身的使用性能,影響磨具在使用過程中的切削能力。如CBN的抗壓強度很高,這意味著在惡劣的條件下使用時它能保持顆粒完整而不易破碎。

          (4)磨料的熱膨脹系數及其對磨具性能的影響

          超硬磨料和其他物質一樣具有熱脹冷縮現象。磨料的熱膨脹系數是指單位溫度下磨粒的伸長率。磨料的熱膨脹系數主要與磨料的晶體結構、化學鍵強度、化學成分、純度以及溫度有關。磨料的熱膨脹系數和陶瓷磨具中陶瓷結合劑的熱膨脹系數要基本一致,否則,由于燒成過程中特別是磨具冷卻降溫過程中膨脹收縮不一致,結合劑橋中容易產生裂紋,從而降低磨具的強度,嚴重的甚至使磨具開裂。

          (5)磨料的堆積密度與理論密度及其對磨具性能的影響

          ①磨料的堆積密度:磨料的堆積密度分兩種,一種是自然堆積密度,它是指磨料處于自然狀態下單位體積的質量,其主要影響因素是外界的振動;另一種是緊密堆積密度,它是指磨料充分受外力振實時的堆積密度,顆粒的堆積密度大小與顆粒的形狀、堆積的填充方法及大小顆粒之間的匹配有關。磨料的形狀不屬于球體,有等積形、片狀、條狀等。

          磨料的堆積密度在磨具制造過程中是一項重要的性能指標,它影響磨具的成型性能,并影響磨具的硬度和強度,最終影響磨具的磨削性能。同一配方下,若堆積密度不穩定,則磨具的硬度和強度也不穩定;磨料的堆積密度高,磨具的強度和硬度也高。在陶瓷結合劑超硬磨具中,磨料堆積密度的波動往往影響磨具硬度的重要因素之一。

          ②磨料的理論密度:磨料的理論密度也簡稱為密度,它是指不含空隙的磨料單位體積的質量。磨料的理論密度主要由磨料本身的成分和晶體結構決定的。

          (6)磨料的化學成分及其對磨具性能的影響

          化學成分是決定磨料性能的主要指標,它直接影響磨料的強度、韌性、磨削性能及外觀色澤等。磨料的化學成分直接影響著磨料的性能,也影響著磨具的性能。磨料的純度越高,其硬度與磨削性能越好,相應磨具的硬度于磨削性能也好。對于陶瓷結合劑超硬磨具來說,磨料的化學成分對磨具性能的影響尤為突出。

          (7)磨料的形狀及其對磨具性能的影響

          超硬磨料中的磨粒形狀比較復雜,常見等積形、片狀、條狀。一般希望磨粒的形狀為等積形,因為它比片狀、條狀磨粒具有較高的抗壓、抗折、抗沖擊能力,可以提高磨具的切削能力。如用于加工韌性較大的工件,宜采用等積形較多的顆粒。磨粒的形狀主要跟加工過程中破碎方法有關,它直接影響磨料的抗壓、抗折、抗沖擊強度及切削能力,同時也影響著磨料的堆積密度。不同形狀的磨粒也可以通過整形和選型工藝來改善其性能,從而改善磨具的使用性能。

          超硬磨料作為磨具制造中的核心原材料,其性能對磨具的制造工藝及使用性能的影響不言而喻。超硬磨料的性能可通過產品質量指標反映出來,通過控制產品的生產工藝和質量檢測標準,從而控制產品的性能。因此,要想制備出性能良好的磨具,必須更加全面地了解超硬磨料的性能及其功用。

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