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说一说“磨料”
2021年01月15日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:388
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对于制造工业的人来说,“磨料”这种锐利、坚硬的材料是制造每一种精密产品所必不可少的材料在许多加工环节都有着不可取代的作用。从较软的家用去垢剂、宝石磨料到最硬的材料金刚石磨料的应用范围极广——可以说,在人类工业文明的发展历程中磨料发挥着极其重要的作用。

磨料

历经多年发展,目前磨料可依据其硬度高低可划分为超硬磨料和普通磨料,其中绝大部分都是由天然磨料衍生出来的人造磨料。具体分类如下:

磨料

应用上,磨料在工业上的使用频率非常高,特别是加工高精度或低粗糙度的零件或特别硬的零件时,磨料和磨具是必不可少的。此外,对于刀具的刃磨和坚硬材料的切割,砂轮也是必不可少的工具。

在汽车制造业中,活塞环与气缸、阀门与阀座的紧密配合,变速器和齿轮的精度等,都要用磨料和磨具加工,才能保证。其他有关的新制品,如塑性黏结滚磨机用介质,为大量零件的去毛刺节省时间,提高了生产率。

磨具

对磨料的性能要求

作为材料加工成型中的关键角色,磨料需要满足一定的性能要求,才能够用于相应的加工领域具体可分为以下几方面:

1.化学成分

磨料的化学纯度对磨料的各项性能起着决定性的作用,即使杂质含量很低,也可能使磨料性能产生极大的差异。例如在刚玉磨料体系中,微量Na2O杂质的存在就会对磨料性能造成较大的影响,因为Na2O在高温下会与Al2O3反应形成β-Al2O3,影响α-Al2O3的纯度,并导致磨料晶粒粗大,使磨料机械性能变差;黑刚玉由于含有较多的Fe2O35%以上),使得其硬度远低于棕刚玉;白刚玉的纯度(Al2O3含量98.5%以上)比棕刚玉纯度(94.5%-97%)高,因此其硬度要高于棕刚玉。

2.硬度

硬度对于磨料而言,是最基本的性能指标。磨料的硬度需要高于工件硬度,才能发挥其磨削作用,磨料的硬度越高,对工件的刻划和切入能力也就越强。由于不同种类的磨料对应不同的硬度,因而适用于不同的加工领域。

3.韧性

磨料的韧性指的是磨粒在受力时抵抗破碎的能力。磨料需要具备一定的韧性才能够充分发挥其切削作用,如果磨料韧性过低,在磨削的过程中会导致磨粒过快破碎甚至脱落,不能充分发挥其切削作用,但是如果磨料韧性太高,又会导致磨粒在磨削过程中难以破碎,无法形成新的切削刃,从而导致磨料自锐性变差,降低工件的切削效率。磨料的韧性与其宏观形状有着紧密联系,例如等积形的磨料韧性就要优于片状或棒状。

4.机械强度

磨料在磨削过程中会同时受到磨削力和冲击载荷的作用,因此,磨料必须达到足够的机械强度才能满足相应的磨削要求。由于金刚石材料在磨料体系中占据极其重要的地位,所以一般以金刚石的单颗粒抗压强度作为标准来衡量磨料的机械强度。

5.化学稳定性

磨料在工作时,对于被加工工件应保持相应的化学稳定性,以免和工件黏附和产生互扩散,造成磨具的堵塞或工件的污染。例如,SiC和Fe就会发生反应。

6.热稳定性

磨料的热稳定性是指的是磨料在工作温度区间保持其各项理化性能指标的能力。磨具在工作过程中受到摩擦作用,导致其工作区温度升高(400℃以上),所以磨料的热稳定性优劣是衡量其磨削能力的一项重要指标。金刚石虽然在室温下各项性能表现都很出色,但在加工黑色金属时,在高温下会发生石墨化,导致磨具切削能力下降并且会造成工件表面结构的破坏。

7.热导率

磨料需要具备良好的热导率以保证在磨削过程中产生热量得以及时散发,从而使工作区的温度维持在合适的区间,这样一方面可以避免烧伤工件,另一方面可以延长磨具的使用寿命。

8.热膨胀系数

磨料的热膨胀系数需要与所使用的结合剂的热膨胀系数相匹配,这样才能够避免在烧结和磨削过程中,由于二者膨胀、收缩率失配,使磨具内残余应力过大,导致磨具变形甚至损坏,影响磨削的稳定性和磨具的使用寿命。

磨料的市场状况

只看分类的话,磨料的种类之多可称得上是“琳琅满目”。不过随着现代机械加工的不断发展及各种新材料的不断出现,目前工业上对加工精度和表面粗糙度要求越来越高——相对应的,磨削技术和磨具,尤其是涂附磨具就需要向更高效率、高寿命和超精密方向发展。

金刚石

金刚石磨料

因此,硬度高、耐磨性好的超硬磨料的研制和应用逐渐兴起,在加工硬、脆性等难加工工件时优势尤其明显,不仅消耗量极小,可在较长时间保持其锋利度和磨具外形,而且还能保证工件的加工精度。目前磨料磨具行业里有一种说法:未来磨削材料的发展趋势是 B(C-BN立方氮化硼)代替 A(刚玉系列),D(金刚石)代替 C(碳化硅)。到底这句话会不会成真,就让我们拭目以待。

资料来源:

溶胶-凝胶法制备陶瓷刚玉磨料工艺及性能优化,王津松。

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