超硬磨料特性对磨具性能的影响

发布时间: 2020-06-04 发布者: 富耐克应用研究中心

超硬磨具(固结磨具)一般是由磨料、结合剂、气孔三部分构成,它们对磨具的各项性能有重要的影响,因而磨料、结合剂和气孔三者通常被称为磨具的三要素。在超硬磨具的三要素中,超硬磨料是构成磨具的主要原料,它构成磨具的骨架,是磨具起磨削作用的主要物质,其暴露在磨具表面上的众多棱角是加工工件的切削刃。作为磨削使用的超硬磨料,一般应具备如下性质:①较高的硬度和耐磨性;②有适当的抗破碎性和自锐性;③高温稳定性,在磨削温度下能保持其固有的硬度和强度;④化学稳定性,与被加工材料不易发生化学反应。超硬磨料的主要理化性能决定了以上所述的磨粒性质,是判断磨料质量好坏的基本指标,同时也是影响磨具制造工艺及质量的重要因素。

(1)磨料的硬度及其对磨具性能的影响

硬度是决定磨料磨削性能的一个主要指标。超硬磨料硬度主要受磨料晶体结构中质点间键合力大小的影响,其次还受晶型、温度、制造工艺等的影响,金刚石和立方氮化硼磨料为典型的共价键矿物。在磨削工作时,必须保证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变的,磨削过程中会产生大量磨削热,在热量作用下,磨料硬度会有所改变。因此磨料在使用温度下,必须保持一定的热态硬度,才能充分发挥磨具的使用性能。

(2)}磨料的韧性及其对磨具性能的影响

在磨削过程中,磨粒同时受到磨削力(切向力和径向力)和冲击力两种作用,磨粒在磨削力和冲击力的共同作用下抵抗破碎的能力称为磨粒的韧性。超硬磨料的韧性是影响磨具自锐性的一个重要指标。磨料的韧性太高,在磨削加工时,当磨粒磨钝之后,磨粒不能在磨削力作用下自行破碎露出新刃,从而影响磨具的磨削效率。而韧性差,在磨削力作用下,磨粒破碎太快,又不能进行有效磨削,所以磨粒适当的韧性是实现有效磨削的需要。

(3)磨料的抗压强度及其对磨具性能的影响

超硬磨料的抗压强度是指磨粒抵抗外压的能力,与磨料的结晶程度、化学键、颗粒形状、晶型有关。磨料的抗压强度直接影响磨料本身的使用性能,影响磨具在使用过程中的切削能力。如CBN的抗压强度很高,这意味着在恶劣的条件下使用时它能保持颗粒完整而不易破碎。

(4)磨料的热膨胀系数及其对磨具性能的影响

超硬磨料和其他物质一样具有热胀冷缩现象。磨料的热膨胀系数是指单位温度下磨粒的伸长率。磨料的热膨胀系数主要与磨料的晶体结构、化学键强度、化学成分、纯度以及温度有关。磨料的热膨胀系数和陶瓷磨具中陶瓷结合剂的热膨胀系数要基本一致,否则,由于烧成过程中特别是磨具冷却降温过程中膨胀收缩不一致,结合剂桥中容易产生裂纹,从而降低磨具的强度,严重的甚至使磨具开裂。

(5)磨料的堆积密度与理论密度及其对磨具性能的影响

①磨料的堆积密度:磨料的堆积密度分两种,一种是自然堆积密度,它是指磨料处于自然状态下单位体积的质量,其主要影响因素是外界的振动;另一种是紧密堆积密度,它是指磨料充分受外力振实时的堆积密度,颗粒的堆积密度大小与颗粒的形状、堆积的填充方法及大小颗粒之间的匹配有关。磨料的形状不属于球体,有等积形、片状、条状等。

磨料的堆积密度在磨具制造过程中是一项重要的性能指标,它影响磨具的成型性能,并影响磨具的硬度和强度,最终影响磨具的磨削性能。同一配方下,若堆积密度不稳定,则磨具的硬度和强度也不稳定;磨料的堆积密度高,磨具的强度和硬度也高。在陶瓷结合剂超硬磨具中,磨料堆积密度的波动往往影响磨具硬度的重要因素之一。

②磨料的理论密度:磨料的理论密度也简称为密度,它是指不含空隙的磨料单位体积的质量。磨料的理论密度主要由磨料本身的成分和晶体结构决定的。

(6)磨料的化学成分及其对磨具性能的影响

化学成分是决定磨料性能的主要指标,它直接影响磨料的强度、韧性、磨削性能及外观色泽等。磨料的化学成分直接影响着磨料的性能,也影响着磨具的性能。磨料的纯度越高,其硬度与磨削性能越好,相应磨具的硬度于磨削性能也好。对于陶瓷结合剂超硬磨具来说,磨料的化学成分对磨具性能的影响尤为突出。

(7)磨料的形状及其对磨具性能的影响

超硬磨料中的磨粒形状比较复杂,常见等积形、片状、条状。一般希望磨粒的形状为等积形,因为它比片状、条状磨粒具有较高的抗压、抗折、抗冲击能力,可以提高磨具的切削能力。如用于加工韧性较大的工件,宜采用等积形较多的颗粒。磨粒的形状主要跟加工过程中破碎方法有关,它直接影响磨料的抗压、抗折、抗冲击强度及切削能力,同时也影响着磨料的堆积密度。不同形状的磨粒也可以通过整形和选型工艺来改善其性能,从而改善磨具的使用性能。

超硬磨料作为磨具制造中的核心原材料,其性能对磨具的制造工艺及使用性能的影响不言而喻。超硬磨料的性能可通过产品质量指标反映出来,通过控制产品的生产工艺和质量检测标准,从而控制产品的性能。因此,要想制备出性能良好的磨具,必须更加全面地了解超硬磨料的性能及其功用。

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