加工电熔锆刚玉砖用电镀金刚石磨轮的研制和应用.
文章编号 :1006-852X(2004 03-0039-04
加工电熔锆刚玉砖用电镀金刚石磨轮的研制和应用 DEVELO PMENT AND APPLICATION OF ELECTRO PLATED DIAMOND GRINDING WHEEL FOR MACHINING FUSED CAST ZIRCON CORUNDUM REFRACTORY BRICKS
李超群
(湖南省金刚石制品研究所 , 湖南长沙 410011
Li Chaoqun
(HunanInstitute o f Diamond Products, Changsha 410011, China
摘要 :电熔锆刚玉砖是玻璃熔窑最重要的耐火材料 , 该砖结构致密、热稳定性高、耐磨性好、抗蚀能力强 , 只有超硬磨料才能对锆刚玉砖表面进行有效磨削。本文通过复合电镀方法研制和生产金刚石磨轮 , 并给出了复合电镀金刚石磨轮的工艺流程。在研制过程中 , 对金刚石磨轮的基体和胎体进行了优化设计 , 分析了金刚石质量、金刚石浓度、金刚石粒度对磨削过程的影响 , 采用两种品级、四种粒度的金刚石按一定比例混合使用 , 扩大了磨轮的适用范围 , 提高了磨轮的自锐性 , 研制的电镀金刚石磨轮用于磨削锆刚玉砖耐火材料 , 其平均使用寿命达到 168. 36m 2, 与热压焊接金刚石磨轮比较 , 平均寿命和磨削效率分别提高 16. 5%和20%。使用结果表明 :电镀金刚石磨轮是最适合磨削加工电熔锆刚玉砖的金刚石工具 , 加工后的锆刚玉砖具有精确的几何形状和高光洁度的表面 , 同时 , 选择合适的金刚石磨轮和合理的磨削参数 , 对电镀金刚石磨轮的使用寿命和磨削效率以及锆刚玉砖的加工质量有重要影响。
关键词 :电熔锆刚玉砖 ; 电镀金刚石磨轮 ; 磨削
中图分类号 :TQ164,TF125.3 文献标识码 :A
Abstract:Fused cast zi rcon corundum bricks are the most commonly used refractory for glass tank fumace. Because of dense structure, thermal stability, wear resistance and
good resistance to the corrosion, grinding wi th super abrasive tool i s the primary choice. In this paper, diamond grinding wheel is developed and produced by adopting composi te electroplati ng technology. The procedure and method for manufacturing the diamond grinding wheel are introduced. The optimization design of matrix alloy components is carried ou t. The effect of diamond parameters such as grade, grit size and concen tration upon the grinding process is analyzed. An amount of diamond consisted of 2grades and
4gri t sizes in a certain proportion are used. The grinding wheel can be used in wider area and its sharpness is increased. Its average service li fe is 168. 30m 2when processing AZS bricks. In comparison wi th those of heat press sintering and weldin g the electroplated diamond grinding wheel service life and grinding efficiency increased by 16. 5%and 20%, respectively. The results show that it is suitable for processing fused cast zircon corundum refractory. In order to further increase the service life and grindin g efficiency and improve the p rocessing quali ty of AZS bricks, i t is i mportant to reasonably select the grinding wheel and grindin g parameters.
Key words:fused cast zircon corundum bricks; electroplated diamond gri nding wheel; grinding
1 概述
电熔耐火材料是将配合料经高温熔化后直接浇铸加工而制得的材料 , 因一般用电弧炉熔化配合料 , 所以 , 熔铸成型的制品称为电熔制品。
早在 1942年 , 美国成功地研制出熔铸锆刚玉 , 50年代初 , 法国西普尔公司采
用工业氧化铝代替杂质多的材料 , 开发了氧化法熔铸锆刚玉工艺 , 形成了 Al 2O 3 -ZrO 2-SiO 2(简称 AZS 锆刚玉电熔耐火材料。锆刚好、抗蚀能力强等特点 , 它的
成功开发和应用 , 对玻离工业的发展起了特别重要的作用 , 大大提高了玻璃生产效率 , 延长了玻璃液池窑的使用寿命 , 在很大程度上提高了玻璃生产厂家的技术经济指标。目前 , 玻璃池窑与玻璃液接触的池壁和池底等部位 , 国内外普遍采用电熔锆
刚玉砌筑 , 浮法玻璃生产线其玻璃熔窑熔化部位的胸墙、小炉口、斜脖弦、墙底、池壁、拐角、铺底耐侵蚀层均采用锆刚玉耐火材料。
锆刚玉砖的内在质量直接影响玻璃池窑的使用寿
2004年 6月金刚石与磨料磨具工程 June 2004 总第 141期第 3期 Diamond
&Abrasives Engineering Serial 141 No 3
有重要的影响。锆刚玉砖在浇铸过程中 , 表面凹凸不平、厚薄不一 , 需要对拼砌面进行磨削抛光处理。但锆刚玉砖是一种高硬度、高耐磨性的硬脆材料 , 很难或不能采用普通的加工方法进行加工 , 最适合锆刚玉耐火材料磨削加工的仍然是金刚石磨轮。经过金刚石磨轮加工后的制品具有精确的几何形状和高光洁度的表面 , 从而保证在使用中具有高度的可靠性和耐久性 , 有利于提高玻璃熔窑的使用寿命 , 因此 , 金刚石磨轮质量十分重要。
2 金刚石磨轮的研制
金刚石磨轮的生产方法主要有两种 :一种是热压烧结成齿 , 再高频焊接而成 ; 另一种是电镀成型法。 2. 1 电镀金刚石磨轮的原理及工艺
电镀金刚石磨轮的原理是在电镀熔液中 , 镍阳极熔解和金属合金在磨轮阴极上共沉积的过程 , 并将其间投放在磨轮上的金刚石牢牢包裹住。
电镀金刚石磨轮的工艺流程如图 1。
图 1 电镀金刚石磨轮工艺流程方框图
2. 2 金刚石磨轮基体
磨轮基体采用 45#或 DZ40无缝钢管加工而成。为了保证磨轮在旋转过程中绐终与锆刚玉砖保持连续接触 , 一般采用金刚石齿螺旋线升角为 35~45 , 从而保证磨削过程的平稳性 , 同时为了加强冷却效果 , 基体表面金刚石齿之间有 10mm 或
6m m 深的冷却水槽。此外 , 基体加工表面不允许有尖锐的棱角。
2. 3 胎体材料
锆刚玉砖是一种人工合成的硬脆性耐火材料 , 质地坚硬致密 , 耐磨性强 , 莫氏硬度达 8~9级 , 这就要求金刚石磨轮的胎体材料具有以下特点 :(1 对金刚石有良好的浸润性 , 能牢固地包裹住金刚石 ; (2 有足够的强度 ; (3 导热性好 , 以散去磨削过程中生产的热量 ; (4 与基体连接牢固 ; (5 耐磨性好 , 但又要保证自锐性强 , 从而使金刚石磨轮在磨削过程中取得寿命长、效率高、技术经济指标好的结果。
镍钴合金完成符合上述要求 , 并且适应性能好 , 它已成为制造电镀金刚石工具的首选胎体材料。
2. 4 金刚石参数的选择
金刚石质量直接影响金刚石磨轮的磨削效果。由于锆刚玉砖硬度高 , 耐磨性
强 , 所以对金刚石的要求也高 , 所用金刚石要求具有良好的晶形 , 较好的冲击韧性和抗压强度 , 一般选用晶形较完整、晶面晶棱发育饱满的 MBD 8~MBD 12金刚石。
金刚石质量也是设计金刚石在胎体中的浓度和粒度等参数的前提条件。对于同一品级的金刚石 , 较高的金刚石浓度 , 能提高单位面积内磨削刃数目 , 使接触面上每一个磨粒分担的磨削力小 , 不易破碎 , 使用寿命长 , 磨削效率高。通过电镀方法研制的金刚石磨轮允许有较高的金刚石浓度而不至于影响胎体材料的强度和对金刚石的包镶能力 , 金刚石浓度可达 160%, 甚至高达 200%。金刚石的粒度与磨轮的磨削深度、切削体积和磨削效率有关 , 金刚石粒度的选择主要依据工件表面光洁度和加工效率的要求。一般来说 , 粒度越大 , 磨削浓度可大些 , 切削体积也较多 , 磨削效率就高。但粗粒金刚石在磨轮表面上粒数少 , 易崩落和磨损 , 同时金刚石颗粒间距大 , 胎体裸露面积大 , 耐磨性较差 , 过大的粒度会影响到锆刚玉砖表面的加工质量。粒度变细在同样磨粒投放量的情况下 , 颗粒数目增加 , 磨削工作面上单位面积颗粒数增加 , 磨削刃数目增加 , 这样也使工具寿命延长 , 但磨削效率也会降低。在实际使用过程中 , 一般采用混目金刚石 , 即将不同粒度的金刚石混在一起电镀 , 把粗粒金刚石的高效率和细粒金刚
40金刚石与磨料磨具工程总第 141期
效率和使用寿命均达到比较满意的效果。一般选用 40/245~60/70粒度范围的金刚石。
3 使用结果
3. 1 设备
生产设备由大连化纤机械厂制造 , 型号为 XMC-
2210铣磨机和 HBG-1510铣磨机。
3. 2 锆刚玉砖的理化性能
锆刚玉砖是用锆英石砂和工业氧化铝粉为原料人工合成硬脆耐火材料 , 按制造工艺 , 锆刚玉砖可分为 AZS 熔铸砖和 AZS 烧结砖两种。 AZS 分别代表 Al 2O 3, ZrO 2和 SiO 2。常见的 33#和 41#熔铸锆刚玉砖的理化性能见下表 :
表 1 33#和 41#锆刚玉砖的化学成分 (%
项目 ZrO 2Al 2O 3SiO 2Na 2O Fe 2O 3TiO 2 33#AZS 33. 549. 615. 21. 50. 10. 1 41#AZS 40. 245. 412. 91. 10. 10. 1表 2 33#和 41#锆刚玉砖的理化性能
项目显气
孔率
(%
正常浇
铸密度
(kg/m3
加强浇
铸密度
(kg/m3
无缩孔浇
铸密度
(kg/m 3
断裂
模量
(MPa
抗热
震性
耐磨性
33#AZS 1. 0344434923648>34. 5好很好 41#AZS 1. 0352436204036>34. 5好很好 3. 3 使用技术参数
(1 磨轮转数 :1000r/min
(2 砖平移速度 :2~3m/min
(3 进刀深度 :1~2mm
(4 磨轮尺寸 : 300*110mm 金刚石磨轮结果如表 3。
3. 4 使用结果
表 3 300*110mm 金刚石磨轮作用结果
使用寿命
(m 2
使用效率
热压金刚石磨轮电镀金刚石磨轮 144. 58
168. 36
4~5次磨平一个平面 3~4次磨平一个平面
从使用效果看 , 电镀金刚石磨轮比热压金刚石磨轮平均使用寿命长 23. 78米 , 使用效率高 20%左右。
4 结果分析
金刚石质量无疑是影响磨削效果的重要因素 , 金刚石粒度和浓度决定了金刚石在胎面上的出刃高度、 , 品级人造金刚石 , 尽管粒粗者抗压强度高 , 但单位抗压强度却随粒度的增粗而减小 , 因此 , 采用混目金刚石的方法 , 可获得综合优点粗粒度金刚石出刃量大、通水排粉好、效率高而细粒度金刚石抗压强度高、粒数多 , 在胎体中分布均匀、耐磨性好。由于金刚石粒度的差异 , 自身强度的不等和磨损程度不均衡等 , 在工作过程中磨轮表面出露的金刚石基本上即能有效地磨削锆刚玉砖 , 又能保证胎体对其有良好的包镶性 , 从而始终保持磨轮表面金刚石有恒定的出刃量 , 磨轮有良好的自锐性和有适应性。我们在生产过程中采用了两种品级、四种粒度的金刚石来制作磨轮 , 对于磨削锆刚玉砖很有效。
金刚石磨轮在磨削不同型号的熔铸锆刚玉砖时 , 会得到不同的使用结果。 41#锆刚玉砖中 ZrO 2的含量更高 , 密度更大 , 耐磨性更强 , 因此 , 金刚石磨轮的使用寿命会稍短 , 磨削效率也稍低 , 要求每次进刀深度不超过 1mm 。这在金刚石磨轮的使用过程中已得到了证实。
电镀金刚石磨轮之所以寿命长 , 效率高 , 主要是由于复合电镀本身的特点 , 生产在常温下进行 , 金刚石未受热损伤 ; 它允许有较高的金刚石浓度 , 并且对金刚石包镶牢固。同时作为胎体材料的镍钴合金硬度和韧性都较高 , 承载能力较大 , 性能也比较稳定 , 能较好的适应对锆刚玉砖的磨削。
磨削浓度 (进刀深度的大小直接影响金刚石磨轮加工的效率的工作质量 , 同时还影响磨轮的消耗。磨削深度过大 , 作用于金刚石上的压力相应增加 , 而金刚石刻入锆刚玉砖的深度受到结合剂面的阻滞 , 除了金刚石磨削的结合剂发生变化 , 造成金刚石的脱落。连续的大进刀将使金刚石一层层脱落 , 结合剂不断遭到破环 , 造成金刚石磨轮非正常消耗 , 严重影响电镀金刚石磨轮的使用寿命和加工工件质量。因此在实际生产过程中必须严格控制磨削深度 , 对于锆刚玉砖的磨削 , 进刀深度控制在 1~2mm 为宜 , 特别是 41#锆刚玉砖 , 进刀深度更应控制在 1mm 以下。
5 结论
(1 电镀金刚石磨轮在磨削电熔锆刚玉砖时 , 使用寿命比热压金刚石磨轮平均长 23. 78米 , 使用效率高 20%左右。它基本符合设计原则 :即高效、长寿、低耗。
(2 采用混目金刚石制造金刚石磨轮 , 能提高磨轮的适应性和自锐性 , 同时 , 金刚石参数也是影响磨轮使用效果的重要因素之一 , 合理选择金刚石参数 , 能提高 41
第 3期李超群 :加工电熔锆刚玉砖用电镀金刚石磨轮的研制和应用
(3镍钴合金作为磨削电熔锆刚玉砖的电镀金刚石磨轮胎体材料是合适的。
(4 选择合理的磨削参数 , 对电镀金刚石磨轮的使用寿命和工作效率以及锆刚玉砖的加工质量都是有利的。
参考文献
[1] 许晓海 , 冯改山 . 耐火材料技术手册 [M]. 冶金工业出版社 , 2000年
[2] H. M 加尔吉娜 , JIJI 切尔尼娜著 . 皇甫烈魁 . 王中未译 . 玻璃熔窑用电熔耐火材料 [M]. 中国建筑工业出版社 , 1983年 . [3] 李超群 . [J]磨料磨具与磨削 , 1994, (3 ; 2.
[4] 张绍和 . 陶瓷玻化砖加工用金刚石刮轮的设计与应用 [J]. 金刚石与磨料磨具工程 , 2003, (1; 52
[5] J. D. Cumming J. K. Smi t. Dia mond Drill Hand book[M ]. Published by the Hunter Rose Co, 1980
[6] 王秦生主编 . 超硬材料电镀制品 [M]. 中国标准出版社 , 2000年 . 作者简介 :李超群 , 男 , 高级工程师。 1989年毕业于中南大学 , 获硕士学位 , 现任湖南省金刚石制品研究所副总工程师 , 主要从事金刚石的研制和新技术、新产品开发工作。
(收稿日期 :2004 03 19 (编辑 :张慧
鄂州市昌利超硬材料有限责任公司 EZHOU C HANGLI OVER RIGID MATERIAL CO. , LTD 昌利人的追求 :一流的产品一流的服务一流的工艺
主
要产品
1200mm 1600mm 1800mm 2000mm 200各种刀头、锯片
350mm 400mm 500mm 600mm 800m m 900m m 1000m m 各种规格锯片
105mm 110mm 114mm 180mm 230m m 250m m 300m m 冷压金刚石圆锯片、磨片适应于切割各种花岗石、大理石、陶瓷、混凝土等非金属脆硬材料 , 速度快、效率高。
金刚石单晶及金刚石用触媒 ; 握住昌利的手
诚招各级经销商你我共同富有 ! 北京办事处 :010-******** 平邑办事处 :0539-*******
地址 :湖北省鄂州市燕矶镇深圳办事处 :136******** 136********
电话 :0711-*******丰镇办事处 :0474-*******五莲办事处 :0633-5551141
传真 :0711-*******福鼎办事处 :133********济南办事处 :0531-*******
网址 :www. clc ycl. com 新疆办事处 :131******** 138********
电子邮箱 :root@clcycl. c om 上海办事处 :138********
42金刚石与磨料磨具工程总第 141期