4孔砂轮的试验研究Ⅰ——造孔剂添加量的优化设计

! 第" 期
廖翠姣等： 金属结合剂金刚石多孔砂轮的试验研究中， 烧结温度分别采用 #"$% 、 #&$% 、 ’$$% 和 ’($% 时得到的金属胎体的金相显微 组织如 图 ) 所 示。从 图 ) 可 以 看 出， 当烧结温度为 ’($% 时烧结比较充分。采用 ’($% 烧结添加金刚石 发现金刚 的节块， 通过 *+, 对其节块断面进行观察， 石晶形完整， 证明金刚石没有被氧化 （ 如图 ( ） 。因此 决定选择 ’($% 为其烧结温度。
:; 引言
传统砂轮堵塞类型有嵌入型、 粘着型、 混合型 （如 图%
［ %］
磨削效率高，砂轮的粘着型和混合型堵塞也减少， 整 个磨削过程将处在一个良性的循环中。此外， 如果气 孔为开孔 （ 串通孔或半串通孔） ， 冷却液将通过开孔不 断地渗入到砂轮里， 甚至到磨削区里， 使砂轮和工件得 到更充分的冷却， 从而减少引起工件磨削烧伤的机会。 为了增加砂轮的容屑、 排屑空间， 以往人们较多地 采用陶瓷结合剂制造砂轮。该种砂轮由于高孔隙率和 结合剂材料的高硬度而具有低磨削比能 （ 去除工件所 需能量与工件的体积比） 、 砂轮易修整，耐高温耐腐蚀 等特性。据 资 料 ［! ］ 报 道， !""& 年 % 月 圣 戈 班 利 用 Q-3:6K 技术生产出一种自然成孔的高开孔隙率新型陶
! + #" 配料成分 青铜结合剂在金刚石工具中应用比较普遍， 多数 是预合金粉。它的可烧结性和成型性很好， 熔点低、 烧 结温度也低。本试验结合剂主要成分有： %6 F 4- 预合 金粉末 （ /)" 目） ； 造孔剂 ! 和造孔剂 " 为化学分析纯 （ 两者均为 !"<G 8 /<<G 分解物， 造孔剂 ! 比造孔剂 ； *30) 粉 末 （ /)" 目） ； 金刚石微粉 （ )/< @ )9< 目 "粗） （ H&>#<>+ ! F ;> ） ， 金刚石浓度为 !<<: （ 单位体积的 磨削层内金刚石所占的体积） 。 ! + !" 烧结工艺参数 )+ )+ !$ 烧结温度 烧结温度是决定金刚石节块力学性能的一个重要 工艺参数。如果温度过低， 粉末颗粒之间的连接强度 太低， 达不到所要求的性能要求； 如果温度过高， 会出 现过烧现象， 使金刚石的强度受到很大的损伤， 同样不
— — —造孔剂添加量的优化设计
廖翠姣( 戴秋莲( 骆灿彬
（ 华侨大学机电及其自动化学院， 福建， 泉州 A#!"!% ） 摘( 要( 本文以两种廉价无毒物质为主要造孔材料， 通过正交试验设计， 研究得到不同孔隙率的金属结合剂金刚石节
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块所需造孔剂的添加量， 并分析孔隙率对力学性能的影响。试验结果表明： 通过在青铜基结合剂中加入适量的造孔剂材 料， 金属结合剂金刚石节块中的孔隙率可高达 ’#B ， 孔隙率与造孔剂添加量之间以及孔隙率与抗弯强度之间存在一定的 对应关系， 可为实际生产多孔金属结合剂金刚石砂轮的配方选择提供一定的基础数据和试验经验。 关键词( 金刚石结块； 造孔剂； 孔隙率 ； 抗弯强度 中图分类号( CD%#’( ( 文献标识码( 1
!""# 年 $ 月 总第 %&’ 期( 第 ’ 期
金刚石与磨料磨具工程 )*+,-./ 0 123+4*564 7.8*.663*.8
19894:; !""# <63*+=; %&’( >-; ’
文章编号： %""# ? $&!@ （ !""# ） "’ ? ""!% ? "&
金属结合剂金刚石多孔砂轮的试验研究 （ !）
!" 试验方法及内容
材料配方优化设计的方法很多， 如单因素优选法、 正交设计法、 单纯形法和均匀设计法等。本文采用正 交设计法。它是多因素优选的一种方法， 其特点是对 多因素选取数目相同或不相同的几个水平值， 按均匀 搭配的原则， 同时安排一批实验。在安排各因素水平 时为了避免大数与大数相撞、 小数与小数相撞的现象， 可以用抽签的办法随机安排各因素水平 （ 如表 ! ） 。本 试验有三个主要因素， 各因素有四个水平， 所以采用正 " 交表 =!> （万方数据 # ） 设计试验 （ 选其中三列） ， 如表 ) 所示。
图 !$ 砂轮的堵塞形态示意图
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瓷结合剂 %&’ 砂轮， 它的磨削性能得到很大改善， 改 变原有利用造孔剂造孔的模式， 减少了挥发性气体对 空气的污染， 具有环保意义。但是，陶瓷结合剂材料 易脆，结合桥的抗冲击能力差， 且导热性较差。金属 结合剂砂轮结合强度高， 刚性大， 耐磨性好， 使用寿命 长， 对保证形状精度有利， 因此， 金属结合剂金刚石砂 轮主要用于硬脆难加工材料的精密磨削和超精密磨 削。然而传统的金属结合剂金刚石烧结砂轮都为密实 型， 造成砂轮的自锐性差、 容易堵塞、 使用之初和磨损 后的整形和修锐困难。因此， 开发金属结合剂多孔砂 轮具有现实意义。
表 "# 孔隙率直观分析
造孔剂! E F:G HH) H( H" JJ) J( J" 极差 ’# （$） =6 （ I） -)= （ ) !I） -’$ （ ( !I） -’/ )# )"/ # ()/ )# "$ )(/ &# @B4) E F:G --) （)） --" （"） --（’） --# （6） )6 )6/ # )&/ &# )6/ &# 造孔剂" E F:G 6$ （$） -$" （ I） -)’ （ ) !I） -") （ ( !I） )$ )’ (-/ # (#/ # -#/ #
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合剂的 多 孔 砂 轮， 其 后 0+ *123-1 与 4+ 0+ *561-7 等
［ # 8 9］ 人 对该类砂轮的制造工艺、 孔隙率控制、 磨削性能
进行了研究。另外， 还对不同金属元素对青铜结合剂
［ 9］ 。上述多孔砂轮的孔 砂轮磨削性能的影响做了研究
隙率能达到 /": 8 ";:［ " 8 (］， 在很大程度上克服了砂 轮易堵塞， 易烧伤工件的缺点。但是， 日本开发的金属