有序排布结构对金刚石电镀磨盘磨削性能的影响研究①

肖乐银,林峰,陈超,苏钰,程煜,张莉丽

(1.广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004; 2.国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004; 3.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,广西桂林 541004)

有序排布结构对金刚石电镀磨盘磨削性能的影响研究①

肖乐银1,2,3,林峰1,2,3,陈超1,2,3,苏钰1,2,3,程煜1,2,3,张莉丽1,2,3

(1.广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004; 2.国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004; 3.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,广西桂林 541004)

文章主要对有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘的磨削性能进行比较,体现有序排布结构在高效磨削、节能降耗等方面的优势。结果表明:在磨削初期,玻璃磨削量相差不大,磨削60分钟后磨削量分别为35.30g和30.70g,有序排布结构能够有效提高磨盘的磨削效率;玻璃磨削表面粗糙度与磨盘表面结构关系不大,主要与金刚石的粒度有关;但有序排布结构能够提高加压压力,有效防止玻璃崩边。

金刚石磨盘;有序排布;磨削性能

0 引言

金刚石电镀磨盘是指通过金属电沉积的方法,将金刚石磨料与基质金属均匀地沉积在圆盘钢基体上的一类金刚石电镀工具。由于镍、钴的硬度较高,耐磨性好,且是金刚石制造用触媒的主要成分,对金刚石具有一定的亲和力,因此,金刚石电镀磨盘生产中经常使用镀镍、钴溶液[1-2]。尽管金刚石电镀磨盘只有单层磨料,结合剂对金刚石的把持力要差于烧结制品,但由于其具有金刚石自锐性好,制作工艺简单、成本低廉的优点,在宝石、陶瓷、玻璃、石材等硬脆材料加工领域仍然起着不可替代的作用[3]。

金刚石有序排列工具的结构原理,始于上世纪90年代中期,先后采取了模板法、点胶法和激光法等方法布设金刚石而制造出来相应的工具[4-6],已展现出这一技术具有高切磨效率、节能以及降耗等方面的优势及其发展潜力,目前已应用于绳锯、锯片和砂带等金刚石工具的制造。有序排布又分单颗金刚石和磨削小单元两种类型,而磨削小单元有序排布工艺更易控制,更适合产业化规模的生产。而评定磨削性能的好坏主要有磨削效率和磨削质量两个指标,本文重点对有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘的磨削性能进行比较。

1 实验内容及方法

1.1 验设备及磨削条件

所用磨削设备为改装的磨盘磨抛机,如图1所示。其磨盘转速为2800 r/min,磨削过程中使用水做冷却液,采用恒压力的磨削方式,所加压力为15N。

图1 磨盘磨抛机Fig.1 Polishing machine

1.2 实验样品及磨削材料

本次实验分别采用有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘对玻璃进行磨削,其实物如图2和图3所示,磨盘所用磨料为金刚石,型号:MBD6,粒度: 300目。这两种磨盘制作工艺相同,金刚石浓度和出刃高度一致,其中有序排布磨盘镀点的直径为1mm,点与点之间有排屑槽,通过计算其有效磨削面积为全面电镀型磨盘的50.9%。磨削材料为普通玻璃,莫氏硬度:6.5,横截面尺寸为20mm×7mm,如图4所示。

图2 有序排布磨盘Fig.2 Grinding discfor orderly arrangement

图3 全面电镀型磨盘Fig.3 Grinding disc for entire electroplate

图4 磨削玻璃Fig.4 Grinding glass

1.3 实验方法

采用尺寸规格为6英寸的有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘,各对玻璃试样磨削60分钟,测试磨削前后玻璃的磨削量,计算磨削效率;同时,观察被磨削玻璃的表面形貌,测试其表面粗糙度,判断磨削质量的好坏。

2 实验结果及分析

2.1 磨削效率性能对比

每10分钟称量一次两种电镀磨盘的玻璃磨削量,得到如图5所示的磨削量与磨削时间的关系曲线。通过图5可知,磨削刚开始10分钟,有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘的磨削量分别为6. 58g和6.18g,这主要是由于开始阶段金刚石都较锋利,磨盘工作层表面没有玻璃岩粉残留,所以磨削量相差不大。随着磨削时间的延长,磨盘表面残留的玻璃岩粉越来越多,冷却水很难将全面电镀型磨盘表面的岩粉冲洗掉,阻碍了金刚石磨料对玻璃的磨削作用;而有序排布金刚石电镀磨盘磨削原点之间有“排屑槽”,玻璃岩粉很容易被冷却水通过“排屑槽”带走,改善了排屑能力,有利于磨盘达到“自锐”的状态[7],金刚石依然表现出很好的磨削效果。磨削60分钟后,有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘的磨削量分别为35.30 g和30.70g,说明有序排布“点阵”结构能够有效提高磨盘的磨削效率。

图5 金刚石磨盘磨削量与磨削时间关系曲线Fig.5 The relationship curve of grinding quantity and time for diamond grinding discs

2.2 磨削质量性能对比

磨削完毕后,采用粗糙度仪分别测试玻璃磨削面的粗糙度,其中,有序排布金刚石电镀磨盘磨削玻璃的表面粗糙度为Ra1=1.156μm,全面电镀型磨盘磨削玻璃的表面粗糙度为Ra2=1.132μm,磨削表面形貌如图6所示。通过图6可知,有序排布结构对磨削玻璃的表面粗糙度影响不大,主要与金刚石的粒度有关。

图6 磨削玻璃表面形貌(×100)Fig.6 The surface morphology of grinding glass(×100)

在磨削过程中,如果我们将加压力提高到20N时,全面电镀型磨盘磨削玻璃很容易出现如图7所示的玻璃崩边的情况,而有序排布金刚石电镀磨盘在磨削过程中不会出现这种情况,这主要是由于有序排布结构使金刚石按预设间距呈“点阵”均匀分布,在磨削的每一瞬间,均有相同数量并起同等作用的金刚石参与磨削,使其受力均匀,减少了摩擦阻力,能有效减弱温度聚积,防止玻璃崩边。

但有序排布金刚石电镀磨盘镀点“孤立”分布,在磨削过程中很容易造成镀点脱落,所以在生产过程中应加强镀前处理,改善镀点结合力。

图7 磨削玻璃崩边Fig.7 The edge collapse of grinding glass

3 结论

(1)磨削初期,有序排布金刚石电镀磨盘和全面电镀型磨盘磨削效率相差不大,磨削60分钟后磨削量分别为35.30 g和30.70g,有序排布结构能够有效提高磨盘的磨削效率。(2)玻璃磨削表面粗糙度与磨盘表面结构关系不大,主要与金刚石的粒度有关;但有序排布结构能够提高加压压力,有效防止玻璃崩边。

[1] 王秦生.超硬材料及制品[M].河南;郑州大学出版社,2006.

[2] 肖乐银.高档汽车玻璃加工用金刚石柔性磨带的研制[D].桂林:桂林电子科技大学,2013.

[3] 翟继红,李玉河,乔鸿远.低温电镀法制造用于宝石加工的金刚石磨盘的试验研究[J].金刚石与磨料磨具工程,2004(2): 70-72.

[4] 吕智,郑超,莫时雄,章兼植.超硬材料工具设计与制造[M].北京;冶金工业出版社,2010.

[5] China Grinding Wheel Corporation.Brazed beads with a diamond grid for wire sawing IDR.4/95,134-136.

[6] C.M.Sung.Brazed diamond grid:a revolutionary design for diamond saws[J].Diamond and Related Materials.8(1999)1540-1543.

[7] 侯家祥,程文耿.金刚石地质钻头制造工艺新技术的应用与发展[J].超硬材料工程,2012,24(3): 5-9.

Influences of orderly arrangement on grinding performance of diamond grinding discs

XIAO Le-yin1,2,3,LIN Feng1,2,3,CHEN Chao1,2,3,SU Yu1,2,3,CHENG Yu1,2,3,ZHANG Li-li1,2,3
(1.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materiasl,Guilin,541004,China; 2.Chinese National Engineering Research Center for Special Materials,Guilin,541004,China; 3.China Nonferrous Metal(Guilin)Geology And Mining Co.Ltd.,Guilin,541004,China)

In this paper,we mainly compared the grinding performance of electroplated diamond grinding discs for orderly arrangement and entire electroplate,orderly arrangement reflected many advantages,such as high efficiency grinding and saving energy.Results showed that:in the initial stage of grinding,the grinding quantities of glass did not vary much;60 minutes later,the grinding quantities were 35.30 g and 30.70g respectively,orderly arrangement could effectively improve the grinding efficiency of diamond grinding discs.Glass grinding surface roughness was not often associated with the surface structure of diamond grinding discs,but diamond grit.At the same time,orderly arrangement could improve compression pressure and prevent glass breakage.

diamond grinding discs;orderly arrangement;grinding performance

TQ164

A

1673-1433(2014)05-0001-04

2014-12-10

肖乐银(1981-),男,硕士,工程师,研究领域:超硬材料磨具

广西科技开发项目:桂科攻12118020-2-2-3;广西超硬材料重点实验室专项经费(14-045-16)