滚粒法制备球形堆积磨料及其性能分析*

王兆武 ， 栗正新

(河南工业大学材料科学与工程学院，郑州　450001)



滚粒法制备球形堆积磨料及其性能分析*

王兆武1， 栗正新1

(河南工业大学材料科学与工程学院，郑州450001)

堆积磨料是由细粒度磨料黏结起来的磨粒。相对于普通磨料，堆积磨料具有自锐性好、磨削效率高、切削力均衡等优点。文章介绍了使用滚粒法制备球形堆积磨料的过程，并对其性能进行了分析。

堆积磨料；自锐性；滚粒

堆积磨料是由细粒度磨料通过粘结剂黏结起来的结块，相对于大颗粒磨料其在加工过程中表现出使用寿命长、自锐性高、磨削效率高、切削力均衡等优点，因此堆积磨料越来越受到磨具生产厂家的重视。本文使用滚粒法制备出了球形堆积磨料，并对其性能进行了分析研究。

1　滚粒法制备球形堆积磨料

1.1滚粒法制备球形堆积磨料的粒化机理

将物料加入一个转动的滚筒中，滚筒的转动使得物料在滚筒中流动，然后喷入一定量粘结剂溶液，使得物料相互黏结而成为颗粒，就得到球形堆积磨料，继续滚动会使得颗粒具有一定的粒度和强度。

图1　物料流动示意图Fig.1　Schematic of raw materials flow

物料在滚动过程中以喷雾形式喷入临时粘结剂溶液使得物料之间的黏结力增强，黏结力包括固液界面之间的吸附力、溶液表面张力及其产生的毛细管力、固体颗粒之间因震荡而机械啮合等，物料成球过程就是因临时粘结剂溶液的加入使黏结力变化而产生的结果。固液界面之间的吸附力使得物料相互结合，但临时粘结剂溶液黏度需适中才能使得物料之间相互黏合而不是粘在滚筒壁上，黏度太低不能使得物料之间黏结成球。溶液的表面张力使得在滚粒过程中，物料成球时产生毛细管力，毛细管力使得颗粒内部压力增大，颗粒内部液体保有量增多，当颗粒直径达到一定程度时，因颗粒震荡产生的力使得内部液体释放，此时，球体表面充满临时粘结剂溶液而使得颗粒直径迅速长大[2]。

物料之间表面张力使得物料内部溶液压力增大，如图2所示。

图2　表面张力产生毛细管力Fig.2　Schematic of capillary force derived from surface tension1、2、3分别是表面张力产生的毛细管力的三种形式，F为毛细管力

1.2球形堆积磨料的制备

本实验所需实验材料包括棕刚玉磨料P100、酚醛树脂粉、酚醛树脂液、硅灰石、石膏粉、氧化铁等，制粒在盅形制粒机中进行。酚醛树脂液用于磨料表面润湿，在磨料加入制粒机前对磨料表面进行润湿处理，润湿程度不能影响物料在制粒机中的流动性。盅形制粒机如图3所示。

图3　盅形制粒机Fig.3　Cup-shape granulator

滚粒法制备球形堆积磨料的工艺流程主要分为以下几步，分别为配料、混料、滚粒、固化、筛分。

滚粒在盅形混料机中进行，滚筒转动使得物料具有流动性，然后喷入临时粘结剂溶液，当临时粘结剂溶液量达到一定程度时，物料开始粘结成粒，随着溶液量的加入，颗粒直径迅速增大，此时根据所需粒度要求停止加入粘结剂溶液。

图4　球形堆积磨料Fig.4　Spherical agglomerated abrasive grains

图5　球形堆积磨料显微镜照片(50×)Fig.5　Photos of spherical agglomerated abrasive grains(50x)

从图4、图5中可以看出球形堆积磨料形状为等积形，颗粒形状均匀，粒度集中。

2　滚粒法制备的球形堆积磨料的性质

2.1滚粒法制备的堆积磨料的粒度组成分析

粒度组成测试在振筛机上完成。本实验采用Φ200型拍击式振筛机，转数290r/min;拍击次数156次/min。

图6　滚粒法制备的堆积磨料粒度组成图Fig.6　Diagram of grain size composition of the agglomerated abrasive prepared by rolling method

在图6中可看出，滚粒法制备的堆积磨料的粒度主要集中在12～30目之间，因此，滚粒法制备的堆积磨料粒度很集中，加以过筛处理，便可以得到粒度更加集中的球形堆积磨料颗粒。

2．2填料对球形堆积磨料单颗粒静压强度的影响

堆积磨料是磨粒使用结合剂黏结起来的结块，结合剂对磨料的把持力对堆积磨料的性能具有重要影响。填料对结合剂的性能具有很大的影响，因此，本文研究了冰晶石、石膏粉和氧化铁三种填料对堆积磨料单颗粒静压强度的影响规律[3]。单颗粒静压强度是指单粒磨料在静压力作用下，破碎时的负荷值，以N表示。实验测试堆积磨料粒度为18#～24#，每个试样四分法取40粒进行测量，测量值采用3sigma原则，剔除偏差较大的值，然后取其算术平均值。

本文使用三因素三水平正交实验考察其影响规律，其因素水平如表1所示。

表1　因素水平表

实验结果如表2所示。

表2　单颗粒静压强度实验结果

图7　填料含量对单颗粒静压强度影响的直观趋势图Fig.7　Trend chart of the influence of stuffing content on single grain static pressure strength

通过极差分析我们发现，冰晶石含量对酚醛树脂结合剂的单颗粒静压强度影响最大，石膏粉次之，氧化铁最小，其中氧化铁的影响小于误差的影响，因此，氧化铁对结合剂的单颗粒静压强度的影响不明显。

3　结论

滚粒法制备球形堆积磨料的制粒过程是黏结力变化导致的结果。随着临时粘结剂的加入物料黏结力增大，表面张力使得颗粒内部保有更多的溶液，碰撞使得溶液释放从而使得滚粒法制备的颗粒直径迅速增大；滚粒法制备的堆积磨料形状为等积形，颗粒形状均匀，粒度集中；冰晶石、石膏粉对结合剂的强度影响较大，氧化铁对结合剂的强度影响很小。

[1]方文俊，万隆.玻璃结合球形空心堆积 SiC磨料的制备与性能[J].人工晶体学报，2014(43)：1431-1437.

[2]盖国盛，陶珍东，丁明.粉体工程[M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]皱文俊.有机磨具制造[M].北京：中国标准工业出版社，2001.

Preparation and Performance Analysis of Spherical Agglomerated Abrasive Prepared by Rolling Method

WANG Zhao-wu1, LI Zheng-xin1

(Schoolofmaterials,HenanUniversityofScienceandTechnology,Zhengzhou,Henan,China450001)

Agglomerated abrasive is a type of abrasive prepared through bonding of fine grain abrasive. Compared to the common abrasive, agglomerated abrasive has its advantages such as excellent self-sharpening, high grinding efficiency and balanced cutting force. The preparation process of spherical agglomerated abrasive by rolling method has been introduced in this article and the performance of the spherical agglomerated abrasive has been analyzed.

agglomerated abrasive; self-sharpening; rolling

2016-05-16

王兆武(1985-)，男，河南工业大学材料科学与工程学院在读研究生，主要从事堆积磨料的制备及钛合金磨削研究。E-mail:46141540@qq.com。

TQ164

A

1673-1433(2016)04-0011-04

引文格式：王兆武 ， 栗正新.滚粒法制备球形堆积磨料及其性能分析[J].超硬材料工程，2016，28(4)：11-14.