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超硬材料树脂磨具的成型技术

http://www.momo35.com   来源:网络  日期:2018/06/07

  成型是将混好的成型料装入模具,按规程热压成具有一定形状规格和强度的毛坯制品的工艺过程。
  
  超硬材料树脂磨具多以热压为主,其原理是在压制的过程中,使树脂熔融流动,并在保压的时间内逐渐缩聚固化或半固化,以保证磨具的密度、强度和硬度,同时还可避免磨具发泡起层和变形等废品。
  
  设备与模具
  
  (1)热压机
  
  热压机是油压机的一种,有50t、63t、100t、200t、500t等几种。它的构造和传动原理与普通磨具所用的设备一样,所不同的是上下压板安有加热系统,并用热电偶控温,保证热压时的温度恒定。加热系统功率的大小可根据压制最大砂轮的热平衡情况而定。各类压机实际采用加热装置的功率如表1所示。
  
  (2)模具
  
  由于金刚石磨具结构较普通磨具复杂,所用模具结构也较为复杂。一般由下列几部分组成:模套、底板、芯棒、芯体、非金刚石压环、金刚石层压环。
  
  由于压制砂轮时,模具本身也需要承受很大压力,因此必须对制造模具的材料进行很好的选择,使模具能具备足够的强度,以免在压制过程中变形或涨裂。通常采用合金工具钢、炭素工具钢、合金结构钢等。在制造过程中模套的内壁及压环、定位芯的外圆柱面等必须要有较好的粗糙度,以减少成型时的摩擦力。模具配合必须达到二级滑配精度,以保证产品质量,具体要求见表2。
  
  基体
  
  因为超硬材料磨具价格昂贵,所以它不能象普通磨具那样制成整体,只能在磨削层部位采用超硬磨料,而且尽可能地窄些,其余部分只起着支撑磨削层、装卡在机床主轴上的作用,我们把这部分统称为基体。
  
  金刚石树脂磨具有铝基体、胶木基体、酚醛铝粉基体、酚醛铝纤维基体等,个别也有用钢做基体(如很薄的树脂切割片)。
  
  (1)铝基体
  
  目前国内普遍使用锻造铝合金材料做基体。它属于A1-Mg-Si-Cu合金系,具有较高的强度、良好的塑性和可加工性。锻造铝合金的机械性能(如强度和刚性)介于钢和酚醛树脂之间,这意味着它的性能比钢更接近树脂。因此,在树脂砂轮中应用更加广泛。
  
  基体的形状尺寸与砂轮相适应,可在机床上加工而成。加工表面粗糙度一般达到Ra6.3μm以上;为了与过渡层结合牢固,常在结合面上开沟槽和滚刀花。结合面较宽的可开多道沟槽,结合面较窄无法开槽的,只有滚花。沟槽一般为直槽,深1~2mm。大尺寸基体也可加深,但槽深与槽宽应有比例。窄而深的沟槽内,物料压制后密度低,强度低,起不到增强的作用。为了便于成型和简化模具结构,对于异形砂轮基体,在成型之前一般先制成类似于平行砂轮的简单形状,待成型固化之后,采用后加工方法车制所需要的准确几何形状。
  
  (2)胶木基体
  
  一般可用11-10胶木粉热压而成。胶木粉比重小,制出的磨具较轻,有较好的弹性,适合制作小规格的各种刃磨砂轮。制造工艺简单,成本低,但加工性能差。
  
  (3)酚醛铝粉基体
  
  工业生产中有两种制造方法:①先将酚醛树脂粉与铝粉按比例混合均匀,然后热压成基本形状,最后再车加工成所需的基体形状。②先投金刚石层料,冷压到要求的尺寸,然后投入酚醛树脂粉与铝粉混好的基体料,最后热压成型。它的特点是:重量略轻于铝基体,弹性较好,导热性好于胶木基体,金刚石层与基体联结十分牢固,但模具结构复杂,操作要求高。
  
  不同类型的基体材质,力学性能不同,对磨削效果会产生一定的影响。如:
  
  ①基体性能与磨削比的关系:砂轮的磨削比(G值)随着基体的弹性模量E的增大而降低。也就是说,磨削比随砂轮刚性增大而迅速下降。
  
  ②基体与加工表面质量的关系:一般规律是弹性模量低而磨削比高的砂轮,加工表面粗糙度也低,酚醛铝粉基体高于铝基体,钢基体最低。
  
  ③基体与磨削效率的关系:在一定范围内,砂轮的磨削效率随基体的柔韧性增大(E值下降)而提高,但当挠曲性过高(E值很小时),G值很高,砂轮磨耗很少,效率反而降低
  
  成型工艺
  
  按工艺流程进行,分以下几个步骤:
  
  (1)基体的准备
  
  铝基体在加工过程中带有油污和杂质,使用前必须用汽油或二甲苯将基体清理干净,然后在基体与料的接触部位,刷上环氧树脂或液体酚醛树脂,以保证磨具与基体的牢固结合。特别是对不带非金刚石层的基体,其联接部位没有滚花及沟槽,更应该涂刷胶粘剂。
  
  (2)模具的装配
  
  将模具与成型料接触的部分均匀地涂上脱模剂,如二硫化钼、硬脂酸锌、肥皂液、硅脂等能起润滑作用的物质,以免砂轮被模壁粘坏,同时可减少成型时料层与模壁的外摩擦力,尽量避免压力损失。然后连基体一起装配在转台上备用。
  
  (3)非金刚石层压制
  
  将非金刚石的料投入模腔内,搅匀后括平、捣实;如果一次投料有困难,可分二、三次投料,再用送料环压紧;然后放上压环送入压机进行冷压。杯、碗、碟、单面凹、双面凹型砂轮,加压使非金刚石层与基体在同一水平。平行砂轮冷压至要求厚度的1.5~2倍。
  
  (4)金刚石层压制
  
  取出非金刚石层毛坯,将非金刚石层与金刚石层的接触面打毛,涂上一层类似环氧树脂的胶粘剂,重新装模;再投入金刚石层料,搅匀、括平、捣实;然后放上压环、垫铁,送入热压机内进行预压;待上面压平后,撤掉模套下的垫铁,再加压使底板全部压入模套内。加垫铁的目的是使模具两面受压均匀,保证磨具密度上下一致。
  
  ①成型压力  由于粘合剂在热压过程中软化流动,充满模腔各个部位,因此无需太高的成型压力,通常单位压力为30~60MPa。
  
  ②加压速度  由于成型料粒度较细,速度过快空气不易跑出,容易造成起层和发泡废品,所以通常加压速度较慢;并且在加压一段时间后,再卸压放气,使空气和挥发物充分逸出,然后重新加压到规定尺寸。
  
  ③热压温度  酚醛树脂为(180土5)℃;聚酰亚胺树脂为(235±5)℃。
  
  ④热压时间:随砂轮的规格变化而变化。
  
  (5)卸模
  
  磨具压制完毕,从压机取出后,急速冷却,将模套、芯棒、芯体、压环等卸除,这一操作应尽量采用机械卸模的条件,避免撞击,以防止磨具在卸模时损坏。由于树脂的热胀冷缩的现象比较显著,冷却后收缩比较大,影响卸模。为了保证产品的质量,有的砂轮不能冷却,需要趁热卸模:如BW2、D2、PSX、PDX。粉末基体砂轮需要热卸芯棒;B、BW、D、PDA、PSA需热卸芯体。?
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