超硬材料树脂磨具成型.doc

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 1、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   表1 压机加热装置功率压机吨位50 t200 t500 t加热系统功率kW61014 （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 表2 模具技术参数表磨具零件名 称淬火硬度HRC材 料粗糙度Raμm精 度合金工具钢碳素工具钢合金结构钢 模 套 50~60Crl2，CrWMn，9CrSi T8，T10 40Cr 0.80 二级 压 环 50~60Crl2，CrWMn，9CrSi T8A，T10A 40Cr 0.80~0.40 二级 芯 体 50~60Crl2，CrWMn，9CrSiT8，T10T8A，T10A40Cr0.80~0.40二级其 它零 件 优质碳素钢结构钢等T8，T10T8A，T10A40Cr 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3、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 表3 热压时间与规格大小的关系砂轮规格直径mm＜150及异形150~200250~400厚度所有厚度＜10＞20＜20＞25热压时间min40406090120  （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。