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耐水PVA磨具的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞 耐水 , 磨具 , 研究|2011-01-15 00:00:00|來源 中國(guó)磨料磨具網(wǎng)
摘要 耐水PVA磨具是日本原創(chuàng)產(chǎn)品,上世紀(jì)八十年代,國(guó)內(nèi)最先用于精磨磁頭。深圳、蘇州、成都、寧波等地都建有磁頭廠,起初就是為了滿足這些廠家的國(guó)產(chǎn)化需求,第二砂輪廠才開始進(jìn)行這項(xiàng)研究。當(dāng)時(shí)...
  耐水PVA磨具是日本原創(chuàng)產(chǎn)品,上世紀(jì)八十年代,國(guó)內(nèi)最先用于精磨磁頭。深圳、蘇州、成都、寧波等地都建有磁頭廠,起初就是為了滿足這些廠家的國(guó)產(chǎn)化需求,第二砂輪廠才開始進(jìn)行這項(xiàng)研究。當(dāng)時(shí)最好用的是日產(chǎn)FBB砂輪,密度在0.8g/cm3左右。這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)散后,國(guó)內(nèi)相繼建了多家磨具廠,專門生產(chǎn)磨磁頭砂輪。但總體水平偏低,磨具性能調(diào)整范圍有限,僅僅是在內(nèi)銷磁頭生產(chǎn)上部分替代日產(chǎn)砂輪。近年來,隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和國(guó)內(nèi)外制造水平的日益提高,各種新型耐水PVA磨具,尤其是低密度產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),國(guó)內(nèi)需求十分旺盛。而按照原來的那些制造技術(shù),要獲得低密度產(chǎn)品,只能通過調(diào)整砂結(jié)比來實(shí)現(xiàn),這樣勢(shì)必造成磨具的磨削能力和磨削效率低下,“蹭大于磨”,增加磨削熱。很顯然,要想改變這種落后狀況,很有必要對(duì)耐水PVA磨具制造過程再做進(jìn)一步的深入研究。
  
  1、耐水PVA磨具的性能特點(diǎn)
  
  理想的耐水PVA磨具,具有大量類似于海綿結(jié)構(gòu)的豐富的微氣孔,有很好的彈性及吸水性。作為“彈性水磨石”,耐水PVA磨具強(qiáng)度高,發(fā)熱少,散熱快,能避免研磨產(chǎn)生的高溫,不易燒傷工件,能防止出現(xiàn)螺旋形燒傷、花斑和振紋;耐磨性強(qiáng),鋒利度好,具有磨削刃前角變動(dòng)的能力,自銳性優(yōu)異,磨削阻力均勻,磨削過程中不需要修整磨具,不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染。特別適宜于不銹鋼、有色金屬和硬質(zhì)合金等熱敏材料的的精磨、超精磨和鏡面磨削。
  
  2、技術(shù)要素分析
  
  耐水PVA磨具制造技術(shù)的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確控制磨具的氣孔率和砂結(jié)比,調(diào)整縮醛化速度。
  
  砂結(jié)比控制的難點(diǎn)在確定PVA和熱固性樹脂的添加比例上,比例過大,耐水性能不好,結(jié)合不牢;比例過小,漿料難以混勻,甚至?xí)霈F(xiàn)凝聚沉淀。選用和PVA溶液混和性能好、互溶比例范圍變化大的熱固性樹脂,是解決這個(gè)技術(shù)難題的有效辦法。據(jù)資料介紹,目前國(guó)外已經(jīng)成功使用的熱固性樹脂有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和氨基樹脂。
  
  磨具的氣孔率是依靠機(jī)械攪拌混入空氣和添加發(fā)泡劑產(chǎn)生氣孔兩種工藝方法來保證的。密度較大的磨具一般只通過調(diào)整攪拌速度和攪拌時(shí)間直接控制。攪拌速度越快,攪拌時(shí)間越長(zhǎng),漿料中的泡沫越多,孔徑越小,分布越均勻,制品的氣孔率就越高。對(duì)于那些密度較小的制品,則要添加化學(xué)發(fā)泡劑。通過發(fā)泡引入足量氣體,在縮醛化成型之前采取機(jī)械打泡方法調(diào)整氣泡大小和泡沫均勻度,再選擇合適的縮醛化反應(yīng)條件,從而控制成品密度和泡孔結(jié)構(gòu)。發(fā)泡劑的加入量要準(zhǔn)確控制,太少,制品成閉孔結(jié)構(gòu),影響磨削效果;太多,則泡孔大小不一,制品的強(qiáng)度降低,會(huì)使磨粒產(chǎn)生不均勻脫落。一般控制在磨料質(zhì)量的5%以內(nèi)。另外,要制得密度足夠小的制品,還需要在漿料混制過程中多添加一定量的水,同時(shí)加入增稠劑、觸變劑、泡沫穩(wěn)定劑等混合助劑來提高漿料體系的穩(wěn)定性。因?yàn)樵黾铀亢?,漿料變稀,磨料易沉降分層,泡沫不穩(wěn)定。泡沫本來就是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,泡膜排液和泡內(nèi)氣體擴(kuò)散均會(huì)導(dǎo)致泡膜破裂,氣泡聚并,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?。增加混料溫度和延長(zhǎng)攪拌時(shí)間,會(huì)使?jié){料混制得更加均勻,而漿料攪拌的越均勻,磨料顆粒越能穩(wěn)定地懸浮在漿料中。
  
  PVA縮醛化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程,在低于50℃的條件下,大約需要反應(yīng)近40小時(shí),縮醛化度才能達(dá)到60-70%。升高溫度,可縮短縮醛化時(shí)間。提高縮醛化度,可增加產(chǎn)品的脆性,降低彈性。為保證磨具制品具有適度彈性,一般縮醛化度控制在70%左右。另外,初始縮醛化溫度過高,泡內(nèi)氣體膨脹,使泡壁變薄,彈性降低,排液速度加快,出現(xiàn)破泡,小泡并成大泡,致使氣孔結(jié)構(gòu)和分布發(fā)生改變,不易得到組織均勻的產(chǎn)品。初始縮醛化溫度過低,縮醛化速度太慢,易出現(xiàn)磨料顆粒沉降分層,低密度的氣泡上浮,同樣不能得到氣孔均勻的制品。而且低溫時(shí)間也不能過長(zhǎng),否則泡孔易固定成閉孔結(jié)構(gòu)。閉孔結(jié)構(gòu)的制品,冷卻液不易浸透,潤(rùn)滑及冷卻效果不好,磨削不易均勻。總之,要控制好適當(dāng)?shù)某跏挤磻?yīng)溫度,既不使泡孔過早破泡、并泡,又要使泡孔在均勻狀態(tài)下相對(duì)固定,然后再適時(shí)升高溫度,使相對(duì)固定的泡孔破裂,形成開孔結(jié)構(gòu),得到上下密度均勻的制品。
  
  酸和醛的加入量不能少于配方要求,過多則是浪費(fèi)。催化劑用量小,反應(yīng)速度慢,縮醛化時(shí)間長(zhǎng),縮醛化度低。催化劑用量增大,縮醛化反應(yīng)速度初期增加很快,中后期則漸趨于平緩,產(chǎn)品的縮醛化度隨之增大。甲醛用量對(duì)縮醛化反應(yīng)速度及產(chǎn)品縮醛化度的影響類似于酸催化劑,即體系中的甲醛濃度越高,初期反應(yīng)速度就越快,中后期則基本不變,縮醛化度同樣也隨甲醛濃度的增加而提高。酸催化劑、甲醛的用量過小、過大都會(huì)破壞漿料體系的平衡。過小時(shí),反應(yīng)速度太慢,漿料會(huì)因凝固時(shí)間過長(zhǎng)出現(xiàn)濃度梯度,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)两捣謱?;過大時(shí),由于反應(yīng)速度太快,熱固性樹脂的固化反應(yīng)速度大于PVA的縮醛化反應(yīng),同樣會(huì)因樹脂的聚沉而出現(xiàn)沉降分層。另外,酸催化劑、甲醛的用量越大,水洗難度越大,不但增加成本,不易回收,又污染環(huán)境,而且如果水洗不凈,還會(huì)腐蝕制品表面,輕者產(chǎn)品兩面顏色不一致,影響美觀,嚴(yán)重時(shí)制品表面會(huì)因腐蝕而變黑。
  
  干燥過程是磨具濕坯體內(nèi)水分排出蒸發(fā)的過程。其中,水分自濕坯體內(nèi)部移向坯體表面,稱為內(nèi)擴(kuò)散;濕坯體表面的水分吸熱汽化,蒸發(fā)到大氣中,稱為外擴(kuò)散。初始干燥溫度過高,外擴(kuò)散速度大于內(nèi)擴(kuò)散速度,會(huì)導(dǎo)致坯體因收縮不均而變形,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋廢品。根據(jù)不同階段坯體含水量的變化和內(nèi)外擴(kuò)散速率的大小,控制干燥濕度,采取分段升溫的措施,在保證干燥質(zhì)量的前提下,縮短干燥周期。在干燥完成后,繼續(xù)升溫至適當(dāng)?shù)臏囟?,使坯體內(nèi)的樹脂結(jié)合劑完全硬化。硬化階段升溫速度太快,最終溫度過高,都會(huì)影響磨具品質(zhì)。
  
  3、研究成果
  
  本項(xiàng)研究在磨具密度、硬度控制上取得技術(shù)性突破,掌握了制造耐水PVA磨具的核心技術(shù)。確定了穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝和密度為0.4-0.8g/cm3的低密度耐水PVA磨具產(chǎn)品配方。能夠根據(jù)用戶需要,采用不同的磨料材質(zhì)、磨料粒度制造出不同硬度和密度的耐水PVA產(chǎn)品。產(chǎn)品的磨削性能明顯高于國(guó)內(nèi)現(xiàn)用產(chǎn)品,經(jīng)多家用戶使用,完全能取代日本進(jìn)口磨具。
  
  4、應(yīng)用前景
  
  耐水PVA磨具取代傳統(tǒng)的拋光研磨材料,廣泛應(yīng)用于有色金屬、硬質(zhì)合金和各種非金屬材料的精密磨削,特別適用于對(duì)磨削熱要求嚴(yán)格的磨削工序和磨削對(duì)象。常用的磨削工序和磨削對(duì)象有:照相印刷鋅板、鎂板的鏡面磨削;不銹鋼表面拋光;薄銅面的去除氧化皮、研磨、拋光;銅帶、鋼帶的表面拋光;不銹鋼餐具、手表表殼和不銹鋼管材等其他不銹鋼工件的研磨及鏡面拋光;坡莫合金、銅鉻合金、鎂鋁合金材料的精磨和拋光;復(fù)印機(jī)輥筒、印刷銅輥以及錄放音磁頭、刷卡磁頭的精磨;IT行業(yè)PCB/CCL壓合板、電腦硬盤內(nèi)的鋁質(zhì)盤片的精磨和拋光;顯像管玻殼和LCD平面、硬質(zhì)合成樹脂、光學(xué)玻璃、眼鏡鏡片、印刷用橡膠輥、高檔皮革、玉石、象牙、工藝陶瓷、微晶玻璃等非金屬材料的精磨和拋光;計(jì)量?jī)x器刻度修正、美容刀超精磨、微型精密軸承的滑動(dòng)面精磨、汽車減震桿的超精磨、各種軸承插梢、壓縮機(jī)內(nèi)傳動(dòng)軸及各種模具加工等。(文/郭立云)
  
  作者簡(jiǎn)介
  
  郭立云,男,漢族,磨料磨具高級(jí)工程師。1965年1月出生,河南項(xiàng)城人。1985年湖南大學(xué)有機(jī)化工專業(yè)畢業(yè),大學(xué)本科學(xué)歷。1985-2000年在白鴿集團(tuán)有機(jī)公司、技術(shù)開發(fā)處、技術(shù)中心分別擔(dān)任助理工程師、工程師和高級(jí)工程師。獲河南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1次,河南省機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)1次,鄭州市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1次。主要從事磨料磨具產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)指導(dǎo)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓,并擔(dān)任企業(yè)常年技術(shù)顧問。精通樹脂磨具制造技術(shù)和生產(chǎn)工藝,對(duì)砂輪配方設(shè)計(jì)和樹脂結(jié)合劑的選用及改良改性有深入研究。
  博客:http://blog.sina.com.cn/guelijun
  
  來源:《磨料磨具》

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