本文簡介:筆者在對磨具配方的一系列研究基礎上,對磨具配方的編制、試驗和計算都提出了一些新的方法,同時考慮 了組織號在配方中的作用,給出了適用的計算公式。所得結論及公式對陶瓷和樹脂砂輪都同樣適用。采用本文所提出的方法進行新配方試驗和原有配方的驗證時,對 配方的準確性和試驗速度都將有很大的提高。
- 配方的表達方程
做
配方試驗時都是先根據經驗選取幾個適當的硬度級為配方點,然后做樣塊進行試驗,得出數據再根據經驗給出試驗點之間各硬度級的數據,做出全配方。這樣的實驗
方法過程長,參數變化大,過程不易掌握,即使是同一實驗過程由于經驗和技術水平的差別,每個試驗人員都可能給出不同的配方。
為使配方脫離經驗的不確定性,使獨立的實驗數據之間建立起有機的聯系,筆者探討了使用計算的方法。為了對配方數據進行計算首先要確定一個函數式,對函數式的要求是:
- 配方的計算誤差在 0.1% 左右
- 函數式盡量簡單
筆者分析試用了冪函數、指數函數、樣條函數、回歸方程等多種函數式,最后選擇了基本滿足上述要求的回歸方程作為表達磨具配方的函數式。
A=b0+b1X+b2X2+b3X3 (1)
以配方中的結合劑量為例,筆者用方程 (1) 對16#~180#及微粉級的典型磨具配方加以驗證,其數值精度都接近預定的要求(見表1)。
表(1) 配方結合劑量與計算值的比較
硬度級 | G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | |
X | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
A | 方程 | A=4.5+X(b0=4.5,b1=1) | |||||||||||
結合劑 | 10.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 | 14.5 | 15.5 | 16.5 | ||||||
計算值 | 10.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 | 14.5 | 15.5 | 16.5 | ||||||
誤差 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||
A | 方程 | A=19.0-4.375X+0.75X2-0.03125X3 | |||||||||||
結合劑 | 12 | 13 | 14.5 | 16 | 17.5 | 19 | 20 | 20.5 | |||||
計算值 | 12 | 13 | 14.4 | 16 | 17.6 | 19 | 20 | 20.5 | |||||
誤差 | 0 | 0 | -0.1 | 0 | +0.1 | 0 | 0 | 0 | |||||
A | 方程 | A=15.4-1.482X+0.482X2-0.02232X3 | |||||||||||
結合劑 | 17.5 | 19 | 21 | 23 | 25 | 26.5 | 27.5 | 28.5 | |||||
計算值 | 17.3 | 19.1 | 21 | 23 | 24.9 | 26.5 | 27.7 | 28.5 | |||||
誤差 | -0.2 | +0.1 | 0 | 0 | -0.1 | 0 | +0.2 | 0 | |||||
WA | 方程 | A=36-7.792X+1.25X2-0.05203X3 | |||||||||||
結合劑 | 22 | 23 | 25 | 27 | 29 | 31 | 32 | 32.5 | |||||
計算值 | 21.8 | 23 | 24.84 | 27 | 29.16 | 31 | 32.2 | 32.5 | |||||
誤差 | -0. 2 | 0 | -0.16 | 0 | +0.16 | 0 | +0.2 | 0 | |||||
WA | 方程 | A=14.95-0.4373X+0/1591X2-0.005243X3 | |||||||||||
結合劑 | 15.5 | 16.5 | 17.5 | 19 | 20.5 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | ||
計算值 | 15.5 | 16.4 | 17.6 | 18.9 | 20.5 | 22.17 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | ||
誤差 | 0 | -0.1 | +0.1 | -0.1 | 0 | +0.17 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
此后我們將收集到的前蘇聯、前東德、以及日本等國的磨具配方用方程(1)進行計算,包括以后歷次學習班學員計算的結果不下數百個配方,都證明方程(1)是配方數據較好的表達式,它對D—糊精、R—潤濕劑、γ—成型密度等的計算同樣適用。
- 配方試驗
- 磨具配方表的格式
普通磨具的配方一般有三種表示方法,一種是以磨料為100% ,其他材料都以占磨料的百分數表示,如表 2,
表 2 A 46# 陶瓷結合劑配方表 (%)
硬 度 | H | J | K | L | M | N | P | Q | R |
磨 料 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
結 合 劑 | 9 | 10 | 12 | 14 | 17 | 19 | 21 | 23 | 26 |
糊 精 | 2.0 | 1.8 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.2 | 1.0 | 0.9 | 0.8 |
潤 濕 劑 | 2.5 | 2.9 | 3.3 | 3.7 | 4.2 | 4.7 | 5.2 | 5.7 | 6.2 |
密 度 | 2.15 | 2.18 | 2.21 | 2.25 | 2.29 | 2.33 | 2.38 | 2.42 | 2.46 |
這種表示方法的優點是調整配方中任何一項數據時不直接影響其他數據的數值。例如表2 中,硬度H 的結合劑量由9 %變為10 %時,糊精、潤濕劑和成型密度等仍可以是 2 %、2.5 % 和2.15 g/cm3。
我國70年代以前的配方大多都不標組織號,但確定組織號的磨粒率是可以由配方數據計算出來的,如表2中硬度H配方點的磨粒率為:
u=γ/d×ΣW (2)
u--毛坯磨粒率
γ—成型密度
d—磨料顆粒密度
ΣW—配方百分重量總合
u=2.15/3.92×(100+9+2+2.5)%=0.4832≌48%
毛坯組織號按磨粒率48%換算:
N=(62-48)/2=7
即硬度為H 的配方點毛坯組織號,N=7
陶瓷結合劑磨具配方的另一種表示方法為磨料百分數與結合劑百分數之和為100%,配方如表3,
表 3 A 60# 陶瓷結合劑磨具配方表(%)
硬 度 | H | J | K | L | M | N | P | Q | R |
磨 料 | 91.5 | 91 | 90 | 88 | 86 | 84 | 82 | 80 | 77 |
結 合 劑 | 8.5 | 9 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 23 |
糊 精 | 3.0 | 2.8 | 2.5 | 2.0 | 1.8 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 1.0 |
潤 濕 劑 | 2.8 | 3.2 | 3.5 | 4.0 | 4.4 | 4.9 | 5.2 | 5.5 | 6.1 |
密 度 | 2.16 | 2.18 | 2.22 | 2.24 | 2.28 | 2.30 | 2.34 | 2.38 | 2.42 |
這種配方表毛坯磨粒率的計算與前例略有不同,如表3中硬度H 配方點的毛坯磨粒率為:
u=γ×91.5% /3.92×(91.5+8.5+3+2.8)%
=0.4765≌48%
由毛坯磨粒率換算成毛坯組織號;N=7
此外還有一種配方表是將不同材質不同粒度的磨具的結合劑量、成型密度、潤濕劑等分別列表,結合起來使用。
- 試驗配方表的編制
在給出試驗配方表的材質、粒度后首先根據需要或經驗確定磨具的組織號(也可以先確定結合劑量),然后再給出幾個點除密度以外的其他數值(也可用公式算出,容令文介紹)密度可由式(2)算出,例如表(4)
表(4)擬定的實驗配方表(%)
步驟 | 內 容 | a | b | c | d |
A 180# | 100 | 100 | 100 | 100 | |
1 | 磨粒率 | 45 | 44 | 44 | 44 |
2 | 結合劑量 | 16 | 18 | 21 | 27 |
3 | 粘結劑量 | 1.6 | 1.5 | 1.2 | 0.8 |
4 | 潤濕劑量 | 4.3 | 5.0 | 5.5 | 6.5 |
5 | 成型密度(g/cm3) | 2.15 | 2.18 | 2.25 | 2.32 |
以a點的密度為例計算:
γ=d×u×∑w=3.92×45%×(100+16+1.6+4.3)%=2.15
配方表中的磨粒率一般是隨材質、粒度和硬度變化的,棕剛玉的磨粒率較白剛玉要高些。其數值可參考表(5)
表(5) 剛玉磨具的磨粒率
G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | Y | |
16# | 52% | 54% | |||||||||||
20# | 51% | 52% | 53%~54% | ||||||||||
24# | |||||||||||||
30# | |||||||||||||
36# | 50%~51% | 52%~53% | 54%~56% | ||||||||||
46# | 49%~50% | 50%~51% | 52% | ||||||||||
60# | 47%~50% | 49%~50% | 50%~52% | ||||||||||
70# | |||||||||||||
80# | |||||||||||||
100# | 47% | ||||||||||||
120# | |||||||||||||
150# | 47%~46% | 44%~46% | |||||||||||
180# | |||||||||||||
220# | 46%~45% | 41%~42% | |||||||||||
240# | |||||||||||||
280# | 41%~42% | 42% | |||||||||||
320# |
進一步的工作是按表(4)的數據做樣塊實驗,測定硬度。
- 名義硬度
磨具的硬度分成各種硬度級由軟到硬用字母F~Y表示,數值由硬度計測定。因為使用的硬度計不同所以測定的數值之間不能互相比較,為此我們將磨具硬度的測定值轉化成"名義硬度--X"
X=Nx+(Hs-Hc)/(Hb-HA+K) (3)
X—名義硬度
NX—硬度序數; F=0, G=1, H=2, ……
Hs—測定值
Ha—HS所在硬度級的首端數值
Hb—HS所在硬度級的末端數值
Hc—(Ha+Hb)/2
K—儀器修正值: 洛式值 K=1; 噴砂值 =-0。01
按表(4)數據所作試塊的硬度值,見表(5)
表(5)試塊洛式硬度值
硬 度 | a | b | c | d |
試 塊 均 值 | 53.76 | 60.71 | 78.23 | 90.38 |
名 義 硬 度 | 4.86 | 5.63 | 7.53 | 9.68 |
由表(4)的配方數據和名義硬度值求回歸方程:
A=-35.93+21.51X-2.912X2+0.1406X3 (4)
D=1.764+0.07114X-0.02556X2+0.0008186X3 (5)
R=-24.06+12.24X-1.702X2+0.07887X3 (6)
γ=1.957+0.03816X+0.0006688X2-0.0000765X3 (7)
將名義硬度值X代入式(4),(5),(6),(7)得出實驗配方表,見表(6)
表(6) 計算出的實驗配方表(%)
硬 度 | K | L | M | N | P | Q | R |
A180# | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
結合劑 | 12.5 | 16.4 | 18.7 | 20.2 | 21.8 | 24.3 | 28.6 |
粘結劑 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 0.9 | 0.7 |
潤濕劑 | 2.8 | 4.5 | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.8 | 7.1 |
密 度 | 2.12 | 2.16 | 2.19 | 2.23 | 2.27 | 2.30 | 2.33 |
磨粒率 | 46 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 44 |
計算出的新配方還需要進行驗證,試生產;投產要慎重!
樹脂結合劑磨具配方的設計與其近似,粉狀樹脂相當于陶瓷結合劑磨具配方中的結合劑,液體樹脂相當于潤濕劑,填料相當于粘結劑的位置;套用陶瓷結合劑配方設計的過程就可以了。