研磨材料的制備和應(yīng)用

1、 一、鋯剛玉的應(yīng)用Abstract：This chapter introduces Zirconia Aluminas application in industry as abrasive, refractory and composite material.鋯剛玉（FUSED ZIRCONIA ALUMINA）是以氧化鋁、氧化鋯為原料在電弧爐中經(jīng)2000以上高溫冶煉而成。鋯剛玉的分類：鋯剛玉根據(jù)ZrO2的含量，一般有低鋯剛玉(ZrO2 10%15%),中鋯剛玉(ZrO2 25%)和高鋯剛玉(ZrO2 40%)。鋯剛玉化學(xué)成份：鋯剛玉主晶相為-Al2O3,次晶相為斜鋯石，還存在少量玻璃相。1

2、，鋯剛玉作為耐磨材料的應(yīng)用首先請(qǐng)參考如下表格數(shù)據(jù)磨料材質(zhì)磨削效率（kg/h)磨削比棕剛玉1603.04棕剛玉50%，鋯剛玉50%35710.73鋯剛玉55820.7數(shù)據(jù)表明鋯剛玉比棕剛玉的磨削效率和磨削比分別提高了3.5倍和7倍。由此可見(jiàn)鋯剛玉的磨削效果非常好，尤其是在高速重負(fù)荷的應(yīng)用更能體現(xiàn)鋯剛玉的優(yōu)良的性能。由于鋯剛玉具有如此優(yōu)良的磨削性能，因此在研磨工業(yè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。隨著鋼產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，修磨水平也相應(yīng)提高，迫切需要高效率的高速重負(fù)荷砂輪。一般要求砂輪使用線速度已達(dá)80-100m/s， 磨削負(fù)荷力達(dá)到10000-15000N。因此普通的砂輪難以達(dá)到此要求，鋯剛玉無(wú)疑是這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的理

3、想選擇。另外鋯剛玉磨料對(duì)耐熱鋼、鎳合金、鈦合金、鋁合金也有很好的磨削效果。 2，鋯剛玉作為耐火材料的應(yīng)用耐火材料品種繁多，按照化學(xué)組分分類主要有有機(jī)硅質(zhì)材料、高鋁質(zhì)材料、鎂質(zhì)材料、鉻質(zhì)材料、碳質(zhì)材料、和鋯質(zhì)材料。其中鋯質(zhì)材料作為耐火材料基本上是電熔鋯剛玉(Al2O3-ZrO2-SiO2)。由于鋯剛玉作為耐火材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，耐壓強(qiáng)度200MP，負(fù)重變形溫度為1760度，化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣能力強(qiáng)，在氧化或還原氣氛中，抗酸、堿、礦渣的侵蝕能力強(qiáng)。另外，玻璃窯用鋯剛玉 材料具有很強(qiáng)的抗鈉鈣硅玻璃侵蝕能力；所以利用鋯剛玉可以制造窯底平板磚、窯壁大磚、熔窯工作池用磚、窯的上部結(jié)構(gòu)用磚。 眾所周知

4、，鋼鐵行業(yè)是耐火材料消耗大戶，鋼鐵行業(yè)所用的耐火材料可以占到整個(gè)耐火材料市場(chǎng)的70%左右。鋯剛玉以其高品質(zhì)廣泛適用于鋼鐵行業(yè)連軋連鑄、水口、流道等關(guān)鍵部位。根據(jù)耐火材料行業(yè)擬定的耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,2020年要實(shí)現(xiàn)每生產(chǎn)一噸鋼消耗15kg耐火材料的目標(biāo)，而2005年的數(shù)據(jù)是25kg耐火材料/噸鋼。因此高效、長(zhǎng)壽、功能性耐火材料將會(huì)增加?？梢韵嘈啪哂幸陨蟽?yōu)良特質(zhì)鋯剛玉作為優(yōu)質(zhì)的耐火材料，前景廣闊。3，鋯剛玉與其它材料組成復(fù)合材料 復(fù)合材料(Composite materials)是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，

5、產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。 鋯剛玉和莫來(lái)石復(fù)合的材料報(bào)道比較多，如以氧化鋁粉和鋯英石粉為原料，通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)制成了鋯剛玉莫來(lái)石泡沫陶瓷過(guò)濾器，對(duì)球墨鑄鐵和鑄鋼的過(guò)濾試驗(yàn)結(jié)果表明，過(guò)濾后的材料夾雜物減少，沖擊韌性明顯提高。鋯剛玉莫來(lái)石氮化硼夏合材料在鋯剛玉莫來(lái)石基質(zhì)中引入氮化硼，降低材料的抗折強(qiáng)度，但可提高斷裂韌性；對(duì)以鋯剛玉莫來(lái)石為基引入（以質(zhì)量計(jì)）和以為基引入鋯剛玉莫來(lái)石的兩類試樣進(jìn)行了抗熱震性的研究。結(jié)果表明：在氧化物基料中引入，可以明顯提高材料的抗熱震性。 二、砂帶的制造和應(yīng)用Abstract: In this chapter coated ab

6、rasive structure and produce process are described. Coated abrasives application is introduced according to different kinds of abrasive materials.1，砂帶的結(jié)構(gòu)和基本制造過(guò)程1.1砂帶結(jié)構(gòu)The manufacture of coated abrasives is performed by a combination of three basic raw materials: 一般砂帶由三部分構(gòu)成1，機(jī)體2，膠黏劑3，磨料1.2 砂帶的一般制作過(guò)程1

7、，原布處理：(1) 刮毛、燒毛;(2) 退漿脫脂；(3) 染色浸漬和刮漿 ；(4) 拉伸 ；(5) 壓光 2，大卷制造：(1) 商標(biāo)印刷；(2) 涂膠；(3) 植砂；(4) 干燥3. 大卷的后處理 ：（1） 后固化；（2） 存放；（3） 增濕；（4） 柔曲 4.轉(zhuǎn)換 1.3砂帶的制造方法 制造方法的不同主要體現(xiàn)在不同的植砂方法，本文主要介紹三種植砂方法1，重力植砂；2，靜電植砂；3，電鍍植砂。1.3.1 重力植砂1990年以前我國(guó)基本都是采用重力植砂法。重力植砂的過(guò)程是基布或者紙的朝上面涂膠，砂粒從上往下依靠重力往下落，砂粒別膠牢固的粘在基布或者紙上。進(jìn)入烘房進(jìn)行固化，復(fù)膠，再固化。重力植砂法

8、是通過(guò)重力砂粒從上往下落的，因此砂粒分布的均勻性難以保證，產(chǎn)品表面質(zhì)量難以保證。1.3.2靜電植砂法靜電植砂的制造過(guò)程是基布或者紙的涂膠面是朝下的。由于砂粒與基布或者紙之間加了高壓電場(chǎng)，砂粒不是依靠自身的重力，而是通過(guò)靜電力吸附在涂膠的基布上。砂粒被膠牢固的粘在基布上以后，送到烘房進(jìn)行固化、復(fù)膠、再固化。砂粒形狀各異，但總體而言一般認(rèn)為，電場(chǎng)力的作用點(diǎn)作用在砂粒的重心上，因此砂粒的大頭朝里，小頭尖頭朝外。大頭被膠牢牢的粘在基布上，尖頭朝外則砂布表面鋒利，符合涂覆磨具的要求。由于靜電植膠的砂粒是靠靜電電場(chǎng)力吸上去的，只要保證植砂設(shè)備電場(chǎng)力均勻，基布涂膠均勻，送砂量均勻，砂布表面就均勻。1.3.3

9、電鍍植砂法日本研制一種由軟鋼帶作基底的CBN或金剛石砂帶。其基本過(guò)程是在基體表面先鍍一層鎳，然后再鍍金剛石或CBN。金剛石或CBN磨粒通過(guò)電鍍附在鋼帶上,這種鋼帶柔性雖不如常規(guī)砂帶,但它對(duì)于特殊場(chǎng)合和難加工的高硬度材料特別有效。如用于玻璃、陶瓷、鐵氧體、半導(dǎo)體材料等硬脆性材料和金屬材料的研磨加工、硬質(zhì)合金材料的外形加工、電解磨削加工，以及磨削加工中心用金剛石鉆頭的磨削等重負(fù)荷切割，具有磨削耐磨性好、效率高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。 2，砂帶的應(yīng)用 砂輪的分類方法很多種，本文按照不同的磨料來(lái)對(duì)砂帶進(jìn)行分類，介紹了不同磨料沙帶在工業(yè)中的應(yīng)用。2.1 金剛石磨料：天然金剛石又稱金剛鉆，系自然界最硬的物質(zhì)，

10、莫氏硬度為10，價(jià)格十分昂貴，而且非常有限。天然金剛石作為磨料用途有兩個(gè)方面1，用于修正砂輪2，磨削和研磨難加工材料（硬質(zhì)合金、寶石等）2.2 棕剛玉磨料：的硬度高，韌性大，適宜磨削抗拉強(qiáng)度較高的金屬，如碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等，這種磨料的磨削性能好，適應(yīng)性廣，常用于切除較大余量的粗磨，價(jià)格便宜，可以廣泛使用。2.3 白剛玉磨料：白剛玉是以優(yōu)質(zhì)鋁氧化粉為原料，白剛玉經(jīng)電熔提煉結(jié)晶而成，純度高、自銳性好、耐酸堿腐蝕、耐高溫、熱態(tài)性能穩(wěn)定。白剛玉的硬度略高于棕剛玉，韌性則比棕剛玉低，在磨削時(shí)，磨粒容易碎裂，因此，磨削熱量小，適宜制造精磨淬火鋼、高碳鋼、高速鋼以及磨削薄壁零件用的砂帶，成本比

11、棕剛玉高。2.4 鋯剛玉磨料：在鋯剛玉中，主要礦物相是和形成的共晶體，ZrO2有40%和25%兩種.。鋯剛玉砂帶得意與其磨粒硬度略低，韌性值大，強(qiáng)度較高，晶體尺寸較細(xì)，耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)，使其具有很好的自銳性保持其優(yōu)良的切削性能，并且砂帶的耐磨性能好。鋯剛玉砂帶在整個(gè)磨削過(guò)程中，不斷有新的切刃產(chǎn)生，能保持磨粒的鋒利度，增加被磨工件的光潔度。尤其是第三涂層的鋯剛玉砂帶，具有自潤(rùn)滑作用，降低了磨削區(qū)的溫度，形成冷態(tài)磨削。 鋯剛玉砂帶應(yīng)用領(lǐng)域鋯剛玉砂帶主要用于重負(fù)荷磨削，適合于磨耐熱合金鋼、鈦合金和奧氏體不銹鋼等。在中國(guó)市場(chǎng),日本NCA的鋯剛玉砂帶、美國(guó)的NORTON公司的NORZON砂帶和南韓高麗研

12、磨公司的YZ533和YZ633鋯剛玉砂帶等比較流行.據(jù)美國(guó)的NOTON公司提供的資料,其磨削效率比棕剛玉高254-300%,用NORZON砂帶加工刨花板,砂帶壽命提高了3倍。2.5 鉻剛玉：是在白剛玉的生產(chǎn)過(guò)程中加入Cr2O3的混合物，使這種剛玉形成白剛玉中- AL2O3和Cr2O3的共熔體，改變剛玉的性能和結(jié)構(gòu)。鉻剛玉的韌性比白剛玉要高，其硬度與白剛玉大概相同。加入Cr2O3的數(shù)量與生產(chǎn)的鉻剛玉的性能也略有不同，而其色澤也有所不同，在鉻剛玉中由于加入Cr2O3的含量不同，其用途又有所不同。鉻剛玉磨削的材料常用于淬火鋼、合金鋼和螺紋鋼的刃磨和儀器儀表零件的精密磨削。鉻剛玉常用于生產(chǎn)固結(jié)磨具，很

13、少用于制造涂附磨具。2.6 碳化硅磨料：碳化硅磨料堆積密度高，研磨能力強(qiáng)，硬度高，切削能力強(qiáng)，粒度分布集中并且均勻；具有耐高溫,強(qiáng)度大,導(dǎo)熱性能良好,抗沖擊,作高溫間接加熱材料 ?？捎米魈蓟枘チ蠌V泛用在多種行業(yè)，玉器寶石拋光，模具鑄造，磨削硬質(zhì)合金、陶瓷、珩磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套等。2.7 微晶結(jié)構(gòu)燒結(jié)陶瓷磨料：它是以凝膠法制造的燒結(jié)陶瓷磨料，其晶體尺寸約1-3微米，硬而韌，磨削時(shí)微小晶體逐漸脫落露出新的晶體，保持了整個(gè)磨粒的鋒利，美國(guó)公司于1981年投入市場(chǎng)，命名為Cubutron以此做成的砂帶,磨錘頭比鋯剛玉砂帶的切削效率高71%,磨包鎳不銹鋼的效率比鋯剛玉砂帶的切削率高150%.相繼投入市場(chǎng)的

14、還有美國(guó)NORTON公司的SG磨料,用SG磨料砂帶在400PSI壓強(qiáng)下(砂帶速度為28米/秒)磨削金屬量比棕剛玉高5倍;德國(guó)Hermes公司命名的CB陶瓷砂帶料的砂帶,采用這類磨料制成的涂附磨具特別適用高強(qiáng)壓下加工難磨材料,如航天合金、高鎳合金鋼、含釩工具鋼、含鈷合金鋼等. 2.8 TG磨料: TG磨料砂輪具有優(yōu)異的材料去除能力，在強(qiáng)力磨削上能發(fā)揮最好的效果。磨料的材料去除率為鋯剛玉的4倍以上,壽命為剛玉的10倍以上。 該磨料具有高耐磨，高切削效率以及較少修正量的特點(diǎn)，適用于超精密、高效率等加工過(guò)程中的高速磨削，特別是在內(nèi)圓磨、齒輪磨等高速磨削應(yīng)用上發(fā)揮了低磨削力、高磨削效率的優(yōu)勢(shì)。此類產(chǎn)品可

15、應(yīng)用于軸承生產(chǎn)、CNC成型修整滾輪，陶瓷結(jié)合劑CBN內(nèi)圓磨小砂輪，G-Force刀具修磨砂輪，應(yīng)用于汽車玻璃加工的多層金剛石磨輪、鉆頭和刀輪，以及用于電子半導(dǎo)體行業(yè)的晶圓背面研磨。2.9 立方氮化硼（CBN）磨料：CBN磨料砂帶作為涂附磨具中的特殊成員，因其高硬度和優(yōu)良的耐磨性在工程陶瓷、半導(dǎo)體玻璃等脆硬材料的精密和超精密加工中已取得初步應(yīng)用。美國(guó)AbrasiveTechnologyN.A公司開(kāi)發(fā)的DuragritTM和PolyrezTM金剛石砂帶，前者為金屬基體，在加工玻璃、水晶和高檔裝飾材料時(shí)，磨削精度高且切除均勻；后者是基體柔軟的樹(shù)脂粘結(jié)劑類，最小可達(dá)3500#粒度，適合各類異型面的超精

16、密磨削與拋光，如半導(dǎo)體硅晶片和天文用光學(xué)玻璃等。英國(guó)一家研究機(jī)構(gòu)也通過(guò)多層沉積工藝制造出加工光學(xué)系統(tǒng)、磁頭、半導(dǎo)體元件的電鍍環(huán)狀CBN砂帶。雖然CBN砂帶成本昂貴，但它們是砂帶向脆硬材料高精度高速發(fā)展的一個(gè)重要方向，今后有望從降低制造成本等方面來(lái)加快應(yīng)用。2.10 空心磨料： 空心磨料被公認(rèn)為是世界上最有效的一種磨料，由西德Hemes公司最先生產(chǎn)?？招那蚰チ系慕Y(jié)構(gòu)最外層是磨粒，磨粒用膠黏劑粘在球殼上?？招那蚰チ暇哂幸韵绿攸c(diǎn)：當(dāng)空心體用作拋光研磨時(shí)，因空氣充氣，重量很輕，相當(dāng)松散，所以能產(chǎn)生均勻的研磨、拋光作用。雖然使用一定時(shí)間后，空心體磨料開(kāi)始破碎、開(kāi)孔，但仍能保持均勻的磨削作用。空心磨料非常

17、適合負(fù)重磨削和軟金屬磨削。 三、鋼坯的表面修磨Abstract：Briefly introduce the purpose and process of steel conditioning. steel conditioning current situation and the grinding wheels effect on the conditioning process are discussed. 鋼坯表面修磨的目的：鋼錠在軋制之前去除裂紋、氧化皮和夾雜物等各種表面缺陷，以保證鋼材最終質(zhì)量，和提高成品率的一道工序。修磨工藝流程：鋼坯檢驗(yàn)鋼坯吊上料架鋼坯翹曲度檢測(cè)噴丸去氧化皮鋼坯清

18、洗磁粉探傷修磨檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)堆垛。修整技術(shù)現(xiàn)狀：近些年修磨技術(shù)得到飛速的發(fā)展，冷修磨可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)了熱修磨機(jī)和熱修磨砂輪，可以磨削900度的高溫鋼坯。機(jī)床的自動(dòng)化和控制水平不斷提高，集成了IT技術(shù)，修磨機(jī)性能進(jìn)一步優(yōu)化和提高。砂輪對(duì)修整效果的影響：影響修整質(zhì)量的關(guān)鍵因素是機(jī)床、砂輪、工件材料、操作參數(shù)。以下主要介紹砂輪的影響。括砂輪尺寸、磨料、粒度、硬度和砂輪平衡性和安全性等。砂輪直徑越大，單位體積的制造成本越低，砂輪的單位壽命越長(zhǎng)，修磨成本越低，同時(shí)修磨效率高，磨失率低。砂輪越厚，單位制造成本越低，磨削效率越高，鋼坯表面質(zhì)量越好。不同的磨料有不同的價(jià)格 性能和應(yīng)用。粒度與鋼坯的表面粗糙度和修磨效率直接相關(guān)，細(xì)粒度能得到好的表面質(zhì)量，但砂輪壽命短，修整效率低。砂輪越硬，壽命越長(zhǎng)，但過(guò)硬的砂輪使已經(jīng)磨損的磨粒不能及時(shí)脫落。磨損后的鈍磨粒與工件表面摩擦，雖有助于