超硬材料涂附磨具的研究與應用

超硬材料涂附磨具的研究與應用

1超硬材料附磨具中國經濟的四個主要產業(yè)包括機械電子、石油和天然氣等。目前，這四個行業(yè)與鉆石相關。使用鉆石相關產品：機械附件的加工是電子行業(yè)中不可或缺的硅片材料加工的不可或缺。石油焦油的檢測；對汽車葉片的修理、汽車玻璃和轉向汽車葉片的加工；建筑石材的開采和加工、陶瓷和混凝土的切割以及鉆石和cbn工具的產品包括鋸末、鉆孔、研磨等加工方法?，F在，鉆石和cbn工具無法替代硬脆性材料和金屬材料的性能和可靠性。磨削加工是所有加工方式中磨料消耗最大的部分,接近其總消耗量的70%。隨著我國金剛石、cBN產量的飛速增加,我國人造金剛石總產量已經達到世界總產量的80%以上,cBN總產量也超過了50%,成為了名副其實的超硬材料生產大國。金剛石、cBN產量的增加,也加快了工具制品市場的拓展,特別是國家對環(huán)境保護的重視(新出爐的國家十二五規(guī)劃綱要中再一次明確指出要“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”),迫切要求工業(yè)生產改變傳統(tǒng)的粗放型加工方式,轉變?yōu)閷Νh(huán)境友好、資源節(jié)約的集約型加工方式。目前,硬脆性材料鋸、切、鉆加工大部分被金剛石工具所替代,實現了高效長壽加工,減少了資源浪費,節(jié)約了成本,提高了產品競爭力。磨削工具包括固結磨具和凃附磨具,近年來金剛石/cBN固結磨具,包括金屬結合劑、陶瓷結合劑、樹脂結合劑等磨具在石材、陶瓷、玻璃、硬質合金以及鋼材、金屬復合材料等加工領域的應用越來越廣泛,超硬材料固結磨具相比于普通固結磨具具有更加優(yōu)越的加工性能和性價比優(yōu)勢。然而,由于生產設備、原材料價格、制造技術等各方面因素的影響,超硬材料凃附磨具在我國的應用幾乎是空白,與國外相比具有相當大的差距。主要原因是:①由于技術水平的問題,超硬材料凃附磨具使用壽命相對于普通磨料凃附磨具使用壽命提高比率還不夠大,還不能達到客戶預期。普通磨料凃附磨具生產及轉換技術已經實現了全自動生產線生產,技術成熟,且由于尺寸小,消耗原材料少,單件價格很便宜;而相同尺寸的超硬材料凃附磨具生產技術不成熟,沒有專用制造設備,且原材料價格相對較貴,綜合生產成本較高,價格較昂貴,性價比優(yōu)勢因而不明顯;②在國內,凃附磨具行業(yè)與超硬材料行業(yè)屬于兩個不同的領域,基本沒有行業(yè)交流和技術交流,同時掌握兩種技術或者經驗的人員很少,因此產品開發(fā)具有一定的難度?！?1世紀是金剛石的世紀”在發(fā)達國家,由于對環(huán)境保護的重視,以及具備足夠的生產技術基礎,超硬材料涂附工具已經種類齊全、技術較為成熟,并在各種行業(yè)得到大量應用,部分生產企業(yè)已經初具規(guī)模。為了引起行業(yè)內外相關人士的重視,下面將具體介紹幾種超硬材料涂附工具產品的市場應用情況。2金屬結合劑金剛石砂帶金剛石砂帶按照結合劑不同,分為金屬結合劑和樹脂結合劑金剛石砂帶,在文章目前金屬結合劑金剛石砂帶一般采用復合鍍層技術,以鎳為結合劑,在金屬基材上鍍覆一層包含金剛石的鎳層,由于具有比樹脂結合劑更好的結合強度,且金剛石的出刃高度相對較高,因此具有更好的容屑排屑能力,再加上相對樹脂結合劑更好的耐熱性能,因此金屬結合劑金剛石砂帶能夠應用于以切削、耕犁為主要磨削特征的初磨、半精磨加工,金剛石粒度區(qū)間為60目～400目。對于精磨、拋光工序,由于對工件表面質量有更高要求,磨削特征也主要以刮擦、擠壓為主,更適合于采用樹脂結合劑的金剛石砂帶,樹脂結合劑金剛石砂帶用于精磨,仍然有一定的巖屑量,工作面往往做成具有特定的排布形狀,以形成排屑通路,金剛石粒度區(qū)間一般為800目～1800目;對于拋光工序,采用金剛石砂帶往往是應用于精密乃至鏡面加工,對于砂帶工作面本身厚度均勻性有很高的要求,因而國外開發(fā)出開放式聚酯薄膜金剛石砂帶,采用高超的印刷技術,將磨料與結合劑的混合料均勻涂布在聚酯長纖維平紋編織的薄膜基材上,這種工具在很薄的印刷電路板拋光中發(fā)揮了重要的作用,是一種抑制磨削發(fā)熱的拋光方法,避免了電路板的延長采用金剛石砂帶進行表面加工,一般根據實際情況選擇一種或幾種砂帶來完成所有的加工工序。2.1碳化硅砂帶+金剛石砂帶在玻璃劃割成形后,玻璃的邊很鋒利、易碎,必須進行磨邊加工,改善玻璃易碎性。玻璃磨邊主要采用砂帶磨邊和砂輪磨邊兩種方式。砂帶磨邊具有設備要求相對較低,玻璃損傷小、且能用于異形玻璃加工,特別是用于汽車玻璃加工具有無可比擬的優(yōu)勢,但是砂帶使用壽命相對較低。砂輪磨邊使用壽命長,表面質量好,但是設備要求高,且對于加工異形板面操作工藝復雜。由于金剛石砂帶在玻璃磨邊加工中不可代替的優(yōu)勢,國外大多廠家都采用金剛石砂帶作為汽車玻璃磨邊工具(圖2所示)。然而,國內由于金剛石砂帶及設備技術不成熟,而進口金剛石砂帶和設備價格昂貴,導致很多廠家仍然采用碳化硅砂帶進行磨邊。碳化硅砂帶用于玻璃磨邊,由于使用壽命短,需要頻繁更換,且加工效率低、表面質量差,在玻璃加工連續(xù)生產線生產中是極為不利的。而采用金剛石砂帶,每副砂帶更換次數從少于30min/次提高到72小時/次,從而大大減少了砂帶更換次數,大大提高了整體生產線的工作效率。且金剛石砂帶能夠保持鋒利尖角的時間要遠大于一般磨料,因而在磨削玻璃過程中,粘塑性切除方式占的比重很小,磨削能耗很低(僅相當于碳化硅砂帶的10%左右),玻璃磨面呈不透明的乳白色據對國內某汽車玻璃生產廠家調研,該廠家擁有芬蘭TAMGLASS公司夾層玻璃連續(xù)生產線1條,年產汽車玻璃55萬m假設每臺套玻璃尺寸為1448mm×720mm;→玻璃面積:1.04m→每天磨削量:1497.6m→3天磨削量(每副砂帶使用壽命):4492.8m→每年磨削量:55萬m我們對金剛石砂帶與普通砂帶綜合使用成本進行了對比:單條普通砂帶價格便宜,如果用于汽車玻璃磨削,也必須選取高檔碳化硅砂帶,Ф1800mm×75mm碳化硅砂帶市場售價需要10元/條,用于汽車玻璃磨邊每副使用壽命為30min,每次更換砂帶及調試時間約為15min,磨削效率相對金剛石砂帶要低,約為80s/臺套,由此可計算出每條生產線生產55萬m由表2可知,雖然金剛石砂帶制作成本高,單位售價遠遠高于碳化硅砂帶,然而由于碳化硅砂帶使用壽命短,更換頻率高,實際消耗工具成本以及單位成本消耗都遠遠高于金剛石砂帶。因此,金剛石砂帶在汽車玻璃磨邊生產中具有不可比擬的性價比優(yōu)勢,是新一代節(jié)能、環(huán)保的高效能產品。汽車玻璃是構成車身的重要附件,占汽車總質量的3%左右,汽車產量的增加,極大地帶動了汽車玻璃需求量的增長。2010年我國汽車玻璃消耗量突破8000萬m2.2瓦城輥表面噴涂技術瓦楞輥是瓦楞紙板生產線上的關鍵部件,它的楞型合理性和制造精度、耐磨性能、使用壽命和運行速度是衡量其品質和經濟性的主要技術指標,直接關系著企業(yè)的產品質量和經濟效益。瓦楞輥價格昂貴且易磨損,為提高瓦楞輥的耐磨性和表面硬度,一般采用在中、高頻淬火之后再進行離子氮化或電鍍鉻等表面處理,但是其耐磨性仍不夠好,工作壽命不夠長,不能滿足中高速瓦楞紙板生產線的使用要求。為進一步提高瓦楞輥的耐磨性和表面硬度,滿足瓦楞紙板生產線向高速化方向發(fā)展的需要,往往需要采用先進熱噴涂技術在瓦楞輥表面噴涂一層WC-Co金屬陶瓷涂層,如圖3所示。一般涂層厚度為250μm,噴涂后涂層表面粗糙度2.3切片時成品率單晶硅、