超硬材料涂附磨具的研究与应用

超硬材料涂附磨具的研究与应用

1超硬材料附磨具中国经济的四个主要产业包括机械电子、石油和天然气等。目前，这四个行业与钻石相关。使用钻石相关产品：机械附件的加工是电子行业中不可或缺的硅片材料加工的不可或缺。石油焦油的检测；对汽车叶片的修理、汽车玻璃和转向汽车叶片的加工；建筑石材的开采和加工、陶瓷和混凝土的切割以及钻石和cbn工具的产品包括锯末、钻孔、研磨等加工方法。现在，钻石和cbn工具无法替代硬脆性材料和金属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,接近其总消耗量的70%。随着我国金刚石、cBN产量的飞速增加,我国人造金刚石总产量已经达到世界总产量的80%以上,cBN总产量也超过了50%,成为了名副其实的超硬材料生产大国。金刚石、cBN产量的增加,也加快了工具制品市场的拓展,特别是国家对环境保护的重视(新出炉的国家十二五规划纲要中再一次明确指出要“建设资源节约型、环境友好型社会”),迫切要求工业生产改变传统的粗放型加工方式,转变为对环境友好、资源节约的集约型加工方式。目前,硬脆性材料锯、切、钻加工大部分被金刚石工具所替代,实现了高效长寿加工,减少了资源浪费,节约了成本,提高了产品竞争力。磨削工具包括固结磨具和凃附磨具,近年来金刚石/cBN固结磨具,包括金属结合剂、陶瓷结合剂、树脂结合剂等磨具在石材、陶瓷、玻璃、硬质合金以及钢材、金属复合材料等加工领域的应用越来越广泛,超硬材料固结磨具相比于普通固结磨具具有更加优越的加工性能和性价比优势。然而,由于生产设备、原材料价格、制造技术等各方面因素的影响,超硬材料凃附磨具在我国的应用几乎是空白,与国外相比具有相当大的差距。主要原因是:①由于技术水平的问题,超硬材料凃附磨具使用寿命相对于普通磨料凃附磨具使用寿命提高比率还不够大,还不能达到客户预期。普通磨料凃附磨具生产及转换技术已经实现了全自动生产线生产,技术成熟,且由于尺寸小,消耗原材料少,单件价格很便宜;而相同尺寸的超硬材料凃附磨具生产技术不成熟,没有专用制造设备,且原材料价格相对较贵,综合生产成本较高,价格较昂贵,性价比优势因而不明显;②在国内,凃附磨具行业与超硬材料行业属于两个不同的领域,基本没有行业交流和技术交流,同时掌握两种技术或者经验的人员很少,因此产品开发具有一定的难度。“21世纪是金刚石的世纪”在发达国家,由于对环境保护的重视,以及具备足够的生产技术基础,超硬材料涂附工具已经种类齐全、技术较为成熟,并在各种行业得到大量应用,部分生产企业已经初具规模。为了引起行业内外相关人士的重视,下面将具体介绍几种超硬材料涂附工具产品的市场应用情况。2金属结合剂金刚石砂带金刚石砂带按照结合剂不同,分为金属结合剂和树脂结合剂金刚石砂带,在文章目前金属结合剂金刚石砂带一般采用复合镀层技术,以镍为结合剂,在金属基材上镀覆一层包含金刚石的镍层,由于具有比树脂结合剂更好的结合强度,且金刚石的出刃高度相对较高,因此具有更好的容屑排屑能力,再加上相对树脂结合剂更好的耐热性能,因此金属结合剂金刚石砂带能够应用于以切削、耕犁为主要磨削特征的初磨、半精磨加工,金刚石粒度区间为60目～400目。对于精磨、抛光工序,由于对工件表面质量有更高要求,磨削特征也主要以刮擦、挤压为主,更适合于采用树脂结合剂的金刚石砂带,树脂结合剂金刚石砂带用于精磨,仍然有一定的岩屑量,工作面往往做成具有特定的排布形状,以形成排屑通路,金刚石粒度区间一般为800目～1800目;对于抛光工序,采用金刚石砂带往往是应用于精密乃至镜面加工,对于砂带工作面本身厚度均匀性有很高的要求,因而国外开发出开放式聚酯薄膜金刚石砂带,采用高超的印刷技术,将磨料与结合剂的混合料均匀涂布在聚酯长纤维平纹编织的薄膜基材上,这种工具在很薄的印刷电路板抛光中发挥了重要的作用,是一种抑制磨削发热的抛光方法,避免了电路板的延长采用金刚石砂带进行表面加工,一般根据实际情况选择一种或几种砂带来完成所有的加工工序。2.1碳化硅砂带+金刚石砂带在玻璃划割成形后,玻璃的边很锋利、易碎,必须进行磨边加工,改善玻璃易碎性。玻璃磨边主要采用砂带磨边和砂轮磨边两种方式。砂带磨边具有设备要求相对较低,玻璃损伤小、且能用于异形玻璃加工,特别是用于汽车玻璃加工具有无可比拟的优势,但是砂带使用寿命相对较低。砂轮磨边使用寿命长,表面质量好,但是设备要求高,且对于加工异形板面操作工艺复杂。由于金刚石砂带在玻璃磨边加工中不可代替的优势,国外大多厂家都采用金刚石砂带作为汽车玻璃磨边工具(图2所示)。然而,国内由于金刚石砂带及设备技术不成熟,而进口金刚石砂带和设备价格昂贵,导致很多厂家仍然采用碳化硅砂带进行磨边。碳化硅砂带用于玻璃磨边,由于使用寿命短,需要频繁更换,且加工效率低、表面质量差,在玻璃加工连续生产线生产中是极为不利的。而采用金刚石砂带,每副砂带更换次数从少于30min/次提高到72小时/次,从而大大减少了砂带更换次数,大大提高了整体生产线的工作效率。且金刚石砂带能够保持锋利尖角的时间要远大于一般磨料,因而在磨削玻璃过程中,粘塑性切除方式占的比重很小,磨削能耗很低(仅相当于碳化硅砂带的10%左右),玻璃磨面呈不透明的乳白色据对国内某汽车玻璃生产厂家调研,该厂家拥有芬兰TAMGLASS公司夹层玻璃连续生产线1条,年产汽车玻璃55万m假设每台套玻璃尺寸为1448mm×720mm;→玻璃面积:1.04m→每天磨削量:1497.6m→3天磨削量(每副砂带使用寿命):4492.8m→每年磨削量:55万m我们对金刚石砂带与普通砂带综合使用成本进行了对比:单条普通砂带价格便宜,如果用于汽车玻璃磨削,也必须选取高档碳化硅砂带,Ф1800mm×75mm碳化硅砂带市场售价需要10元/条,用于汽车玻璃磨边每副使用寿命为30min,每次更换砂带及调试时间约为15min,磨削效率相对金刚石砂带要低,约为80s/台套,由此可计算出每条生产线生产55万m由表2可知,虽然金刚石砂带制作成本高,单位售价远远高于碳化硅砂带,然而由于碳化硅砂带使用寿命短,更换频率高,实际消耗工具成本以及单位成本消耗都远远高于金刚石砂带。因此,金刚石砂带在汽车玻璃磨边生产中具有不可比拟的性价比优势,是新一代节能、环保的高效能产品。汽车玻璃是构成车身的重要附件,占汽车总质量的3%左右,汽车产量的增加,极大地带动了汽车玻璃需求量的增长。2010年我国汽车玻璃消耗量突破8000万m2.2瓦城辊表面喷涂技术瓦楞辊是瓦楞纸板生产线上的关键部件,它的楞型合理性和制造精度、耐磨性能、使用寿命和运行速度是衡量其品质和经济性的主要技术指标,直接关系着企业的产品质量和经济效益。瓦楞辊价格昂贵且易磨损,为提高瓦楞辊的耐磨性和表面硬度,一般采用在中、高频淬火之后再进行离子氮化或电镀铬等表面处理,但是其耐磨性仍不够好,工作寿命不够长,不能满足中高速瓦楞纸板生产线的使用要求。为进一步提高瓦楞辊的耐磨性和表面硬度,满足瓦楞纸板生产线向高速化方向发展的需要,往往需要采用先进热喷涂技术在瓦楞辊表面喷涂一层WC-Co金属陶瓷涂层,如图3所示。一般涂层厚度为250μm,喷涂后涂层表面粗糙度2.3切片时成品率单晶硅、