Thiết kế và ứng dụng bánh xe liên kết nhựa

1. Giới thiệu về đá mài kim cương liên kết nhựa

Dụng cụ vật liệu siêu cứng chất kết dính nhựa chủ yếu được làm bằng kim cương hoặc CBN làm chất mài mòn, bột nhựa làm chất kết dính, thêm vật liệu độn thích hợp và sau khi thiết kế công thức, trộn trọng lượng, ép nóng, lưu hóa thứ cấp, xử lý tiếp theo và các quy trình khác, có thể áp dụng cho các yêu cầu nghiền khác nhau
So với chất kết dính gốm hoặc chất kết dính kim loại, nó có đặc điểm là quy trình sản xuất đơn giản, dễ tiếp cận nguyên liệu thô, chi phí thấp và có thể áp dụng cho số lượng lớn vật liệu mài mòn siêu cứng chất lượng thấp, xử lý nhiều loại vật thể, chẳng hạn như tất cả các loại thép khó gia công, hợp kim cứng, thủy tinh, gốm sứ, đá, v.v.
Dụng cụ mài siêu cứng bằng nhựa được sử dụng rộng rãi vì chúng có độ sắc bén tốt và không dễ bị kẹt trong quá trình mài, đồng thời phôi có chất lượng bề mặt tốt và đá mài dễ mài nhẵn.

Chất kết dính nhựa dùng trong dụng cụ kim cương nhựa có thể chia thành hai loại: nhựa phenolic và nhựa polyimide. Nhiệt độ làm việc thực tế của dụng cụ kim cương nhựa phenolic không quá 120 độ. Nhựa polyimide có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và có thể sử dụng trong thời gian dài ở 260 độ.
Trong khi nhựa polyimide tương đối đắt tiền, nhựa phenolic ngày càng được sử dụng nhiều hơn, đặc biệt là trong những năm gần đây khi các nhà khoa học biến đổi nhựa phenolic để tạo ra nhiệt độ làm việc thực tế hơn 200 độ C, chẳng hạn như 939P từ Advanced Mixed Limited của Vương quốc Anh.

Bài báo này chủ yếu giới thiệu ý tưởng thiết kế và các yếu tố ảnh hưởng của dụng cụ kim cương nhựa.

2. Thiết kế dụng cụ kim cương liên kết nhựa

Thiết kế của các công cụ kim cương liên kết nhựa chủ yếu dựa trên năm khía cạnh sau:
(1) Độ bám dính phải tốt.
Chất kết dính có thể phân bố đều trên bề mặt mài mòn, các hạt mài mòn có thể được kiểm soát chặt chẽ trong dụng cụ mài mòn và có thể liên kết chặt chẽ với ma trận, điều này không chỉ giúp chất mài mòn không dễ rơi ra sớm mà còn ngăn chất kết dính tách khỏi ma trận, đảm bảo an toàn sản xuất.
(2) Hiệu suất nghiền cao, khả năng chống mài mòn tốt, gia công hoàn thiện (hoặc độ nhám bề mặt) tốt.
Nhựa liên kết vì tính đàn hồi và giòn, nên khi mài tự mài, không dễ bị tắc, nhưng khả năng chống mài mòn kém.
Do đó, khi nghiên cứu và thiết kế công thức chất kết dính, chúng ta phải xét đến tiền đề đảm bảo yêu cầu về độ mịn, không chỉ có hiệu suất nghiền cao mà còn có khả năng chống mài mòn càng cao càng tốt.
Việc chuẩn bị chất kết dính rất quan trọng. Tỷ lệ chất kết dính phải được lựa chọn để đáp ứng cả hiệu suất nghiền cao và khả năng chống mài mòn tốt, để đảm bảo yêu cầu nghiền và giảm chi phí.
(3) Khả năng chịu nhiệt tốt.
Nếu khả năng chịu nhiệt của chất kết dính kém, khiến vật liệu mài mòn trong quá trình sử dụng không chịu được nhiệt độ cao, nhanh hao mòn, thậm chí do nhiệt độ mài quá cao khiến vật liệu mài mòn bị cháy, nứt, vòng..., do đó hãy chọn chất kết dính chịu nhiệt tốt và thêm chất độn thích hợp để cải thiện khả năng chịu nhiệt của nó;
(2) Sử dụng chất làm mát khi mài ướt càng nhiều càng tốt để nâng cao độ bền của dụng cụ mài;
(3) Nếu sử dụng phương pháp nghiền khô, hãy làm cho lượng thức ăn càng nhỏ càng tốt để nâng cao độ bền của dụng cụ nghiền.
(4) Độ bền của chất kết dính phải cao.
Độ bền của chất kết dính ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nghiền, kích thước mài mòn, chất lượng phôi và hiệu suất an toàn của dụng cụ nghiền trong quá trình sử dụng, vì vậy cần phải hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất kết dính.
 

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền của chất kết dính là:

(1) việc thêm chất độn sẽ làm tăng hoặc giảm độ bền của chất kết dính. Hầu hết các chất độn sẽ làm tăng độ bền cơ học và tăng theo lượng chất độn tăng trong một phạm vi nhất định, nhưng tỷ lệ hao mòn sẽ giảm.
Một số chất độn như than chì và molypden disulfide rắn sau khi thêm vào sẽ giảm độ bền, do đó cần lựa chọn chất độn hợp lý theo yêu cầu;
(2) Mật độ tạo hình của chất mài mòn (hoặc độ xốp của chất mài mòn) sẽ ảnh hưởng đến độ bền của chất kết dính.
Mật độ tạo hình của vật liệu mài mòn thấp, độ xốp cao và độ bền của chất kết dính thấp, trong khi độ bền của chất kết dính cao.
Do đó, cần thiết kế hợp lý các thông số về độ xốp của dụng cụ mài.
(3) Nhiệt độ làm cứng, nhiệt độ làm cứng thứ cấp và đường cong tăng nhiệt độ của khuôn mài mòn sẽ ảnh hưởng đến độ bền của chất kết dính.
Độ cứng của chất kết dính phải phù hợp, chịu mài mòn tốt.
Độ bền của chất kết dính phải phù hợp với tốc độ mài mòn của các hạt mài kim cương (hoặc cBN). Các hạt mài mòn không được rơi ra sớm do chất kết dính mài mòn nhanh. Trong trường hợp đó, chất mài mòn sẽ không được sử dụng hết, dẫn đến lãng phí.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến dụng cụ kim cương liên kết nhựa

Dụng cụ kim cương nhựa được làm từ chất kết dính nhựa, chất độn và chất mài mòn kim cương sau khi được trộn và xử lý bằng cách ép nóng.

Tính chất của nó cũng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi chất kết dính nhựa, chất độn và chất mài mòn kim cương.

3.1 Ảnh hưởng của chất kết dính chủ yếu bao gồm ảnh hưởng của loại chất kết dính và hàm lượng, v.v.

(1) đặc điểm chung của tất cả các loại dụng cụ kim cương liên kết nhựa là khả năng chịu nhiệt kém, trong quá trình gia công, dụng cụ kim cương và phôi giữa nhiệt sinh ra do nhiệt độ cao cục bộ dễ dàng, một khi đạt đến giá trị tới hạn, chất kết dính nhựa của kim cương giữ lại, kim cương trong điều kiện không hoàn toàn cùn sẽ rơi ra, do đó chi phí gia công tăng lên rất nhiều.

Hiện nay, chất kết dính nhựa đã được cải tiến để cải thiện khả năng chịu nhiệt.

Cao Lương Xương đã biến tính nhựa phenolic bằng alkyl ete vuông, khả năng chịu nhiệt của nó có thể đạt tới trên 180 độ.

Du Yang và cộng sự đã tổng hợp tiền polyme borosilicone, axit boric, phenol và formaldehyde làm nguyên liệu thô của nhựa phenolic borosilicone mới BSP, do đưa liên kết BO và chuỗi silicon hữu cơ vào cấu trúc nhựa phenolic, nhựa BSP có khả năng chịu nhiệt và độ dẻo dai tuyệt vời, đồng thời cũng cải thiện khả năng chống nước và độ ổn định khi lưu trữ của nhựa.

Xiao Dongzheng và cộng sự đã sử dụng BMI(bismaleimide) để biến tính nhựa phenolic và thu được nhựa phenolic biến tính bismaleimide có khả năng chịu nhiệt tốt.

(2) Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính nhựa.

Hàm lượng chất kết dính nhựa có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất gia công của dụng cụ kim cương.

Tấm silic đơn tinh thể được giới thiệu trong tài liệu làm mỏng bánh mài, hàm lượng chất kết dính nhựa tăng lên, độ cứng của bánh mài, cường độ nén tăng dần, khi hàm lượng chất kết dính nhựa tăng đến một mức độ nhất định, cao hơn so với độ mòn của bánh mài có xu hướng chậm, bề mặt bánh mài dễ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn cùng một lúc, hàm lượng càng cao cùng một lúc, hiện tượng tắc nghẽn càng nghiêm trọng.

(3) Ảnh hưởng của kích thước chất kết dính nhựa.

Kích thước hạt của bột nhựa dùng trong sản xuất vật liệu mài kim cương ở Trung Quốc chủ yếu nằm trong khoảng 80 ~ 180 lưới. Có hai khuyết điểm trong phạm vi kích thước này, một là ảnh hưởng đến tính chất tạo hình của vật liệu mài, hai là có thể ảnh hưởng đến tính chất của chất kết dính.

Trong quá trình nén, bột cây có thể được đun nóng để làm mềm và có độ lưu động nhất định, đạt được mục đích phủ vật liệu mài mòn, nhưng trong quá trình nén, vật liệu kết dính là áp suất trong khuôn, không gian bị hạn chế, phạm vi dòng chảy của nhựa bị hạn chế, khi kích thước hạt bột cây dày, sẽ có một phần chất kết dính mài mòn không đủ mạnh, rơi ra quá nhanh.

3.3 Ảnh hưởng của kim cương mài mòn chủ yếu bao gồm ảnh hưởng của lớp phủ kim cương, loại và kích thước hạt, v.v.

(1) Sau khi bề mặt kim cương được phủ kim loại, cường độ nén của các hạt đơn lẻ được cải thiện, tỷ lệ mài mòn giảm, kéo dài tuổi thọ sử dụng.

So với kim cương không mạ, chức năng cụ thể bao gồm các khía cạnh sau:

(1) lớp phủ xung nhiệt chậm của lớp phủ kim cương liên kết nhựa có độ dẫn nhiệt nhỏ hơn kim cương, do đó, các công cụ tiếp xúc, hạt kim cương có nhiệt độ cao tức thời sau khi mạ vào nhựa, do đó bảo vệ ngay các bộ phận mài mòn của nhựa không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao gây hư hỏng;

(2) lớp phủ để cải thiện sức mạnh liên kết của kim cương và chất kết dính, lớp phủ kim loại với kim cương bên trong, bên ngoài và chất kết dính nhựa có thể liên kết tốt;

(3) lớp phủ để cải thiện sức mạnh nghiền hạt kim cương, kim loại mạ sau khi các khuyết tật của hạt kim cương được tạo thành, đóng vai trò gia cố và lớp phủ chứa kim loại dẻo, có lợi cho việc cải thiện sức mạnh nghiền hạt;

(4) Lớp phủ trên các hạt mài mòn đóng vai trò bảo vệ cô lập, cô lập oxy và các tác nhân gây hại khác, đồng thời trong quá trình mài ở nhiệt độ cao, lớp phủ trên quá trình than hóa tinh thể kim cương có thể đóng vai trò ức chế.

(2) Các nhà sản xuất vật liệu siêu cứng trong và ngoài nước đã phân loại tương đối chi tiết về vật liệu mài siêu cứng, trong đó vật liệu mài kim cương chất lượng thấp hoặc vật liệu mài kim cương có độ sắc bén cao và tính chất nghiền nhỏ được xử lý bằng công nghệ đặc biệt chủ yếu được sử dụng trong chế tạo dụng cụ kim cương liên kết nhựa.