1. Введение
Алмаз обладает превосходными свойствами, такими как чрезвычайно высокая твердость, износостойкость и теплопроводность, и широко используется во многих областях промышленности, таких как механическая обработка, резка камня, геологическое бурение и т. д.
В алмазных инструментах на смоляной связке смола используется в качестве связующего вещества для соединения алмазных абразивов вместе для формирования режущих и шлифовальных инструментов определенной формы и функций.
По сравнению с другими связующими веществами (такими как металлические связующие и керамические связующие), алмазные инструменты на полимерной связке обладают преимуществами хорошей самозатачиваемости,
высокого качества обрабатываемой поверхности и низкой силы шлифования и занимают важное место в области точности. и сверхточная обработка. Целью данного исследовательского отчета является проведение всестороннего и углубленного обсуждения свойств, процесса подготовки,
статуса применения и тенденций развития алмазов на смоляной связке.
2. Эксплуатационные характеристики алмаза на связке смолы
(1) Твердость и износостойкость
Хотя твердость самой смоляной связки относительно низка, эффективная обработка твердых материалов может быть достигнута в определенной степени за счет синергии разумной конструкции формулы и алмазных абразивов.
Алмазный абразив обеспечивает режущую кромку высокой твердости, а смоляная связка играет роль в поддержании и поддержании распределения абразива. В процессе обработки по мере износа абразива смоляная связка постепенно отпадает, позволяя новым абразивам продолжать работать. подвергаться воздействию,
обеспечивая непрерывную режущую способность инструмента и хорошую износостойкость.
(2) Самозатачивающийся
Это одно из существенных преимуществ алмазных инструментов на полимерной связке. В процессе шлифования или резки, когда алмазные абразивные зерна постепенно затупляются, из-за относительно низкой прочности связующей смолы тусклые абразивные зерна легко отпадают от связки,
и новые острые абразивные зерна могут участвовать в резании, таким образом, всегда поддержание более высокой эффективности резания инструмента снижает потребление энергии и накопление тепла во время обработки, что способствует повышению точности обработки и качества поверхности.
(3) Качество обработанной поверхности
Полимерная связка имеет низкий модуль упругости и оказывает определенный буферный эффект во время обработки, что позволяет уменьшить удары и царапины на поверхности заготовки и улучшить качество поверхности.
Он особенно подходит для обработки материалов с высокими требованиями к качеству поверхности, таких как оптическое стекло, керамика, драгоценные камни и т. д.
(4) Сила шлифования
Алмазные инструменты на связке из смолы создают меньшую силу шлифования во время обработки, чем инструменты на металлической связке. Это способствует снижению нагрузки и износа технологического оборудования, продлевает срок службы оборудования,
а также способствует повышению стабильности и точности процесса обработки, что более выгодно при обработке некоторых тонкостенных и хрупких материалов.
3. Процесс подготовки алмаза на связке смолы
(1) Выбор сырья
1. Смола связующего
Обычно используемые смолы включают фенольную смолу, эпоксидную смолу, полиимидную смолу и т. д. Фенольная смола обладает преимуществами хорошей термостойкости, износостойкости и низкой стоимости и является широко используемым связующим веществом;
эпоксидная смола имеет высокую прочность сцепления и хорошую химическую стабильность, но имеет относительно низкую термостойкость. , но стоит дороже.
В практических применениях часто выбирают одну смолу или комбинацию нескольких смол на основе конкретных требований к обработке и соображений стоимости.
2. Алмазные абразивы
Качество алмазных абразивов оказывает большое влияние на производительность инструмента. Включая размер частиц алмаза, прочность, чистоту и другие показатели. Размер частиц определяет режущую способность инструмента и шероховатость обрабатываемой поверхности.
Как правило, соответствующий диапазон размеров частиц выбирается в соответствии с требованиями к точности обработки; высокопрочные алмазные абразивы могут выдерживать большие силы резания и обеспечивать высокий срок службы инструмента;
Алмазы чистоты уменьшают неблагоприятное воздействие примесей на процесс обработки.
(2) Смешивание
Выбранная связка смолы, алмазный абразив и соответствующее количество наполнителей (таких как карбид кремния, оксид алюминия и т. д., используемые для улучшения характеристик связки и регулировки твердости инструмента и т. д.) полностью смешиваются в смесительном оборудовании в определенной пропорции.
В процессе смешивания следует уделять внимание контролю времени смешивания и скорости вращения, чтобы обеспечить равномерное распределение компонентов и избежать агломерации, в противном случае это повлияет на стабильность работы инструмента.
(3) Формирование
Из смешанных материалов получают заготовку инструмента необходимой формы посредством процесса формовки холодным или горячим прессованием. Давление холодного прессования обычно составляет от десятков до сотен МПа,
тогда как горячее прессование выполняется при определенной температуре (обычно в пределах диапазона температур отверждения смолы) и давлении, что помогает улучшить степень отверждения связующего вещества и инструментов. плотности.
При проектировании формовочной формы следует учитывать такие факторы, как форма инструмента, требования к точности размеров и простота извлечения из формы.
(4) Отверждение
Сформированное сырое изделие необходимо отвердить, чтобы смоляное связующее подверглось реакции сшивания с образованием стабильной трехмерной сетчатой структуры, тем самым прочно связывая алмазные абразивы вместе.
Параметры процесса, такие как температура отверждения, время и атмосфера отверждения, оказывают важное влияние на характеристики связующего. Различные системы смол имеют разные условия отверждения. Например,
фенольные смолы обычно отверждаются при температуре 150–200°C в течение нескольких часов, тогда как эпоксидные смолы имеют относительно более низкую температуру отверждения – около 80–150°C.
Параметры процесса необходимо строго контролировать в процессе отверждения, чтобы обеспечить качество и стабильность работы инструмента.
4. Статус применения алмаза на связке смолы
(1) Область механической обработки
В процессе шлифования металлических материалов алмазные шлифовальные круги на связке из смолы можно использовать для шлифования твердосплавных режущих инструментов, режущих инструментов из быстрорежущей стали и т. д.,
что позволяет получить высокоточные режущие кромки и хорошее качество поверхности, а также улучшить резку. производительность и срок службы режущего инструмента. При производстве автомобильных деталей, таких как шлифование блоков двигателей, коленчатых валов и т. д.,
алмазные инструменты на связке также играют важную роль, помогая повысить эффективность обработки и обеспечить качество продукции.
(2) Камнеобрабатывающая промышленность
Резка и шлифовка камня — одна из важных областей применения алмазных инструментов на связке из смолы. Такие инструменты, как режущие пильные полотна и шлифовальные диски, используемые для натуральных камней,
таких как мрамор и гранит, позволяют быстро и эффективно завершить обработку камня, а поверхность обработанного камня становится гладкой, что снижает нагрузку на последующие процессы полировки. Поскольку рынок искусственного камня продолжает расширяться,
спрос на алмазные инструменты на связке из смолы продолжает расти, что также показывает хорошие результаты при обработке искусственного кварцевого камня, гранита и других материалов.
(3) Электронно-информационная индустрия
В электронной информационной промышленности алмазные инструменты на связке из смолы используются для резки, шлифования и полировки электронных материалов, таких как кремниевые пластины, сапфир и керамика. Например,
в процессе производства полупроводниковых чипов для резки и полировки кремниевых пластин требуются высокоточные обрабатывающие инструменты с низким уровнем повреждений,
алмазные проволочные пилы и полировальные диски со связкой из смолы могут удовлетворить эти требования и обеспечить качество изготовления и производительность чипов.
Сапфир является широко используемым материалом для экранов мобильных телефонов, защитных стекол для фотоаппаратов и т. д. Его обработка также неотделима от алмазных инструментов на связке смолы, которые позволяют добиться точного формования и сглаживания поверхности сапфира.
(4) обработка ювелирных изделий
Для огранки и полировки различных драгоценных камней, таких как бриллианты, рубины и изумруды, алмазные инструменты на связке из смолы стали предпочтительным инструментом в ювелирной промышленности благодаря их хорошим свойствам самозатачивания и качеству обрабатываемой поверхности.
Он может обрабатывать драгоценные камни в различных изысканных формах и стилях, чтобы показать блеск драгоценных камней.
5. Проблемы и тенденции развития, с которыми сталкиваются алмазы на связке смолы
(1) Проблемы, с которыми пришлось столкнуться
1. Проблемы термостойкости
Связующие на основе смол имеют относительно низкую термостойкость, легко размягчаются и разлагаются в условиях высокотемпературной обработки, что ограничивает их применение в высокоскоростных и эффективных областях обработки. Например, в некоторых процессах высокоскоростного шлифования срок службы и точность обработки алмазных инструментов на связке из смолы будут сильно зависеть из-за большого количества выделяемого при шлифовании тепла.
2. Недостаточная износостойкость.
Хотя алмазные инструменты на связке со смолой обладают определенной износостойкостью по сравнению с инструментами на металлической связке, они изнашиваются быстрее во время длительных и высокоинтенсивных процессов обработки, что приводит к преждевременному отслаиванию алмазных абразивов и более интенсивному износу инструмента. требует частой замены инструмента, что увеличивает затраты на обработку.
3. Необходимо улучшить прочность сцепления.
В некоторых специальных применениях обработки, таких как обработка высокотвердых и высокопрочных материалов, требуется более высокая прочность связи для обеспечения стабильности алмазных абразивов во время обработки. В настоящее время прочность связи между полимерной связкой и алмазным абразивом не может полностью соответствовать требованиям всех суровых условий обработки, и могут возникнуть такие проблемы, как отслоение абразива и поломка инструмента.
(2) Тенденции развития
1. Улучшение и инновация системы смол.
Разработка новых высокоэффективных связок на смолах является ключом к улучшению характеристик алмазных инструментов на связке. Исследователи изучают способы улучшения термостойкости, износостойкости и прочности сцепления смолы путем изменения молекулярной структуры смолы и добавления специальных функциональных добавок. Например, добавление наноматериалов позволяет значительно улучшить комплексные свойства смолы, улучшить ее износостойкость и адгезию к алмазным абразивам. Разработка органо-неорганических гибридных смол сочетает в себе преимущества органических смол и неорганических материалов и, как ожидается, улучшит износ; Термические свойства при сохранении хороших технологических свойств.
2. Применение микронаноалмаза.
С развитием технологии микронанопроизводства применение микронаноалмазов в алмазных инструментах на связке из смолы постепенно привлекло внимание. Микронаноалмаз обладает характеристиками большой удельной поверхности и высокой поверхностной активности, что позволяет лучше взаимодействовать со связкой смолы и улучшать удерживающую способность алмазных абразивов. В то же время эффект небольшого размера помогает достичь сверхточности. обработка и получение лучших результатов. Низкая шероховатость поверхности. Ожидается, что объединение микронаноалмазов с алмазами обычного размера позволит разработать алмазные инструменты на связке из смолы с более высокими характеристиками.
3. Интеллектуальное и «зеленое» производство.
В будущем производство алмазных инструментов на полимерной связке будет развиваться в интеллектуальном и экологичном направлении. Интеллектуальная технология производства позволяет обеспечить точный контроль производственного процесса, включая точное дозирование сырья, автоматический мониторинг процесса смешивания, регулировку в реальном времени параметров процесса формования и отверждения и т. д., улучшая качество продукции и эффективность производства, а также снижая Влияние человеческого фактора на качество продукции. «Зеленое» производство фокусируется на сокращении загрязнения окружающей среды и отходов ресурсов в ходе производственного процесса, разработке экологически чистых полимерных материалов и оптимизации производственных процессов для снижения потребления энергии и выбросов отходов в соответствии с требованиями устойчивого развития.
4. Разработка многофункциональных интегрированных инструментов
Для удовлетворения сложных потребностей в обработке тенденцией развития станут многофункциональные алмазные инструменты с интегрированной смоляной связкой. Например, разработать инструменты, объединяющие несколько функций, таких как резка, шлифовка и полировка. Рационально спроектировав структуру инструмента и распределение абразива, мы можем добиться единовременной и эффективной обработки заготовок, сократить процедуры обработки и затраты, а также повысить точность обработки. и однородность поверхности. В то же время будут разработаны более адаптивные инструменты для различных материалов и методов обработки. Например, специальные алмазные инструменты на связке из смолы, подходящие для обработки композитных материалов, могут эффективно решать проблемы обработки различных компонентов композитных материалов.
Таким образом, алмаз на связке смолы, как важный инструмент из сверхтвердого материала, широко используется во многих областях промышленности. Несмотря на то, что в настоящее время он сталкивается с некоторыми проблемами, благодаря постоянному развитию материаловедения и технологий и постоянным инновациям производственных процессов, его производительность будет продолжать улучшаться, а сфера его применения будет расширяться, и ожидается, что он будет играть более важную роль в высокотехнологичная производственная сфера в будущем.
