Design und Anwendung von kunstharzgebundenen Rädern

1. Einführung in harzgebundene Diamantschleifscheiben

Werkzeuge aus superhartem Material mit Harzbinder bestehen hauptsächlich aus Diamant oder CBN als Schleifmittel und Harzpulver als Bindemittel, wobei geeignete Füllstoffe hinzugefügt werden. Nach Formulierungsdesign, Gewichtsmischung, Heißpressen, sekundärer Aushärtung, anschließender Verarbeitung und anderen Prozessen sind sie für unterschiedliche Schleifanforderungen geeignet.
Verglichen mit Keramik- oder Metallbindemitteln zeichnet es sich durch einen einfachen Herstellungsprozess, einen einfachen Zugang zu den Rohstoffen und niedrige Kosten aus. Es kann auf eine große Anzahl von Schleifmitteln mit sehr harter Qualität und vielen verschiedenen Verarbeitungsobjekten angewendet werden, wie etwa alle Arten von schwer zu verarbeitendem Stahl, Hartlegierungen, Glas, Keramik, Stein usw.
Schleifwerkzeuge aus superhartem Kunstharz werden häufig verwendet, da sie eine gute Eigenschärfe aufweisen und beim Schleifvorgang nicht leicht verstopfen. Zudem weisen die Werkstücke eine gute Oberflächenqualität auf und die Schleifscheibe lässt sich leicht abrichten.

Harzbindemittel, die in Harzdiamantwerkzeugen verwendet werden, können in zwei Kategorien unterteilt werden: Phenolharz und Polyimidharz. Die tatsächliche Arbeitstemperatur der Phenolharz-Diamantwerkzeuge beträgt nicht mehr als 120 Grad. Polyimidharz hat eine bessere Hitzebeständigkeit und kann lange Zeit bei 260 Grad verwendet werden.
Neben den relativ teuren Polyimidharzen kommen zunehmend Phenolharze zum Einsatz. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler Phenolharze so modifiziert, dass sie eine tatsächliche Arbeitstemperatur von über 200 °C erreichen, wie beispielsweise das 939P von Advanced Mixed Limited aus Großbritannien.

In diesem Dokument werden hauptsächlich die Designidee und Einflussfaktoren von Diamantwerkzeugen aus Kunstharz vorgestellt.

2. Design von kunstharzgebundenen Diamantwerkzeugen

Das Design von kunstharzgebundenen Diamantwerkzeugen basiert im Wesentlichen auf den folgenden fünf Aspekten:
(1) Die Haftung muss gut sein.
Das Bindemittel kann gleichmäßig auf der Schleifoberfläche verteilt werden, die Schleifkörner können im Schleifwerkzeug genau kontrolliert werden und sind fest mit der Matrix verbunden. Dadurch fällt das Schleifmittel nicht nur nicht so leicht vorzeitig ab, sondern es wird auch verhindert, dass sich das Bindemittel von der Matrix löst, wodurch die Produktionssicherheit gewährleistet wird.
(2) Hohe Schleifleistung, gute Verschleißfestigkeit, gute Endbearbeitung (oder Oberflächenrauheit).
Aufgrund der Elastizität und Sprödigkeit der Kunstharzbindung ist sie beim Schleifen selbstschärfend und verstopft nicht so leicht, weist jedoch eine geringe Verschleißfestigkeit auf.
Wenn wir die Bindemittelformel untersuchen und entwerfen, müssen wir daher unter der Prämisse der Gewährleistung der Glätteanforderungen nicht nur eine hohe Schleifleistung, sondern auch eine möglichst hohe Verschleißfestigkeit berücksichtigen.
Die Vorbereitung des Bindemittels ist wichtig. Das Verhältnis des Bindemittels sollte so gewählt werden, dass sowohl eine hohe Schleifleistung als auch eine gute Verschleißfestigkeit erreicht werden, um die Anforderungen des Schleifens zu erfüllen und die Kosten zu senken.
(3) Gute Hitzebeständigkeit.
Wenn die Hitzebeständigkeit des Bindemittels schlecht ist, sodass das Schleifmittel während des Gebrauchs den hohen Temperaturen nicht standhält und sich schnell abnutzt, oder wenn die Schleifhitze zu hoch ist, sodass das Schleifmittel verbrennt, reißt, Ringe bildet usw., wählen Sie ein hitzebeständiges Bindemittel und fügen Sie den entsprechenden Füllstoff hinzu, um die Hitzebeständigkeit zu verbessern.
(2) Verwenden Sie beim Nassschleifen nach Möglichkeit Kühlmittel, um die Haltbarkeit der Schleifwerkzeuge zu verbessern.
(3) Beim Trockenschleifen sollte der Vorschub möglichst gering sein, um die Standzeit des Schleifwerkzeuges zu verbessern.
(4) Die Bindemittelfestigkeit muss hoch sein.
Die Festigkeit des Bindemittels wirkt sich direkt auf die Schleifleistung, die Abriebgröße, die Qualität des Werkstücks und die Sicherheit des Schleifwerkzeugs im Gebrauchsprozess aus. Daher ist es notwendig, die Faktoren zu verstehen, die die Festigkeit des Bindemittels beeinflussen.
 

Die wichtigsten Faktoren, die die Festigkeit des Bindemittels beeinflussen, sind:

(1) Die Zugabe von Füllstoffen erhöht oder verringert die Festigkeit des Bindemittels. Die meisten Füllstoffe erhöhen die mechanische Festigkeit und nehmen mit zunehmender Füllstoffmenge innerhalb eines bestimmten Bereichs zu, aber die Verschleißrate nimmt ab.
Bei einigen Füllstoffen, wie Graphit und festem Molybdändisulfid, verringert sich die Festigkeit nach der Zugabe. Daher ist eine Auswahl des Füllstoffs entsprechend den Anforderungen sinnvoll.
(2) Die Formdichte des Schleifmittels (oder die Porosität des Schleifmittels) beeinflusst die Festigkeit des Bindemittels.
Die Formdichte des Schleifmittels ist gering, die Porosität hoch und die Festigkeit des Bindemittels gering, während die Festigkeit des Bindemittels hoch ist.
Daher ist es notwendig, die Parameter der Porosität des Schleifwerkzeugs rational zu gestalten.
(3) Die Härtetemperatur, die Sekundärhärtetemperatur und die Temperaturanstiegskurve des Schleifformteils wirken sich auf die Festigkeit des Bindemittels aus.
Die Härte des Bindemittels muss angemessen sein und eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen.
Die Festigkeit des Bindemittels muss der Verschleißgeschwindigkeit der Diamant- (oder cBN-)Schleifkörner entsprechen. Die Schleifkörner dürfen nicht aufgrund des schnellen Verschleißes des Bindemittels vorzeitig abfallen. In diesem Fall wird das Schleifmittel nicht vollständig genutzt, was zu Abfall führt.

3. Einflussfaktoren bei kunstharzgebundenen Diamantwerkzeugen

Diamantwerkzeuge aus Kunstharz bestehen aus Harzbindemittel, Füllstoff und Diamantschleifmittel, nachdem diese durch Heißpressen gemischt und ausgehärtet wurden.

Seine Eigenschaften werden auch direkt durch Harzbinder, Füllstoffe und Diamantschleifmittel beeinflusst.

3.1 Der Einfluss des Bindemittels umfasst hauptsächlich den Einfluss von Bindemittelart und -gehalt usw.

(1) Eine gemeinsame Eigenschaft aller Diamantwerkzeuge mit Kunstharzbindung ist ihre geringe Hitzebeständigkeit. Beim Bearbeiten entsteht zwischen dem Diamantwerkzeug und dem Werkstück leicht eine lokal hohe Hitze. Sobald der kritische Wert erreicht ist, hält das Kunstharz den Diamanten nicht mehr fest. Wenn der Diamant nicht vollständig stumpf ist, wird er abfallen, was die Bearbeitungskosten erheblich erhöht.

Derzeit wird das Harzbindemittel modifiziert, um seine Hitzebeständigkeit zu verbessern.

Gao Liangchang hat Phenolharz mit quadratischem Alkylether modifiziert und seine Hitzebeständigkeit kann über 180 Grad erreichen.

Du Yang et al. synthetisierten Borsilikon-Präpolymer, Borsäure, Phenol und Formaldehyd als Rohstoffe für das neue Borsilikon-Phenolharz BSP. Durch die Einführung von BO-Bindungen und organischen Siliziumketten in die Phenolharzstruktur weist das BSP-Harz eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Zähigkeit auf, außerdem wurden die Wasserbeständigkeit und Lagerstabilität des Harzes verbessert.

Xiao Dongzheng et al. verwendeten BMI (Bismaleimid), um Phenolharz zu modifizieren, und erhielten ein mit Bismaleimid modifiziertes Phenolharz mit guter Hitzebeständigkeit.

(2) Der Einfluss des Harzbindemittelgehalts.

Der Harzbindemittelgehalt hat großen Einfluss auf die Bearbeitungsleistung von Diamantwerkzeugen.

In der Literatur werden monokristalline Siliziumscheiben als Schleifscheiben zum Dünnen von Schleifscheiben vorgestellt. Mit zunehmendem Harzbindemittelgehalt nimmt die Härte der Schleifscheibe zu, und auch die Druckfestigkeit nimmt allmählich zu. Wenn der Harzbindemittelgehalt bis zu einem bestimmten Grad ansteigt, neigt die Schleifscheibe dazu, sich langsamer abzunutzen, während die Oberfläche der Schleifscheibe anfällig für Verstopfungen ist. Je höher der Gehalt ist, desto schwerwiegender sind die Verstopfungen.

(3) Der Einfluss der Größe des Harzbindemittels.

Die Partikelgröße des Harzpulvers, das in China bei der Herstellung von Diamantschleifmitteln verwendet wird, liegt meist zwischen 80 und 180 Maschen. In diesem Größenbereich gibt es zwei Mängel: Zum einen beeinträchtigt es die Formeigenschaften der Schleifmittel, zum anderen kann es die Eigenschaften des Bindemittels beeinträchtigen.

Beim Pressen kann das Holzpulver durch Erhitzen weich gemacht werden und eine gewisse Fließfähigkeit erreichen, wodurch das Ziel des beschichteten Schleifmittels erreicht wird. Beim Pressen wird jedoch der Druck des Bindemittels in der Form erhöht, der Platz ist begrenzt und der Harzflussbereich ist begrenzt. Wenn die Partikelgröße des Holzpulvers dick ist, wird ein Teil des Schleifmittelbindemittels nicht stark genug sein, um zu schnell abzufallen.

3.3 Der Einfluss von Schleifdiamanten umfasst hauptsächlich den Einfluss der Diamantbeschichtung, des Typs und der Partikelgröße usw.

(1) Nachdem die Diamantoberfläche mit Metall beschichtet wurde, wird die Druckfestigkeit einzelner Partikel verbessert und das Verschleißverhältnis verringert, was die Lebensdauer verlängert.

Im Vergleich zu Diamanten ohne Beschichtung umfasst die spezifische Funktion die folgenden Aspekte:

(1) Die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung mit langsamen Wärmeimpulsen ist bei der kunstharzgebundenen Diamantbeschichtung geringer als bei Diamant. Daher berühren die Diamantkörner die Werkzeuge sofort bei hoher Temperatur, nachdem sie mit dem Kunstharz beschichtet wurden. Dadurch werden die abrasiven Teile des Kunstharzes sofort geschützt und nicht durch die hohe Temperatur beschädigt.

(2) Durch die Beschichtung wird die Bindungsstärke von Diamant und Bindemittel verbessert. So kann eine gute Bindung zwischen Metallbeschichtungen mit Diamanten an der Innenseite und Harzbindemittel an der Außenseite erreicht werden.

(3) Die Beschichtung soll die Druckfestigkeit der Diamantpartikel verbessern. Die Defekte der Diamantpartikel werden durch die Metallbeschichtung ausgeglichen, was eine verstärkende Wirkung hat. Die Beschichtung enthält duktiles Metall, was zur Verbesserung der Partikeldruckfestigkeit beiträgt.

(4) Die Beschichtung der Schleifkörner dient zum Schutz und zur Isolierung von Sauerstoff und anderen schädlichen Medien. Gleichzeitig kann die Beschichtung auf den Graphitierungsstellen der Diamantkristalle beim Schleifen bei hohen Temperaturen eine hemmende Wirkung haben.

(2) In- und ausländische Hersteller von superharten Materialien haben eine relativ detaillierte Klassifizierung von superharten Schleifmitteln vorgenommen. Bei der Herstellung von harzgebundenen Diamantwerkzeugen werden hauptsächlich Diamantschleifmittel minderer Qualität oder Diamantschleifmittel mit hoher Selbstschärfe und Mikrobrecheigenschaften verwendet, die mit einer speziellen Technologie behandelt wurden.