空心球形复合磨料（HSCA）研磨特性分析论文..doc

空心球形复合磨料（HSCA）研磨特性分析 蔡共宣1 王豪2 刘星3 徐峥3 丁英灰4 李剑5 刘曙光4 河南工业大学机电工程学院，郑州，450007 郑州磨料磨具磨削研究所，郑州，450007 郑州星光达科技开发有限公司,郑州，450007 郑州机械研究所，郑州，450007 河南富耐克超硬材料有限公司，郑州，450007 摘要 本文对空心球形复合磨料（HSCA）的研磨特性进行了综合分析。固结磨具是由磨；粒、结合剂和气孔三部分构成，三者称为固结磨具的三要素。空心球形复合磨料（HSCA）改变了普通磨粒的几何形状和组成结构，形成了一种具有磨粒功能的预制型气孔，从而影响和改善了磨具的结构要素和使用性能。 关键词 空心球形复合磨料（HSCA）；研磨特性 中图分类号 TG74 文献标识号 A 前言 固结磨具通常是由磨粒、结合剂和气孔三部分构成，这三者称为固结磨具的三要素。 空心球形复合磨料（HSCA）改变了普通磨粒的几何形状和组成结构，形成了一种具有磨粒功能的预制型气孔，从而影响和改善了磨具的结构要素和使用性能。 二、性能特点： 1、物理性能 粒径：0.2~2.0mm；磨料：W20~80# 密度：(自然堆积)0.6-0.9g/cm3 熔点（T2）：≥1400℃；比电阻：1010~1013Ω*m; 导热系数：0.07~0.12kcal/mh℃；导温系数：0.000903~0.0015m2/h 导温系数：0.000903~0.0015m2/h；磨粒形态：空心圆球形 单颗粒抗压强度:(粒径16/20) ≥2.5kg 2、化学性能 耐水、耐油、耐电镀液、耐一般酸碱，化学性质稳定。 普通实心磨料的磨削形态 图5 普通磨料的切刃理想形状示意 a)磨粒的钝化 b）磨粒的脱落 c）磨粒的粘胶和堵塞 图6 普通磨料磨削形态示意图 实际测得的磨粒简短的形状是各式各样的。一般都比较尖锐，具有某种程度的圆弧，并且有许多微小突起。这些磨粒磨削了工件之后，其切刃顶端便出现台型小平面，同时由于工况条件是负角摩擦，所以产生大量的热，在耕梨和滑擦的作用下使磨削力增大，从而破坏磨削表面完整性。 四、HSCA的磨削形态 1、空心球形复合磨料既是成孔剂又是一种高效磨料，它改变了磨料的几何形状，其壁厚与直径之比约为1：10。在磨削过程中，有二分之一以上的磨粒工作前角为正方向（0°~ 90°），其薄壁犹如无数把开过刃的尖刀，把通常意义上的研磨变成了微观上的车削和刮削。从而极大地提高了磨具的锋利度和自锐性。 4、采用HSCA制造的磨具气孔率大，减少了磨具与工作之间的接触面积和由摩擦而产生的热量。散热、排屑条件好，被磨工件受热影响区小，因而可以得到更为理想的表面加工质量，同时还可降低能量消耗。 五、HSCA砂轮的回转强度 1、砂轮的回转强度与离心力的大小有关 F=m·ω2 式中F为离心力；M为质量；ω为回转角速度 从试中可看出，离心力与质量成正比 HSCA的比重小，自然堆积密度为普通磨料的1/2~1/3。HSCA在磨具制造中起着预埋入封闭型气孔的作用，根据添加量的多少，能方便、精确地设定磨具的组织号。甚至可以全部采用HSCA制造出密度小于1的磨具，从而提高磨具的回转强度。还可以解决细粒度、大气孔、高强度之间的矛盾 2、砂轮的回转强度与应力集中水平有关 从断裂力学裂纹表面位移和裂纹尖端应力的角度来看 图8 各种位移型的应力强度因子注释 在裂纹尖端的应力集中用应力强度因子KI、KII、和KIII表示。脚注指使用的复合相对于裂纹的方向。例如复合与裂纹垂直，犹如典型的拉伸或弯曲试验的情况，位移如I型情况，用KI表示，这种情况也叫张开型。同样的，剪切负荷是指II型和III型，用KII和KIII表示。3种类型的复合方向如图8所示。 I型是陶瓷材料中最常遇到的情况，临界应力强度因子就是裂纹将会扩展并导致断裂的应力强度因力，它也叫做断裂韧性，看作材料的一种基本性能。断裂韧性越高，引起裂纹和裂纹扩展越困难。 另外根据有限元应力分析的原理，当微裂纹的萌生和发展穿过HSCA时裂纹尖端会有一个应力释放区，从而吸收更多的断裂功，避免应力集中，能有效的阻挡裂纹的萌生和扩展，提高砂轮的回转强度。 六、HSCA砂轮的耐用度 1、HSCA能有效地减小磨具密度，降低离心力水平。采用HSCA制造的磨具自锐性好，始终保持锋利，所以工作过程中一般不需要人为修整，因而使用寿命更长。 2、通常磨削过程中磨削区域可产生500-1500度的高温，在这样的温度条件下结合剂往往失去对磨粒的把持作用，对于有机磨具来说局部高温对结合剂把持力的