树脂磨具设计方案论证报告

李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第1页共21页档号编号保管期限密级阶段标记名称金刚石微粉磨料磨具设计方案论证报告单位编写李鹏飞校对审核会签标审批准西安航威机电设备科技有限公司李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第2页共21页内容摘要：金刚石微粉磨料树脂磨具主要以金刚石微粉(W10)作为填充物，以环氧树脂作为结合剂而制成的磨具。其特点为硬度高，脆性大，磨粒锋利，导热性较好，耐磨性较强，比较适合加工硬脆的金属及非金属产品。方案拟定了技术指标，确定了采用以金刚石微分为磨料，以环氧树脂为结合剂，以石墨为辅料，以浇注法常温凝固成型，高温烘烤固结的方法成型的技术方案。论证了磨削效果，计算了磨具密度，提出磨具制作过程中应注意的问题问题；论证了利用金刚石树脂磨具珩磨时主要关注的问题。4主题词树脂磨具磨具密度珩磨更改栏更改单号更改日期更改人更改办法李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第3页共21页1项目目的和主要工作内容1.1项目目的现代工业中高速珩磨技术得到越来越广泛的应用，他克服了传统散粒慢速研磨转速不能太高；磨料不能充分发挥切削作用而造成既浪费能源又浪费磨料；磨料在磨具上分布密度不均，从而使得切削量不均匀降低了加工精度的稳定性；清洗困难；污染环境；工人劳动强度大，对工人技术要求高等缺点的同时又保留了加工精度高、加工设备简单、投资少、效率高、可更好提高几何形状精度和表面光洁度等优点，而在珩磨中珩磨磨具是其最关键的部分。在众多的固着磨具中树酯磨具因其结合强度高；具有一定的弹性；能制成各种复杂形状和特殊要求的磨具；适用范围广；有利于防止被磨削工件产生烧伤；硬化温度低，生产周期短，设备简单这些优点，所以发展研制树酯磨具是非常必要的。1.2主要工作内容a)磨具成分配制；b)磨具制造方法设计；c)磨粒、结合剂、辅材的调研和选型；d)建立测试系统,数据采集，储存、完成运算分析；e)测试方法研究，建立磨具标准。2拟达到的技术指标及确定的依据2.1拟达到的主要技术指标：李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第4页共21页抗拉强度/MPa10.0-35.0；抗弯强度/MPa23.0-60.0；抗压强度/MPa20.0-40.0；抗冲击强度/(N·m/㎡)2.5-10.0；2.2拟确定的依据树酯磨具主要结构：磨粒、结合剂、辅助材料、气孔。表2-1树脂磨具基本要素关系配方基本要求变化关系磨料种类磨料粒度结合剂量成型密度磨具硬度变化不变变化不变不变不变变细增加不变不变不变不变增加不变提高不变不变不变增大提高环氧树脂相关参数：表2-2纯环氧树脂硬化后的力学强度项目指标抗拉强度/MPa抗弯强度/MPa抗压强度/MPa抗冲击强度/(N·m/㎡)46.0-70.090.0-120.087.0-174.010-20表2-3环氧树脂磨具的强度和硬度树酯类型抗拉强度MPa洛氏硬度平均值60kg负荷HRC回转速度m/s环氧树脂(E-44+E-12)29.075126（不破裂）表2-4热固性树脂的硬化体积收缩率树酯种类硬化体积收缩率/%环氧树脂0.5-2.5金刚石的相对密度为3.47~3.50环氧树酯E-44软化点12℃-20℃环氧值0.41-0.47（mol/100g）李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第5页共21页3配方理论推导及分析计算3.1磨粒查阅相关资料可知人造金刚石（JR）特性为立方体晶体结构，比天然金刚石略差，具有高硬度，较高的强度良好的导热性能，磨粒表面粗糙，它与结合剂粘结牢固，自励性能好，研磨效率比天然金刚石高，比天然金刚石便宜；适用范围研磨高硬材料和各种难切材料，如硬质合金、光学玻璃、宝石、石材、陶瓷和半导体材料等；显微硬度HV：10000.在研磨过程中磨料粒度对工件表面粗糙度有着直接的关系。查询资料可知W10的人造金刚石微粉磨料尺寸范围为7-14微米微粉按照一定标准混合而成。其散粒研磨，工件表面粗糙度可达3.3µm。采用固着磨料、工件表面粗糙度可达68nm。由此可见选用W10的人造金刚石微粉磨料做磨粒完全可以达到我们的磨具要求。经咨询和网上搜索得知柘城县世发金刚石制品有限公司的W10人造金刚石磨料比较符合我们的要求且厂家已答应邮寄样品过来(W102000元/公斤联系人：郭伟手机：[phone]结合剂环氧树酯的优点：(1)力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。(2)附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团，赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第6页共21页材等极性基材以优良的附着力。(3)固化收缩率小。一般为1%～2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为8%～10%；不饱和聚酯树脂为4%～6%；有机硅树脂为4%～8%)。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所以固化后体积变化不大。(4)工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(5)优良的电绝缘性。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。(6)稳定性好，抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温)，其贮存期为1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆，又因环氧树脂固化物呈三维网状结构，又能耐油类等的浸渍，大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。(7)环氧固化物的耐热性一般为80～100℃。环氧树脂的耐热品种可达200℃或更高。由于以上优势故本次磨具结合剂首选为环氧树脂。经查询资料和咨询厂家选择首次试验用结合剂为博罗县强力复合材料有限公司的107ab-2-4（厂家自己型号）型号环氧结合剂，48元/公斤，地址：广东博罗县龙溪镇小蓬岗陈屋工业区，电话：[phone]理由：李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第7页共21页经咨询和网上搜索得知这家工厂的107ab-2-4（厂家自己型号）型号环氧结合剂一直应用于磨头的制作上，其产品特点与我们的要求比较符合。【产品特点】●固化后有较强的韧性，粘接部位粘接强度高、抗冲击，耐震动，耐磨性能好；●固化物耐酸碱性能好，防潮防水、防油防尘性能佳，耐湿热和大气老化；●固化物具有良好的绝缘、抗压、粘接强度高等电气及物理特性。【适用范围】●推荐用于小磨头、电磨头等带柄磨头、刚玉磨头的粘接固定；●也可以用于电子元器件及工艺品、礼品的粘接固定，对于金属、陶瓷、玻璃、纤维制品及硬质塑胶之间的封装粘接，有优异的粘接强度；3.3辅料树酯磨具的辅助材料有填充剂、润湿剂、增塑剂、偶联剂、润滑剂、脱模剂、着色剂、稀释剂、增强材料等。这些主要是为了改善结合剂或磨具的某些性能（如强度、硬度、耐热性、导电性、表面质量等）本次试制本着简单、经济、方便、实用、环保等宗旨故除了为提高抛光性能用石墨和脱模时使用的脱模剂外暂不考虑其他方面辅助材料.查询相关资料可知石墨：石墨（C）作为抛光机和导电材料，能提高磨具的抛光性、弹性和导电性。可缓冲磨具与工件接触表面的震动，起柔软抛光作用，同时由于其导热李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第8页共21页性好，有利于降低磨削温度。而且在高温下能在磨具与金属之间起防焊作用，使切削不易粘附于磨具表面，防止磨具堵塞。经咨询和网上搜索得知：青岛华腾石墨公司，10µm石墨微粉比较符合我们要求且已联系过答应邮寄样品，14元/公斤，地址：青岛莱西市南墅镇，邮编：266613电话：[phone]手机：[phone]脱模剂脱模剂需考虑表面涨力小；有一定耐热性，防止高温下发黏；挥发性小，防止高温下挥发等要素。通常有硬脂酸锌、硅油、肥皂液、煤油石蜡混合物、地板蜡、机油等。由于我们本次试做温度控制在80℃以下、本着经济、实用、简单原则故选用肥皂液为首次试验用脱模剂。肥皂液的制法：用固体肥皂加水煮成肥皂液。3.4制造查阅资料和表1-1树酯磨具基本要素关系，首次试制品需有较高的切削能力等关系列出下表表3-1磨具组成成分名称体积百分数%作用人造金刚石（JR）树脂（S）石墨（C）45505磨削粘接（环氧树脂与固化剂由厂家配置提供）抛光，防堵成型方法：浇注法成型温度：常温烘干温度：60℃李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第9页共21页成型料的计算1.确定成型料总量；○1根据磨具的规格及加工余量，计算毛胚体积V=[∏(D2-d2)/4]H○2根据配方的成型密度（γ）计算成型单重单重=V·γ○3根据磨具数量，计算必须的投料量必须涂料量=磨具数量*单重○4考虑混料成型过程的消耗，计算成型的总投量总投料量=必须投料量*（1+附加消耗百分数）表3-2成型附加消耗百分量和最小附加量必须投料量kg附加消耗质量分数%最小附加量Kg120.00.101-1010.00.3010-504.00.6050-1003.02.00100-5002.53.005002.013.02.计算总投料中磨料的总质量○1以磨料质量为100份的配方表示法磨料总量=总投料量*[100/配方中各种材料质量分数总和]○2以各种材料的总量为100份的配方表示法磨料总量=总投料量*配方中磨料加入量的质量分数(3)计算每次混料的磨料量和混料批数○1每次混料的磨料用量根据混料机的规格确定每次混料的磨料用量，见表1-6李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第10页共21页○2混料批数混料批数=磨料总质量/每次磨料量表3-3每批混料质量范围（以磨料质量计算）kg混料机规格L磨料粒度F14-F180F100-F240F280-12001025501004-1512-2415-3620-1104-1311-2014-3320-902-108-1610-3020-604.计算每批次成型料中，其他材料的加入量○1以磨料100份的配方表示法结合剂量=每批磨料量*配方中结合剂加入量质量分数辅助材料用量=每批磨料量*配方中辅助材料加入量质量分数○2以各种材料总量为100份的配方表示法结合剂量=每批磨料量*[配方中结合剂加入量质量分数/配方中磨料加入量质量分数]辅助材料用量=每批磨料量*[配方中辅助材料加入量质量分数/配方中磨料加入量质量分数]3.4模具设计目前以加工ø53多半球形零件为例图3-1李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第11页共21页磨具模具主体磨具模具底座磨具模具上盖5所需协助物质问题及保障条件一、所需材料金刚石微粉（W10）500克、石墨（10微米）50克、环氧树脂胶1公斤、肥皂5块二、所需工具、A量杯（0-100ml）一个量杯（0-50ml）一个量杯（0-200ml）一个B搅拌棒两根C大口径针管（出口为Ø4mm）两支D电烤箱（0-150℃）E不锈钢锅（煮肥皂水用）一个F模具（见模具图3-1）3件李鹏飞QQ:1357303116邮件：[e-mail]第12页共21页G200W红外灯泡一支6结论从上述分析、论证可见，采用以金刚石微粉树脂磨具以W10金刚石微粉为磨料，以环氧树脂为结合剂，以10微米石墨微粉为辅材构成，以浇注法常温凝固成型，高温烘烤固结的方法成型的技术方案书是可行的。。金刚石微粉树脂磨具功能明确、原理清楚，能够满足使用要求。参考资料：国防工业出版社2003年10月版《高速研磨技术》杨建东田春林著机械工业出版社1982年12月版《机械工程手册