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陶瓷结合剂超硬材料砂轮的“另类”基体

2010/11/6/15:54来源:磨商网作者:罗伯诚,罗林

磨商网、四川大学国家大学科技园、川大技术转移中心联合技术转移推广项目:

 陶瓷结合剂超硬材料砂轮的“另类”基体
罗伯诚    720研究所/教育部辐射物理及技术重点实验室/四川大学
罗 林 四川大学/超硬材料实验室


    陶瓷结合剂超硬材料(金刚石、立方氮化硼)砂轮是超硬材料磨具的主要构成部分,大致占超硬材料磨具总量的30%。和传统陶瓷结合剂砂轮相比较,陶瓷结合剂超硬材料砂轮具有磨削能力强、磨削热低、磨削精度高、使用寿命长等诸多优点,能够胜任自如地对难加工材料和普通材料进行高精度、高效率磨削加工,尤其适用于数控磨床、自动化生产线使用。进入新世纪以来,由于市场需求的增长,陶瓷结合剂超硬材料砂轮发展迅速,国内陶瓷结合剂超硬材料砂轮的年产量已达2亿克拉左右。
   与传统陶瓷结合剂砂轮生产工艺不同的是,陶瓷结合剂超硬材料砂轮较少采用整体压制成型,再经干燥、烧结的工艺方法,而是更多采用预压成型节块,次经干燥、烧结,然后将节块粘附于基体(钢或铝、铜等)之上的工艺。图1是陶瓷结合剂超硬材料砂轮的生产工艺流程。金属基体(钢基为多)的重量在陶瓷结合剂超硬材料砂轮的总重量中要占90%以上。在含有超硬材料磨粒的工作层消耗殆尽,不再具有磨削能力之后,基体往往被作为废钢铁处理,也有厂家对基体表面清理加工处理后再重新作为基体使用的。目前A3钢和45钢市场价(成都地区市场价,下同)在每吨6000元左右。如果要用作陶瓷结合剂超硬材料砂轮基体,还要经过机加工,再加上必要的工艺耗损等,每吨价格远超6000元。以常见的︱A︱150×32×13砂轮为例,其每片总重量为500g,基体重量即达450g,基体价值大于3元∕片。如果厂家将陶瓷结合剂超硬材料砂轮使用完后,把基体作为废钢铁售出,只能按300元∕吨价收回,即每片︱A︱150×32×13砂轮基体回收0.135元,与原值相比,直接损失在95%以上!磨削加工在机加工总量中超过40%。假定国内使用陶瓷结合剂超硬材料砂轮只占各种砂轮总用量的10%,其废弃金属基体的总价值绝不会是一个小数。

陶瓷结合剂—∣泥沙—成型—干燥—烧成
超硬材料—︱基体—粘结—后加工—检验

图1:陶瓷结合剂超硬材料砂轮生产工艺流程

    另一方面,传统陶瓷结合剂砂轮的废芯(即被法兰遮盖而无法完全使用的部分),也往往被作为工业废料处理,回收价为500元∕吨。全国每年有多少废砂轮芯被回收,大概也没有人加以统计。
如果将传统陶瓷结合剂砂轮的废芯作为相应陶瓷结合剂超硬材料砂轮的基体,就能够达到“化腐朽为神奇”变废为宝,节约金属材料的目的。其好处是明显的:
1. 以废芯作为基体代替同规格的钢或铝、铜等基体,按各自的市场回收价格相比几乎达到“零投入”的程度;
2. 废芯基体是陶瓷材料,与陶瓷结合剂超硬材料砂轮具有天然“亲和性”,而且废芯原有的大量气孔有利于后续烧结过程中低熔物质的渗入,比节块粘接法结合更牢固,大大减少使用中的安全隐患;
3. 成型方法简单,不增加工艺难度。
我国是资源不足的国家。李克强副总理最近讲:节约资源“形势依然严峻”。根据有关部门预测,到2020年我国可保证需求的矿产资源仅有9种,Fe、Mn、Cr、Cu、AL等金属将面临长期短缺的局面。资源形势是如此严峻,的确不可掉以轻心。对于包括超硬材料工具在内的制造业而言,必须直面现实,未雨绸缪,早图良策,努力改进产品设计、制造方式,改变管理模式,实现节能减排降耗,资源综合利用、循环利用,以适应低碳经济时代对制造业的更高要求。