陶瓷磨具生产工艺解析

　　1.配混料的准备工作

　　（1）检查各类衡器的灵敏度；

　　（2）配混料前结合剂要过筛，清除结块和杂质；

　　（3）磨料结合剂和氧化铁等辅料要分别放置避免混杂。

　　2.配料容易出现的问题

　　（1）配错结合剂，造成发泡、黑心、硬度不符等；

　　（2）称错磨料或结合剂数量，造成硬度不符；

　　（3）配错辅助材料或混入杂质磨料，粗颗粒磨料等。

　　3.混料工艺

　　（1）150#以粗型料的混合流程，见图1-4-1

　　混合时间约8至15分钟。

　　（2）180#以细型料的混合流程，见图1-4-2

　　混合时间约18分至30分钟。

　　型料过8~24#筛。

　　（3）混料质量

　　①混好的型料用手抓起能成团，轻捏能散开，较适合于成型；

　　②不能有明砂、既不粘有结合剂的砂粒，也不能有结合剂砂团，否则容易造成砂眼或熔洞；

　　③混料时间要适当，过短湿坯强度差，易裂纹、掉砂。混料时间过长容易结块；

　　④润湿剂量过大时成型易粘底板；水玻璃过量易引起发泡，硬度偏高。

　　1.成型方法

　　（1）定单重成型单重固定以改变成型压力来控制毛坯厚度，这种成型方法制品的密度波动在0.02~0.05g/cm3之间。

　　（2）定压力成型成型压力固定，以改变成型单重来控制毛坯厚度，其成型密度值波动在0.04~0.08g/cm3之间。

　　（3）定容积成型单重固定，毛坯厚度以改变模具尺寸，加减盖板，调整垫片来控制，不控制压力，压平为止。其r值波动＜0.04g/cm3。

　　定容积成型精度较高，受压机精度影响较小，其次为定单重成型。

　　2.成型过程

　　手工成型过程大都是经过摊、搅、括、压几个步骤来完成。使用转模、自动均匀投料效果好。

　　（1）加压过程 加压时成型料与模套和蕊棒之间存在一定摩擦力，这种摩擦力沿型坯高度减弱压力的传递，易使毛坯上部硬下部软，造成组织不均；使薄片砂轮易翘楞、变形。为减少上下面的压力差，比较简单的方法是使用垫铁。

　　加压程序 模套下加垫铁——加总压力的1/3——抽出垫铁，靠摩擦力使模套悬空——加到总压力。

　　如果抽出垫铁后模套落到机台上则失去加垫铁的作用。

　　（2）垫铁厚度 垫铁厚度可如下计算：

砂轮直径 ∮≥100mm h=2√￣ 4≤h≤25

砂轮直径 ∮＜100mm h=0.32√￣ h≥0.5

　　式中 h——垫铁厚度mm；

　　H——成型砂轮厚度mm。

　　3.成型过程中易出现的废品

　　（1）不平衡 主要原因是投料不均，摊料不均，括料不平，压机偏斜，盖板压圈偏斜，盖板上有垫砂等。

　　（2）孔径裂纹。

　　①盖板孔磨损过大，打芯棒易歪斜。

　　②湿坯强度过低，振动出纹。

　　③卸模不正。

　　（3）平面裂纹。

　　①湿坯强度低，产生振动裂纹。

　　②湿坯强度低，揭模盖时偏斜。

　　（4）粘模。

　　①润湿剂量过大，料粘。

　　②模具有锈。

　　③脱模剂未擦匀。

　　（5）起层起层的主要原因是压力过大或是细粒度磨具易起层。解决的方法：

　　①缓慢加压，避免冲击。

　　②重复加压和保压一定时间。

　　③使用较好的模具。

　　1.干燥的过程

　　（1）干燥是坯体脱水过程，坯体水分保持在0.4~0.6%时机械强度最高，一般坯体含水为0.4~1%，这部分水在烧成升温时除去。具体干燥过程如下：

　　加热——坯体——升温——水分蒸发——内部水分向表面扩散——达到干燥要求

　　（2）坯体收缩 坯体随干燥过程失去水分而产生收缩，含水量越多收缩越大；结合剂中粘土多则收缩大，制品粒度越细收缩越大。坯体内外、上下、左右收缩不一致时则产生应力，应力过大则产生变形、裂纹。

　　2.坯体性质对干燥时间的影响

　　干燥工艺中一般在60℃~80℃之间保温一段时间，最终温度在100℃~110℃之间。特细、特硬、特大砂轮采取特殊工艺，增加干燥时间；增加低温干燥时间40℃~60℃干燥2~3天。坯体对干燥时间的影响，见下表：

　　干坯保存时间要尽量短，时间长易反潮，或将干坯放在加热的平台上。

　　3.干燥过程易产生的废品

　　（1）裂纹 产生裂纹的主要原因是升温过快或制品组织不均收缩不一致，应降低干燥速度。

　　（2）起层 主要出现在内外径上或内部，起因是成型压力过大，加压过快或料干湿不均，组织不均，干燥后出现明显起层。

　　（3）翘楞 主要出现在厚度薄的砂轮上，原因是砂轮组织不均或升温过快砂轮上下面干燥不一致，收缩不一致造成的。

　　（4）耍圈 干燥过快，坯体干燥不一致。

　　1.窑内的气氛

　　强氧化气氛 O2含量 8~10%

　　氧化气氛 O2含量 4~5%

　　中性气氛 O2含量 1~1.5%

　　还原气氛 O2含量 ＜1%

　　空气过剩系数：α

　　α=实际空气量

　　理论空气量

　　控制氧化气氛时 α＞1

　　中性气氛 α＝1

　　还原气氛 α＜1

　　磨具焙烧一般需要氧化气氛，倒焰窑要适当提高闸板，勤加煤，勤清灰。1000℃以上落火时间为15~20分钟。

　　2.升温速度

　　（1）800℃以前升温可快些。

　　（2）800℃~1100℃ 20℃/h左右

　　（3）1100℃~1300℃ 5℃~10℃/h

　　（4）最终温度下保温6~8小时。

　　直径大的，厚度高的和回烧制品升温速度要减慢。SiC制品要在1020℃至1040℃之间控制最低的升温速度约2.5℃/h，避免黑心。

　　冷却速度在1000℃以前可快冷却，低于1000℃要缓冷，600℃~500℃控制在每小时降温20℃~30℃。

　　3.窑内压力

　　（1）400℃以前保持负压，约为-0.5~1mmH2O以便排除水分。

　　（2）400℃后压力逐渐升高，最高可达到3.5~6mmH2O。

　　烧成的最终控制应以三家锥为准，控制过程中辅以热电偶和光学高温计。

　　4.液化气窑的特点

　　（1）窑体占地面积小，窑体紧凑，没有燃烧室，出灰口等占地面积。

　　（2）不需要过高的烟囱，无烟尘排放，减少污染。

　　（3）不需要大面积的储煤场，减少占地。

　　（4）点火容易，升温快，调整温度方便，烧成时间短。一般倒焰窑烧成时间约50小时左右，液化气窑约20小时左右，并且冷却时间也短。

　　（5）温度稳定，因烧咀分布均匀，易于调节各部温差。

　　（6）液化气窑的实际升温速度为：

　　900℃以前80~100℃/小时

　　900℃以后40~60℃/小时

　　保温6~8小时。

　　1、窑内温度 以倒焰窑为例，喷火口附近温度高，顶部温度高；下部和窑门附近温度低。

　　2、装窑部位

　　（1）上部 M~Y SiC材质，粗粒度磨具

　　（2）中部 K~R 直径大，厚度高，粒度细的磨具

　　（3）下部 G~L 结合剂耐火度低的磨具

　　（4）边垛 直径小的砂轮。

　　码垛要求平稳，垂直。注意不能压吸火孔。

　　垛与垛之间要留有空隙，温度低的部位留空大些，以增加火焰流通，提高温度的均匀性。

　　刚玉磨具使用石英垫砂一般为24#~46#，石英砂要求铺均匀撒满。SiC材质的磨具可使用6#~10#石英砂，粗粒稀撒，以增加透气性，减少黑心。

　　3、隧道窑装车与倒焰窑原则是一样的，大同小异。

　　4、特殊要求。

　　（1）H≤13mm的薄片砂轮要夹装，避免变形。

　　（2）大气孔砂轮于每落顶部带装一片。

　　5、出窑时制品温度应在60~70℃以下。

　　1、裂纹 主要是500℃~900℃之间升温过快或升温不均。冷却时降温快。

　　2、发泡 烧成温度过高，保温时间过长。温度局部过高。

　　3、变形 升温过快，温度偏高，装垫不平。

　　4、黑心 300℃~500℃氧化氛围不足，有机物未燃尽；700℃~900℃氧化气氛不足，1000℃左右保温时间不够，分解的SiC未充分氧化；隧道窑烟气倒流造成制品渗碳。

　　1、磨具加工的发展主要是刀具与机床的变化。由早先使用刀碗加工，到上世纪70年代前后大量采用平磨，对磨等加工方法使加工工艺有了很大发展。新世纪以来，金刚石工具的使用使过去很长时间得不到解决的问题有了转机。例如，磨钢球砂轮的加工，现在使用金刚石砂轮，其平面、内孔和外圆都得到了很好的加工效果，所以推广金刚石刀具的使用将使磨具加工出现一个新的局面。

　　2、后加工的第二个问题是灌孔，长期以来都是以硫磺灌孔，硫磺恶臭一直挥之不去。采用注塑灌孔设备又比较复杂，投资大。采用一种相对简单而有效的灌孔材料和方法，实乃众望所归。

　　3、磨具成品的浸渍对提高制品的使用效果也是很有成效的，例如：某资料介绍制品浸硫磺和不浸硫磺时使用效果的对比，见下表：

　　除浸硫磺外，还可以浸石蜡、松香等。

　　浸渗的作用有：润滑、冷却、补强，可以提高工件光洁度，减少烧伤。

　　4、真空浸渗硫磺目前主要用于研磨油石和超精油。

　　渗硫工艺 油石预热到150℃放入真空罐，抽真空，然后将熔化的硫磺放入罐中，约浸渗1小时取出，冷却后加工。

文/李印江 教授级高级工程师

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