本文简介:笔者在对磨具配方的一系列研究基础上,对磨具配方的编制、试验和计算都提出了一些新的方法,同时考虑 了组织号在配方中的作用,给出了适用的计算公式。所得结论及公式对陶瓷和树脂砂轮都同样适用。采用本文所提出的方法进行新配方试验和原有配方的验证时,对 配方的准确性和试验速度都将有很大的提高。
- 配方的表达方程
做
配方试验时都是先根据经验选取几个适当的硬度级为配方点,然后做样块进行试验,得出数据再根据经验给出试验点之间各硬度级的数据,做出全配方。这样的实验
方法过程长,参数变化大,过程不易掌握,即使是同一实验过程由于经验和技术水平的差别,每个试验人员都可能给出不同的配方。
为使配方脱离经验的不确定性,使独立的实验数据之间建立起有机的联系,笔者探讨了使用计算的方法。为了对配方数据进行计算首先要确定一个函数式,对函数式的要求是:
- 配方的计算误差在 0.1% 左右
- 函数式尽量简单
笔者分析试用了幂函数、指数函数、样条函数、回归方程等多种函数式,最后选择了基本满足上述要求的回归方程作为表达磨具配方的函数式。
A=b0+b1X+b2X2+b3X3 (1)
以配方中的结合剂量为例,笔者用方程 (1) 对16#~180#及微粉级的典型磨具配方加以验证,其数值精度都接近预定的要求(见表1)。
表(1) 配方结合剂量与计算值的比较
硬度级 | G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | |
X | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
A | 方程 | A=4.5+X(b0=4.5,b1=1) | |||||||||||
结合剂 | 10.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 | 14.5 | 15.5 | 16.5 | ||||||
计算值 | 10.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 | 14.5 | 15.5 | 16.5 | ||||||
误差 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||||||
A | 方程 | A=19.0-4.375X+0.75X²-0.03125X³ | |||||||||||
结合剂 | 12 | 13 | 14.5 | 16 | 17.5 | 19 | 20 | 20.5 | |||||
计算值 | 12 | 13 | 14.4 | 16 | 17.6 | 19 | 20 | 20.5 | |||||
误差 | 0 | 0 | -0.1 | 0 | +0.1 | 0 | 0 | 0 | |||||
A | 方程 | A=15.4-1.482X+0.482X²-0.02232X³ | |||||||||||
结合剂 | 17.5 | 19 | 21 | 23 | 25 | 26.5 | 27.5 | 28.5 | |||||
计算值 | 17.3 | 19.1 | 21 | 23 | 24.9 | 26.5 | 27.7 | 28.5 | |||||
误差 | -0.2 | +0.1 | 0 | 0 | -0.1 | 0 | +0.2 | 0 | |||||
WA | 方程 | A=36-7.792X+1.25X²-0.05203X³ | |||||||||||
结合剂 | 22 | 23 | 25 | 27 | 29 | 31 | 32 | 32.5 | |||||
计算值 | 21.8 | 23 | 24.84 | 27 | 29.16 | 31 | 32.2 | 32.5 | |||||
误差 | -0. 2 | 0 | -0.16 | 0 | +0.16 | 0 | +0.2 | 0 | |||||
WA | 方程 | A=14.95-0.4373X+0/1591X²-0.005243X³ | |||||||||||
结合剂 | 15.5 | 16.5 | 17.5 | 19 | 20.5 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | ||
计算值 | 15.5 | 16.4 | 17.6 | 18.9 | 20.5 | 22.17 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 | ||
误差 | 0 | -0.1 | +0.1 | -0.1 | 0 | +0.17 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
此后我们将收集到的前苏联、前东德、以及日本等国的磨具配方用方程(1)进行计算,包括以后历次学习班学员计算的结果不下数百个配方,都证明方程(1)是配方数据较好的表达式,它对D—糊精、R—润湿剂、γ—成型密度等的计算同样适用。
- 配方试验
- 磨具配方表的格式
普通磨具的配方一般有三种表示方法,一种是以磨料为100% ,其他材料都以占磨料的百分数表示,如表 2,
表 2 A 46# 陶瓷结合剂配方表 (%)
硬 度 | H | J | K | L | M | N | P | Q | R |
磨 料 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
结 合 剂 | 9 | 10 | 12 | 14 | 17 | 19 | 21 | 23 | 26 |
糊 精 | 2.0 | 1.8 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.2 | 1.0 | 0.9 | 0.8 |
润 湿 剂 | 2.5 | 2.9 | 3.3 | 3.7 | 4.2 | 4.7 | 5.2 | 5.7 | 6.2 |
密 度 | 2.15 | 2.18 | 2.21 | 2.25 | 2.29 | 2.33 | 2.38 | 2.42 | 2.46 |
这种表示方法的优点是调整配方中任何一项数据时不直接影响其他数据的数值。例如表2 中,硬度H 的结合剂量由9 %变为10 %时,糊精、润湿剂和成型密度等仍可以是 2 %、2.5 % 和2.15 g/cm³。
我国70年代以前的配方大多都不标组织号,但确定组织号的磨粒率是可以由配方数据计算出来的,如表2中硬度H配方点的磨粒率为:
u=γ/d×ΣW (2)
u--毛坯磨粒率
γ—成型密度
d—磨料颗粒密度
ΣW—配方百分重量总合
u=2.15/3.92×(100+9+2+2.5)%=0.4832≌48%
毛坯组织号按磨粒率48%换算:
N=(62-48)/2=7
即硬度为H 的配方点毛坯组织号,N=7
陶瓷结合剂磨具配方的另一种表示方法为磨料百分数与结合剂百分数之和为100%,配方如表3,
表 3 A 60# 陶瓷结合剂磨具配方表(%)
硬 度 | H | J | K | L | M | N | P | Q | R |
磨 料 | 91.5 | 91 | 90 | 88 | 86 | 84 | 82 | 80 | 77 |
结 合 剂 | 8.5 | 9 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 23 |
糊 精 | 3.0 | 2.8 | 2.5 | 2.0 | 1.8 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 1.0 |
润 湿 剂 | 2.8 | 3.2 | 3.5 | 4.0 | 4.4 | 4.9 | 5.2 | 5.5 | 6.1 |
密 度 | 2.16 | 2.18 | 2.22 | 2.24 | 2.28 | 2.30 | 2.34 | 2.38 | 2.42 |
这种配方表毛坯磨粒率的计算与前例略有不同,如表3中硬度H 配方点的毛坯磨粒率为:
u=γ×91.5% /3.92×(91.5+8.5+3+2.8)%
=0.4765≌48%
由毛坯磨粒率换算成毛坯组织号;N=7
此外还有一种配方表是将不同材质不同粒度的磨具的结合剂量、成型密度、润湿剂等分别列表,结合起来使用。
- 试验配方表的编制
在给出试验配方表的材质、粒度后首先根据需要或经验确定磨具的组织号(也可以先确定结合剂量),然后再给出几个点除密度以外的其他数值(也可用公式算出,容令文介绍)密度可由式(2)算出,例如表(4)
表(4)拟定的实验配方表(%)
步骤 | 内 容 | a | b | c | d |
A 180# | 100 | 100 | 100 | 100 | |
1 | 磨粒率 | 45 | 44 | 44 | 44 |
2 | 结合剂量 | 16 | 18 | 21 | 27 |
3 | 粘结剂量 | 1.6 | 1.5 | 1.2 | 0.8 |
4 | 润湿剂量 | 4.3 | 5.0 | 5.5 | 6.5 |
5 | 成型密度(g/cm3) | 2.15 | 2.18 | 2.25 | 2.32 |
以a点的密度为例计算:
γ=d×u×∑w=3.92×45%×(100+16+1.6+4.3)%=2.15
配方表中的磨粒率一般是随材质、粒度和硬度变化的,棕刚玉的磨粒率较白刚玉要高些。其数值可参考表(5)
表(5) 刚玉磨具的磨粒率
G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | Y | |
16# | 52% | 54% | |||||||||||
20# | 51% | 52% | 53%~54% | ||||||||||
24# | |||||||||||||
30# | |||||||||||||
36# | 50%~51% | 52%~53% | 54%~56% | ||||||||||
46# | 49%~50% | 50%~51% | 52% | ||||||||||
60# | 47%~50% | 49%~50% | 50%~52% | ||||||||||
70# | |||||||||||||
80# | |||||||||||||
100# | 47% | ||||||||||||
120# | |||||||||||||
150# | 47%~46% | 44%~46% | |||||||||||
180# | |||||||||||||
220# | 46%~45% | 41%~42% | |||||||||||
240# | |||||||||||||
280# | 41%~42% | 42% | |||||||||||
320# |
进一步的工作是按表(4)的数据做样块实验,测定硬度。
- 名义硬度
磨具的硬度分成各种硬度级由软到硬用字母F~Y表示,数值由硬度计测定。因为使用的硬度计不同所以测定的数值之间不能互相比较,为此我们将磨具硬度的测定值转化成"名义硬度--X"
X=Nx+(Hs-Hc)/(Hb-HA+K) (3)
X—名义硬度
NX—硬度序数; F=0, G=1, H=2, ……
Hs—测定值
Ha—HS所在硬度级的首端数值
Hb—HS所在硬度级的末端数值
Hc—(Ha+Hb)/2
K—仪器修正值: 洛式值 K=1; 喷砂值 =-0。01
按表(4)数据所作试块的硬度值,见表(5)
表(5)试块洛式硬度值
硬 度 | a | b | c | d |
试 块 均 值 | 53.76 | 60.71 | 78.23 | 90.38 |
名 义 硬 度 | 4.86 | 5.63 | 7.53 | 9.68 |
由表(4)的配方数据和名义硬度值求回归方程:
A=-35.93+21.51X-2.912X2+0.1406X3 (4)
D=1.764+0.07114X-0.02556X2+0.0008186X3 (5)
R=-24.06+12.24X-1.702X2+0.07887X3 (6)
γ=1.957+0.03816X+0.0006688X2-0.0000765X3 (7)
将名义硬度值X代入式(4),(5),(6),(7)得出实验配方表,见表(6)
表(6) 计算出的实验配方表(%)
硬 度 | K | L | M | N | P | Q | R |
A180# | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
结合剂 | 12.5 | 16.4 | 18.7 | 20.2 | 21.8 | 24.3 | 28.6 |
粘结剂 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.1 | 0.9 | 0.7 |
润湿剂 | 2.8 | 4.5 | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.8 | 7.1 |
密 度 | 2.12 | 2.16 | 2.19 | 2.23 | 2.27 | 2.30 | 2.33 |
磨粒率 | 46 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 44 |
计算出的新配方还需要进行验证,试生产;投产要慎重!
树脂结合剂磨具配方的设计与其近似,粉状树脂相当于陶瓷结合剂磨具配方中的结合剂,液体树脂相当于润湿剂,填料相当于粘结剂的位置;套用陶瓷结合剂配方设计的过程就可以了。