陶瓷磨具制造文档格式.docx
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9.
抗冲击强度是衡量结合剂
韧性和脆性
的指标。
二、说明下列名词与概念（本题20分）（每题2分）
1.磨具的硬度：
指结合剂在外力作用下，抵抗磨粒从磨具表面脱落的抵抗力。
或磨粒从表面上脱落的难易程度。
（2分）
砂轮的不平衡：
砂轮是一种不均质的物体，当砂轮旋转时，由于砂轮质量中心与它的旋转中心不相重合而产生离心力，造成了工作系统的振动的状态。
3.定压成型：
：
按配方表中坯体的成型压强和受压面积计算出压机表压，根据实测的成型密度，计算出参考单重，从而压出一定体积（控制厚度）的坯体。
4.着色剂：
使磨具烧后呈一定颜色的添加物质。
结合剂的可塑性：
粉状结合剂加一定量的水调和，在外力作用下做成一定形状的泥团而不开裂，当停止外力作用以及烘干后，能保持原有形状而不变形的能力。
6.干燥速率：
指单位时间内在单位被干燥坯体面积上所能蒸发的水分量。
7.结合剂的反应能力：
刚玉磨具在焙烧过程中，磨粒表层的Al2O3能部分地溶入结合剂的熔体中，使结合剂桥内的Al2O3含量增加，这种Al2O3的相对增量称为结合剂的反应能力。
烧结结合剂：
结合剂的耐火度高于磨具焙烧温度。
9.砂轮的镶孔：
是把具有—定形状和尺寸的硬塑料圈，以一定的压力将其嵌入砂轮的内孔中。
10.
湿法干燥：
干燥初期使用被水蒸气完全饱和的热空气来加热湿坯，待湿坯内外均匀加热以后，降低热空气的相对湿度，在干燥后期提高热空气的温度，降低相对湿度达到完全干燥。
三、简答题（本题32分）（每题4分）
1．简述耐火度对陶瓷磨具性能的影响
答：
耐火度是结合剂的主要性能指标之一，它对磨具烧成温度有很大影响：
在烧成温度一定
时，若耐火度偏高，则磨具烧成时烧结程度较差，结合剂与磨粒结合不牢，会降低磨具的硬度和强度（2分）；
若是耐火度偏低．则烧成时液相量增多，液相粘度变小，会使磨具硬度增加，并容易使磨具产生发泡、变形等废品。
2．影响结合剂加入量的因素
（1）
磨具的硬度；
（1分）
（2）
磨料的种类和粒度；
（1分）（3）
结合剂的种类；
（1分）（4）
磨具成型方法。
（1分）
细粒度磨具用结合剂的特点
（1）结合剂粒度较细；
（1分）
（2）结合剂的高温性能好、适中，并具有相当的韧性等；
（1分）（3）用于水浇注磨具之结合剂的悬浮性好，干坯强度高；
（1分）（4）微粉级粒度的磨具多采用专门的低温结合剂。
4．硼玻璃在结合剂中的作用有哪些
（1）硼玻璃作为催熔剂，能显著地降低结合剂的耐火度；
（1分）
（2）增加结合剂的流动性、湿润性；
（1分）（3）提高结合剂的反应能力；
（1分）（4）改善结合剂与磨料间的结合状况，提高磨具的强度。
5.磨削加工砂轮的方法主要有哪些
（1）用金刚砂磨削加工砂轮平面；
（2）用磨轮加工砂轮；
（3）砂轮互相对磨加工砂轮外径；
（4）
用钻头引导磨粒加工砂轮孔径。
菱苦土磨具的主要特点
（1）原材料丰富，价格便宜，制造工艺简便，成型后常温硬化即成。
（1分）
（2）磨削时磨具的自锐性好，不易烧伤工件，磨削效率高。
（1分）（3）结合剂润滑性能好，摩擦系数小，不仅可减少摩擦热，而且提高加工表面光洁度。
（1分）（4）抗潮能力差，磨削时自身消耗大，故使用速度不宜过高。
7.棕刚玉磨具色泽发白的原因
（1）烧成操作高温阶段，供给氧气过量或烧成温度过高，使刚玉磨粒产生过多的A12TiO5；
（2分）
（2）刚玉磨料中A12O3含量超过95％时会产生棕刚玉磨具发白。
8．原料变化对粘土—
长石类结合剂的性能有什么样的影响
（1）结合剂的可塑性随粘土含量的增加而增加；
（1分）
（2）磨具的干湿坯强度一般随粘土含量增加而增加；
（1分）（3）结合剂耐火度随粘土含量的增加而相应提高；
（1分）（4）碳化硅磨具的结合剂桥中物相为玻璃相、莫来石、和残留长石与石英等。
刚玉磨具结合剂桥中多为玻璃相，有时有少量残留长石与石英。
四、计算题（本题5分）
A
F80N砂轮，设配方表中规定磨料为100，结合剂用量为14，湿润剂用量为，
粘结剂用量为，求7号组织的成型密度。
（棕刚玉的颗粒密度取cm3）
解：
（定模）成型密度与磨具坯体磨粒率有如下关系：
100/mVaa（2分）
其中：
ΣW=100+14++1=，（1分）a
=，7号组织对应的磨粒率为
aV=62-2×
7=48（%）（1分）
则
=×
×
100=（g/cm3）（1分）
五、判断题（本题10分）（每题2分）
（判断下列各题的对与错，对的打“√”，错的打“×
”并且改正，不要在原题上改。
）
干燥的目的是把坯体中的水分排除。
（×
）（1分）
改正：
干燥的目的是把坯体中的大部分水分排除，提高坯体的干强度。
石英的晶型转化中横向转化伴随的体积变化大，因此危害性大。
石英的晶型转化中横向转化伴随的体积变化大，但速度很慢，因此危害性不大。
要完整地表示一个普通磨具的特性，必须具备7项内容。
要完整地表示一个普通磨具的特性，必须具备8项内容。
烧结范围是烧结结合剂的一个重要性能，若过窄不利于稳定产品质量。
（√）（2分）
磨具硬度一定时，调整成型密度及结合剂用量，可以得到任意组织号的磨具。
磨具硬度一定时，调整成型密度及结合剂用量，可以得到一定范围组织号的磨具。
六、分析说明题（本题18分）（每题9分）
分析说明压制过程中坯体发生怎样的变化
1）
密度的变化（3分）
压制过程中随着压力的增加，松散的粉料迅速形成坯体。
坯体的相对密度发生有规律的变化。
可分三个阶段：
①坯体密度急剧增加（降低气孔率）；
②坯体密度缓慢增加（脆性变形前抵抗力）；
③坯体密度线性增加（压力超过极限变形应力）。
2）强度的变化（3分）
坯体的强度与成型压力的变化关系可分为三个阶段：
①压力较低，虽由于粉料颗粒位移填充空隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以强度并不大。
②成型压力增加，不仅颗粒位移和填充孔隙继续进行，面且能使颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力的相互作用，因此强度直线增高。
③压力继续增大，坯体密度和孔隙率变化不明显，强度变化比较平坦。
3）
坯体中压力的分布（3分）
压制成型遇到的一个问题是坯体中压力分布不均匀，即不同的部位受到的压力不等，因而导致坯体各部分的密度出现差别。
2．分析说明用作陶瓷结合剂的长石为哪种
长石是作为催熔原料而引入结合剂中的，作为催熔原料，应有宽的熔融温度范围，比较高的高温粘度，以及良好的溶解其它物质的能力。
（2分）上述性能与长石的成分及杂质的含量关系很大。
一船而言，钾长石开始熔融的温度为1200℃左右，（1分）生成白榴石及硅
氧溶液，从开始熔融到完全熔化，温度范围为30～40℃，（1分）其熔融范围及高温粘度均是各种长石中最佳的，（1分）熔融的长石玻璃态物质能溶解一部分粘土分解物及部分石英，（1分）促进成瓷反应及莫来石晶体的生长发育。
（1分）不仅如此，所述性能随温度变化而变化的速度很慢，因而有利于烧成控制和防止制品变形。
（1分）因此，用作陶瓷结合剂的一般为钾长石。
（1分）
试卷二卷
一、填空（本题19分）（每空1分）
⒈
我国标准将磨具硬度分为
七
大级，
十九（1分）
小级。
磨具硬度的选择与
工件性质（1分）
磨削条件（1分）
有关系。
结合剂的高温润湿性是指
高温下结合剂熔体对磨料的润湿能力
陶瓷磨具烧成的升温阶段易产生内径
裂纹，降温阶段易产生外径裂纹。
定压成型配方表中
磨料与结合剂质量之和（1分）
作为100份。
有机湿润剂既起
湿润剂的（1分）
作用，又有
临时粘结剂的（1分）
作用。
使用
熔化的石蜡（1分）
为介质的烧注成型为热蜡注成型。
弹性模量E是一个重要的材料常数，它反映了
材料内部质点间的结合强度的大小（1分）
制定磨具烧成制度的原则是
按陶瓷磨具的最佳热工制度实现陶瓷磨具的最优化烧成（1分）
10．高速砂轮高速磨削的特点
提高产生效率（1分）
、
提高工件表面质量（1分）
提高工件加工精度
提高砂轮使用寿命（1分）
11.
在硫化水泥中，滑石或石墨起
润滑作用（1分）
，防止
砂轮磨损磨床的主轴（1分）。
二、说明下列名词与概念（本题12分）（每题2分）
砂轮的力矩不平衡
砂轮的旋转轴线与其惯性轴线在砂轮质量中心处相交，但不重合。
磨粒率
磨粒在磨具中所占体积百分比称为磨粒率。
模具腔体密度
该密度等于成型料质量除以成型模具腔体体积。
湿润剂
为使成型料具有必要的成型性能，并在成型和干燥后保持一定的强度，需要加入一些具有湿润作用和粘结性能的物质，这些物质称粘结湿润剂。
5.干燥
湿坯内水分蒸发排出的过程称为干燥。
结合剂的反应能力
三、判断题（本题12分）（每题2分）
磨粒的硬度越高，制备磨具的硬度也越高。
磨粒的硬度越高，制备磨具的硬度不一定也越高。
用糊精做湿润剂可以防止SiC磨具产生黑心现象。
用糊精做湿润剂不一定能防止SiC磨具产生黑心现象。
3．干燥过程中，水蒸汽首先从坯体表面蒸发，然后坯体内部的水分再扩散到坯体表面。
加工表面硬度很高的工件时，需采用较硬的磨具。
加工表面硬度很高的工件时，需采用较软的磨具。
在定压成型过程中，成型压强对磨具硬度的影响是通过成型密度实现的，因此成型压强
和成型密度的影响因素相同。
在定压成型过程中，成型压强对磨具硬度的影响是通过成型密度实现的，但两者的某些影响因素各不相同。
6．超硬材料陶瓷磨具中超硬材料的浓度越大，磨具耐用度越高，因此，应尽可能选择高浓度。
超硬材料陶瓷磨具中超硬材料的浓度越大，磨具耐用度越高，但成本也高，因此在满足加工效率和加工质量及磨具使用寿命要求的前提下，应尽量选择低浓度以降低成本。
四、简答题（本题32分）（每题4分）
1．磨具组织对磨削性能的影响
（1）磨具组织的松紧，决定着磨具中气孔的多少和单位面积上有效磨削刃的疏密。
（1分）
（2）组织松的磨具，磨削生热较少，容屑空间大，排屑方便，可减少磨削过程中的堵塞。
（1分）降低磨削点温度，减少工件的热变形和烧伤、裂纹等加工变质层的产生。
（1分）（3）组织紧密的磨具，气孔小，容屑的空间少，排屑较困难，气孔容易堵塞。
但是组织紧密的磨具表面上的单位面积内的磨粒数较多，磨具的轮廓形状易于保持，故有利于加工（工件），降低表面粗糙度和精度提高。
2．砂轮不平衡产生的主要原因是什么
（1）砂轮几何形状不对称，如孔径偏心，二端面不平行等；
（2）砂轮密度不均匀，致使旋转中心线两边质量不等。
3．烧成升温阶段的300～800℃坯体的主要变化有哪些
（1）黏土类矿物排除结晶水；
（1分）
（2）粘结剂的碳化及燃烧；
（1分）（3）黏土中杂质的氧化分解；
（1分）（4）石英的晶型转变；
（5）水玻璃、硼玻璃的熔融。
4．烧熔结合剂的特点
1）物相组成——在焙烧温度下，绝大部分为玻璃相。
（1分）2）原材料——使用较多的熔剂材料，传统熔剂材料有长石、滑石、硼玻璃、萤石、锂辉石等。
近年来也采用各种预熔玻璃料，如硼硅玻璃、硼铅玻璃、针瓶玻璃等，以及一些化工原料。
（1分）3）反应能力、高温润湿性较好。
强度高、硬度稳定。
（1分）4）结合剂用量较少，磨削性能较好，不易烧伤工件。
5）主要用于刚玉类磨具。
易使SiC磨具黑心。
5．超硬材料陶瓷磨具中所用磨料的种类和作用
（1）主磨料，即金刚石或立方氮化硼（CBN）磨料，（1分）在超硬材料陶瓷磨具中起主要磨削作用的磨料。
（1分）
（2）辅助磨料，以白刚玉磨料和碳化硅磨料居多。
（1分）辅助磨料在磨具工作层（即超硬材料层）中起提高砂结比作用和辅助磨削作用，能够提高磨具的磨削比和减少低浓度磨具制造工艺上的困难。
在非工作层中起结构骨架的作用。
6．干燥速度确定的依据是什么
主要有干燥方法、（1分）磨料粒度、硬度、（1分）结合剂量、（1分）成型方法及规格等。
7．说明烧成冷却过程中采取快速冷却必要性和充分性。
充分必要性是指快速冷却可使结合剂熔体尽可能转化为多的玻璃相（少量析晶），（1分）有利于磨具强度的提高，并可缩短烧成周期；
（1分）坯体塑性状态进入弹性（脆性）态之前，结合剂为粘性流体，（1分）快速冷却时无应力产生，不会导致对磨具的破坏。
8．水浇注成型混料排气泡的措施
（1）调整料缸的角度；
（1分）
（2）调整加水量；
（1分）（3）静止沉淀，除去料浆表面上的清水，以使料浆压实；
（1分）（4）加入少许氨水。
五、计算题（本题5分）
F46N砂轮，设配方表中规定磨料为100，结合剂用量为12，湿润剂用量为，粘
结剂用量为，求8号组织的成型密度。
ΣW=100+12++=，（1分）a
=，8号组织对应的磨粒率为
8=46（%）（2分）
六、分析说明题（本题20分）（每题10分）
分析说明压制过程坯体密度变化的影响因素
a）V～V0——正比关系（颗粒级配→初装堆积密度）（空隙率）（2分）
粉料装模时自由堆积的空隙率V0越小，则坯体成型后的孔隙率V也越小。
因此应控制粉料的粒度和级配，或采用振动装料以减少V0，从而可得到致密的坯体。
b）V～P——反比（指数）关系
（压力）（2分）
增大压力P可使坯体孔隙率V减少，而且它们呈指数关系。
实际生产中受到设备条件限制，以及坯体质量的要求P值不能过大。
c）V～t——反比（指数）关系
（时间）（2分）
延长加压时间t，也可降低坯体气孔率，但会降低生产率。
生产中一般对高厚度砂轮终压保压1～2
min。
d）V～f——正比（指数）关系（颗粒间摩擦力—球形、润滑剂）（2分）
减少颗粒摩擦力f也使坯体孔隙率降低。
实际上，粉料经过造粒得到球形颗粒，加入成型润滑剂或采用一面加压一面升温（热压）等方法均可达到这种效果。
e）V～k——反比（指数）关系
（模具或坯体形状及尺寸等）（2分）
坯体形状、尺寸及粉料性质对坯体密度有影响，压制过程中，粉料与模壁产生摩擦作用，导致压力损失。
坯体的高度H与直径D之比（H／D）愈大，坯体密度更加不均匀。
模具不够光滑，材料硬度不够，都会增加压力损失。
模具结构不合理（出现锐角、尺寸急剧变化），某些部位粉末不易填满，会降低坯体密度和密度分布不均匀。
综合分析陶瓷磨具强度的影响因素
要点：
（1）磨料种类（陶瓷结合剂）：
陶瓷结合剂刚玉类磨具的强度高于碳化硅类（1分）
（2）磨料粒度：
细粒度磨具强度较高（1分）
（3）磨具硬度：
高硬度磨具强度较高（1分）
（4）磨具组织：
紧密组织的磨具强度较高（1分）
（5）结合剂种类：
有机结合剂磨具强度较高（1分）
（6）孔径与外径的比值：
孔径与外径的比值较小的磨具强度较高（1分）
（7）磨具厚度：
高厚度磨具强度较高（1分）
（8）磨具形状：
形状简单的磨具强度较高（1分）
（9）不平衡值：
不平衡值小的磨具强度较高（1分）
（10）补强状况：
采用补强措施有利于提高磨具的强度（1分
实现的。
成型压强对磨具硬度的影响是通过对成型密度的大小来实现的。
成型的关键是保证坯体的形状尺寸正确。
成型的关键是使坯体达到规定的尺寸并保证磨具密度均匀和不产生裂纹、起层等缺陷。
结合剂烧结温度范围的宽窄直接影响着磨具烧成温度确定。
结合剂耐火度的高低直接影响着磨具烧成温度的确定。
1．新型陶瓷刚玉磨具的特点
（1）磨粒锋利、韧性好，切削能力强，磨削效率高。
（1分）
（2）砂轮耐用度高，使用寿命长。
（1分）（3）砂轮自锐性好，不堵塞。
（1分）（4）性价比高，应用领域广，因此易于推广应用。
2．硼玻璃对结合剂的影响有哪些
3．用于磨具制造的湿润剂应具备哪些性能
对磨料和结合剂具有良好的润湿性，（1分）较好的粘结性，（1分）粘度随温度的变化要小，（1分）不易使成型料结团，配制容易，无毒，清洗容易。
4．干燥过程水分的扩散（机理）
包括三个过程：
1）传热过程——热气体通过湿坯表面边界层将热传给湿坯表面，再以传导方式向内部传递。
2）
外扩散过程——湿坯表面水分汽化由湿坯表面边界层向外界（干燥介质）中扩散。
内扩散过程——水分自湿坯内部向表面扩散。
由2个过程控制（1分）
①湿传导——水分自坯体内部向表面扩散（H2O浓度差C）
②湿热传导——水分自坯体高温向低温方向移动（1分）
5．定模成型配方表的特点
a）
以磨粒质量为100份，结合剂、粘结湿润剂等均为磨粒质量为100份时的分数；
（2分）b）
按组织号控制成型密度；
（1分）c）
成型压强为参考数据。
6．超硬材料陶瓷磨具的特点
超硬材料陶瓷磨具一方面具有超硬材料磨具的共性：
磨削能力强，磨削温度较低，磨具磨损较小，使用寿命长。
（2分）另一方面，具有陶瓷结合剂磨具的优点：
耐热性、耐油性、耐水性、耐酸碱性均较好，适应在较广的冷却液条件下进行磨削；
磨具形状保持性好，磨削精度高；
磨具中有较多的气孔，有利于冷却和排屑，磨削时不易堵塞，不易烧伤工件，磨具有较好的自锐性，修整间隔较长；
修整比其它结合剂磨具容易，修整维护费用适中。
超硬材料陶瓷磨具能够很好地满足难加工材料和一般材料的高精磨削和高效磨削需要，并适合在数控磨床和自动化生产线上应用。
7．定压成型磨具组织的主要变化规律
当结合剂、湿润剂种类和成型压强相同的情况下，磨粒率与结合剂用量成反比，即结合剂↑，硬度↑，磨粒率↓，组织变松，气孔率↓。
磨料及磨具的硬度相同，细粒度的磨具组织比粗粒度的疏松，有时加大成型压强也不大容易改变这种趋势。
一般可以认为湿润剂用量的增减对磨具组织号的影响不显著。
4）定压成型磨具组织在两个组织号内波动的概率为95％左右。
可以满足磨具组织号精度要求。
8．粉料的工艺性能有哪些
粒度和粒度分布；
粉料的堆积特性；
粉料的拱桥效应（桥接）；
粉料的流动性。
五、计算题（本题4分）
已知某坯料的干燥收缩率为%，烧成收缩率为%，若用该坯料制做的烧结试样，问此试样的湿坯长度应为多少该坯料的总收缩率为多少
由
%
LLLS干
%
1
1LLS烧
得L0=≈63（mm）（1分）
LLS总（1分）
六、分析说明题（本题16分）（每题8分）
1．分析烧成分解氧化阶段的主要任务、磨具坯体的特点、容易产生的缺陷。
主要任务：
（1分）（5）水玻璃、硼玻璃的熔融。
磨具坯体的特点：
磨具坯体强度较低。
容易产生的缺陷：
易产生开裂缺陷。
2．分析说明结合剂热膨胀系数对磨具性能及磨削使用的影响
（1）结合剂与磨粒热膨胀系数的匹配性对结合强度的影响（3分）
若磨料的膨胀系数小于结合剂的膨胀系数，则产品在冷却时，结合剂的体积收缩比磨料大，结果结合剂桥将产生张应力，削弱了结合剂桥的作用。
相反，若磨料的热膨胀系数大于结合剂的膨胀系数，当产品冷却时，磨料的体积收缩较大，磨粒拉离结合剂桥，削弱了结合剂桥的固结程度。
因此二者应接近，一般认为相差不应超过一倍。
（2）对生产的影响（2分）
应考虑α随温度变化的平缓性及在相应温度范围的适应性。
（3）对磨削使用的影响（3分）
在磨削过程中，磨具进入磨削区，若结合剂的膨胀系数大于磨粒的膨胀系数，由于磨削热的作用，则结合剂产生—种压应力，更紧地把持着磨粒，使其不易脱落、表现为韧性的增加。
相反，磨粒易于脱落，表现为脆性的增加。
试卷十卷（参考答案及评分标准）
磨具（固结磨具）一般由
，
，和
三部分构成。
结合剂反应能力的实质上是
由磨具组织号与磨粒率的关系可知，6号组织所对应的磨粒率是
用作湿润剂水玻璃的模数为，若水玻璃中SiO2的含量为%，则其Na2O的含量为
多孔磨具的特点
是
超硬材料陶瓷磨具常用的三种结构
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