การออกแบบและการประยุกต์ใช้ล้อที่ยึดด้วยเรซิน

1. บทนำเกี่ยวกับล้อเจียรเพชรแบบยึดด้วยเรซิน

เครื่องมือสำหรับวัสดุแข็งพิเศษที่เป็นสารยึดเกาะเรซินนั้นส่วนใหญ่ทำจากเพชรหรือ CBN เป็นสารกัดกร่อน ผงเรซินเป็นสารยึดเกาะ โดยเติมวัสดุอุดที่เหมาะสมลงไป จากนั้นจึงออกแบบสูตร ผสมน้ำหนัก กดร้อน การบ่มครั้งที่สอง การประมวลผลที่ตามมา และกระบวนการอื่นๆ ซึ่งใช้ได้กับความต้องการในการบดที่แตกต่างกัน
เมื่อเปรียบเทียบกับสารยึดเกาะเซรามิกหรือสารยึดเกาะโลหะ สารยึดเกาะเซรามิกมีคุณลักษณะของกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย เข้าถึงวัตถุดิบได้ง่าย ต้นทุนต่ำ และสามารถนำไปใช้กับวัสดุขัดคุณภาพต่ำที่มีความแข็งมากได้จำนวนมาก โดยสามารถแปรรูปวัตถุได้หลากหลาย เช่น เหล็กทุกชนิดที่แปรรูปได้ยาก โลหะผสมแข็ง แก้ว เซรามิก หิน เป็นต้น
เครื่องมือขัดเรซินแข็งพิเศษถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะว่ามีความคมในตัวที่ดีและไม่ง่ายต่อการเสียบในขั้นตอนการเจียร และชิ้นงานมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี และล้อเจียรก็ตกแต่งได้ง่าย

สารยึดเกาะเรซินที่ใช้ในเครื่องมือเพชรเรซินสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ เรซินฟีนอลิกและเรซินโพลีอิไมด์ อุณหภูมิการทำงานจริงของเครื่องมือเพชรเรซินฟีนอลิกไม่เกิน 120 องศา เรซินโพลีอิไมด์ทนความร้อนได้ดีกว่าและสามารถใช้งานได้นานที่อุณหภูมิ 260 องศา
ด้วยเรซินโพลิอิไมด์ที่มีราคาค่อนข้างแพง เรซินฟีนอลิกจึงถูกนำมาใช้มากขึ้น โดยเฉพาะในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ เมื่อนักวิทยาศาสตร์ปรับเปลี่ยนเรซินฟีนอลิกเพื่อผลิตอุณหภูมิการทำงานจริงมากกว่า 200 องศาเซลเซียส เช่น 939P จาก Advanced Mixed Limited ของสหราชอาณาจักร

เอกสารนี้จะแนะนำแนวคิดการออกแบบและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อเครื่องมือเพชรเรซินเป็นหลัก

2. การออกแบบเครื่องมือเพชรที่ยึดด้วยเรซิน

การออกแบบเครื่องมือเพชรที่ยึดด้วยเรซินนั้นส่วนใหญ่จะอิงตามห้าประเด็นต่อไปนี้:
(1) การยึดเกาะจะต้องดี
สารยึดเกาะสามารถกระจายได้อย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน อนุภาคสารกัดกร่อนสามารถควบคุมได้อย่างมั่นคงในเครื่องมือกัดกร่อน และสามารถยึดติดกับเมทริกซ์ได้อย่างแน่นหนา ซึ่งไม่เพียงทำให้สารกัดกร่อนไม่หลุดออกง่ายก่อนเวลาอันควร แต่ยังป้องกันไม่ให้สารยึดเกาะแยกตัวออกจากเมทริกซ์อีกด้วย ช่วยให้มั่นใจในความปลอดภัยในการผลิต
(2) ประสิทธิภาพการบดสูง ทนทานต่อการสึกหรอดี การประมวลผลความเรียบผิว (หรือความหยาบของพื้นผิว) ดี
เรซินยึดติดเนื่องจากความยืดหยุ่นและเปราะบาง ดังนั้นในการเจียรแบบลับคมเอง จึงไม่อุดตันง่าย แต่มีความทนทานต่อการสึกหรอต่ำ
ดังนั้น เมื่อเราศึกษาและออกแบบสูตรสารยึดเกาะ เราจะต้องพิจารณาภายใต้สมมติฐานของการรับประกันความต้องการด้านความเรียบ ไม่เพียงแต่ต้องมีประสิทธิภาพการบดสูงเท่านั้น แต่ต้องมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ด้วย
การเตรียมสารยึดเกาะเป็นสิ่งสำคัญ ควรเลือกอัตราส่วนของสารยึดเกาะให้มีประสิทธิภาพการบดสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดในการบดและลดต้นทุน
(3) ทนความร้อนได้ดี.
หากความต้านทานความร้อนของสารยึดเกาะไม่ดี ทำให้สารกัดกร่อนในกระบวนการใช้งานไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง การบริโภคอย่างรวดเร็ว และแม้กระทั่งความร้อนในการเจียรที่สูงเกินไป ทำให้สารกัดกร่อนเกิดการไหม้ แตกร้าว เป็นวงแหวน ฯลฯ ให้เลือกสารยึดเกาะที่มีความต้านทานความร้อนที่ดีและเติมสารตัวเติมที่เหมาะสม เพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อน
(2) ใช้สารหล่อเย็นสำหรับการเจียรแบบเปียกให้ได้มากที่สุดเพื่อเพิ่มความทนทานของเครื่องมือเจียร
(3) หากใช้การบดแบบแห้ง ให้ลดปริมาณการป้อนให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อปรับปรุงความทนทานของเครื่องมือบด
(4) ความแข็งแรงของสารยึดเกาะจะต้องสูง
ความแข็งแรงของสารยึดเกาะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเจียร ขนาดของการสึกกร่อน คุณภาพของชิ้นงาน และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของเครื่องมือเจียรในกระบวนการใช้งาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเข้าใจปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของสารยึดเกาะ
 

ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความแข็งแรงของสารยึดเกาะ ได้แก่ :

(1) การเติมสารตัวเติมจะทำให้ความแข็งแรงของสารยึดเกาะเพิ่มขึ้นหรือลดลง สารตัวเติมส่วนใหญ่จะเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและเพิ่มขึ้นตามปริมาณสารตัวเติมที่เพิ่มขึ้นภายในช่วงที่กำหนด แต่ค่าอัตราส่วนการสึกหรอจะลดลง
สารตัวเติมบางชนิด เช่น กราไฟท์และโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ที่เป็นของแข็ง เมื่อเติมลงไปแล้ว ความแข็งแรงจะลดลง ดังนั้นจึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดในการเลือกสารตัวเติมที่เหมาะสม
(2) ความหนาแน่นในการก่อตัวของสารกัดกร่อน (หรือความพรุนของสารกัดกร่อน) จะส่งผลต่อความแข็งแรงของสารยึดเกาะ
ความหนาแน่นในการขึ้นรูปของสารกัดกร่อนต่ำ มีรูพรุนสูง และความแข็งแรงของสารยึดเกาะต่ำ ในขณะที่ความแข็งแรงของสารยึดเกาะสูง
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องออกแบบพารามิเตอร์ของรูพรุนของเครื่องมือขัดอย่างสมเหตุสมผล
(3) อุณหภูมิการชุบแข็ง อุณหภูมิการชุบแข็งครั้งที่สอง และเส้นโค้งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของการขึ้นรูปด้วยสารกัดกร่อน จะส่งผลกระทบต่อความแข็งแรงของสารยึดเกาะ
ความแข็งของสารยึดเกาะจะต้องเหมาะสม และมีความทนทานต่อการสึกหรอดี
ความแข็งแรงของสารยึดเกาะต้องสอดคล้องกับความเร็วในการสึกหรอของอนุภาคขัดเพชร (หรือ cBN) อนุภาคขัดไม่ควรหลุดออกก่อนเวลาอันควรเนื่องจากการสึกหรออย่างรวดเร็วของสารยึดเกาะ ในกรณีนั้น สารขัดจะไม่ถูกใช้จนหมด ส่งผลให้เกิดของเสีย

3. ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อเครื่องมือเพชรที่ยึดด้วยเรซิน

เครื่องมือเรซินเพชรทำจากเรซินยึดเกาะ ฟิลเลอร์ และสารกัดกร่อนเพชร หลังจากผสมและบ่มด้วยการกดร้อน

คุณสมบัติของมันยังได้รับผลกระทบโดยตรงจากสารยึดเกาะเรซิน สารตัวเติม และสารกัดกร่อนเพชรอีกด้วย

3.1 อิทธิพลของสารยึดเกาะส่วนใหญ่ได้แก่ อิทธิพลของชนิดและเนื้อหาของสารยึดเกาะ เป็นต้น

(1) ลักษณะทั่วไปของเครื่องมือเพชรบอนด์เรซินทุกชนิดคือ ทนความร้อนได้ต่ำ ในกระบวนการกลึง เครื่องมือเพชรและชิ้นงานจะเกิดความร้อนจากอุณหภูมิสูงในพื้นที่ได้ง่าย เมื่อถึงค่าวิกฤตแล้ว การยึดเกาะของเรซินของเพชร เพชรจะหลุดออกเมื่อไม่ทื่ออย่างสมบูรณ์ ทำให้ต้นทุนการกลึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ปัจจุบันสารยึดเกาะเรซินถูกปรับปรุงให้มีความทนทานต่อความร้อนมากขึ้น

เรซินฟีนอลิกที่ดัดแปลงโดย Gao Liangchang ด้วยอัลคิลอีเธอร์สี่เหลี่ยม และทนความร้อนได้สูงกว่า 180 องศา

Du Yang และคณะ ได้สังเคราะห์โบโรซิลิโคนพรีโพลีเมอร์ กรดบอริก ฟีนอล และฟอร์มาลดีไฮด์เป็นวัตถุดิบของเรซินฟีนอลิกโบโรซิลิโคน BSP ใหม่ เนื่องจากมีการนำพันธะ BO และโซ่ซิลิคอนอินทรีย์มาใช้ในโครงสร้างเรซินฟีนอลิก เรซิน BSP จึงทนความร้อนและความเหนียวได้ดีเยี่ยม แต่ยังปรับปรุงคุณสมบัติต้านทานน้ำและความเสถียรในการจัดเก็บของเรซินอีกด้วย

เสี่ยวตงเจิ้งและคณะใช้ BMI (บิสมาเลอิไมด์) เพื่อดัดแปลงเรซินฟีนอลิก และได้เรซินฟีนอลิกที่ดัดแปลงด้วยบิสมาเลอิไมด์ที่มีความทนทานต่อความร้อนดี

(2) อิทธิพลของปริมาณสารยึดเกาะเรซิน

ปริมาณสารยึดเกาะเรซินมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการตัดเฉือนของเครื่องมือเพชร

แผ่นซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์ได้รับการแนะนำในเอกสารเกี่ยวกับล้อเจียรที่บางลง เนื้อหาของสารยึดเกาะเรซินเพิ่มขึ้น ความแข็งของล้อเจียร ความแข็งแรงในการบีบอัดจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย เมื่อเนื้อหาของสารยึดเกาะเรซินเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง การสึกหรอของล้อเจียรจะมีแนวโน้มสูงขึ้นเรื่อยๆ พื้นผิวของล้อเจียรมีแนวโน้มที่จะเกิดการอุดตัน ในเวลาเดียวกัน เนื้อหาจะสูงขึ้นในเวลาเดียวกัน ปรากฏการณ์การอุดตันจะยิ่งร้ายแรงมากขึ้น

(3) อิทธิพลของขนาดสารยึดเกาะเรซิน

ขนาดอนุภาคของผงเรซินที่ใช้ในการผลิตสารกัดกร่อนเพชรในประเทศจีนส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 80 ~ 180 เมช มีข้อบกพร่องสองประการในช่วงขนาดนี้ ประการหนึ่งคือส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติการขึ้นรูปของสารกัดกร่อน อีกประการหนึ่งคืออาจส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของสารยึดเกาะ

ในกระบวนการระงับ ผงไม้จะถูกให้ความร้อนเพื่อให้เนื้อไม้อ่อนตัวลงและมีสภาพเป็นของเหลวในระดับหนึ่ง ทำให้บรรลุเป้าหมายในการเคลือบสารกัดกร่อน แต่ในกระบวนการระงับ วัสดุยึดเกาะจะมีแรงดันในแม่พิมพ์ พื้นที่จำกัด และช่วงการไหลของเรซินก็จำกัด เมื่อขนาดอนุภาคของผงไม้หนาขึ้น จะมีส่วนหนึ่งของสารยึดเกาะที่มีฤทธิ์กัดกร่อนไม่แข็งแรง ซึ่งจะหลุดออกเร็วเกินไป

3.3 อิทธิพลของเพชรขัดผิวส่วนใหญ่จะรวมถึงอิทธิพลของการเคลือบเพชร ประเภทและขนาดของอนุภาค เป็นต้น

(1) หลังจากที่พื้นผิวเพชรได้รับการเคลือบด้วยโลหะแล้ว ความแข็งแรงในการบีบอัดของอนุภาคเดี่ยวจะดีขึ้น และอัตราการสึกหรอจะลดลง ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งาน

เมื่อเปรียบเทียบกับการไม่ชุบเพชร ฟังก์ชันเฉพาะมีดังนี้:

(1) การเคลือบด้วยพัลส์ความร้อนช้าของการเคลือบด้วยเพชรด้วยพันธะเรซินนั้น การนำความร้อนของเคลือบด้วยเพชรนั้นมีขนาดเล็กกว่าเพชร ดังนั้น เครื่องมือสัมผัส เม็ดเพชรที่อุณหภูมิสูงทันทีหลังจากการชุบจึงสามารถปกป้องชิ้นส่วนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนของเรซินได้ทันที โดยไม่ได้รับผลกระทบจากความเสียหายจากอุณหภูมิสูง

(2) การเคลือบเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของการยึดเกาะของเพชรและสารยึดเกาะ การเคลือบโลหะด้วยเพชรด้านใน สารยึดเกาะภายนอก และเรซินสามารถยึดเกาะได้ดี

(3) การเคลือบเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงในการบดอนุภาคเพชร โลหะชุบหลังจากแก้ไขข้อบกพร่องของอนุภาคเพชรแล้ว มีบทบาทในการเสริมแรง และการเคลือบประกอบด้วยโลหะเหนียว ช่วยให้ปรับปรุงความแข็งแรงในการบดอนุภาคได้

(4) การเคลือบอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทำหน้าที่ปกป้องการแยกตัว แยกออกซิเจนและสื่อที่เป็นอันตรายอื่นๆ ในเวลาเดียวกัน เมื่อทำการเจียรที่อุณหภูมิสูง การเคลือบบนผลึกเพชรที่เป็นกราไฟต์สามารถทำหน้าที่ยับยั้งได้

(2) ผู้ผลิตวัสดุแข็งพิเศษในประเทศและต่างประเทศได้จำแนกประเภทวัสดุขัดแข็งพิเศษไว้ค่อนข้างละเอียด ซึ่งวัสดุขัดเพชรคุณภาพต่ำหรือวัสดุขัดเพชรที่มีความคมในตัวเองสูงและคุณสมบัติการบดละเอียดระดับไมโครที่ผ่านการบำบัดด้วยเทคโนโลยีพิเศษ ส่วนใหญ่ใช้ในการเตรียมเครื่องมือเพชรที่ยึดด้วยเรซิน