最初生产的多数是陶瓷砂轮, 陶瓷结合剂砂轮的优点是其天然多孔和化学稳定性好, 因而适用于干磨和湿磨, 特别是使用水基和油基磨削液的条件下. 但是, 陶瓷砂轮的弹性较差, 并且需要很高的烧结温度, 限制了它的发展. 酚醛树脂结合剂砂轮具有弹性好, 对震荡, 冲击, 侧压的敏感性小的优点. 其高稳定性使其能够适应较高转速和提高了磨削性能, 因而特别适用于磨削砂轮和切割砂轮, 它的良好弹性使其适用于超精确磨削和表面抛光.
酚醛树脂结合剂砂轮的生产工艺主要有冷压工艺, 半热压工艺和热压工艺三种.
1. 冷压工艺:
冷压工艺使用的结合剂有润湿剂和粉状树脂, 通常用作润湿剂的有液体酚醛树脂, 糠醛, 糠醇, 甲酚等, 用的最多的是液体酚醛树脂. 决定液体树脂和粉状树脂使用比例(通常叫做液粉比)的因素有:
磨料粒度分布, 填料类型, 填料用量, 液体树脂的粘度, 粉状树脂的性质等. 如果液体树脂的粘度越大, 完全包覆磨料表面就需要更多的液体树脂;磨料和填料的粒度越小, 其比表面积就越大, 液体的用量也就越多;粉状树脂的分子量越高, 游离酚越低, 其与液体树脂的附着力就越差, 需要的液体量就越多. 以上几种情况均需提高液粉比. 一般用液体树脂作润湿剂, 液粉比选用1: 2—1: 4, 而用糠醛或糠醇与蒽油的混合物作润湿剂, 液粉比选用1: 6—1: 8.
混料机要经过工艺验证, 能够达到理想的混合效果并且不损坏磨料为佳. 加入细粉后的混料时间一般为2—5分钟, 过短不能够保证混料均匀, 过长树脂膜易脱落, 并且导致料温升高, 树脂予固化.
混料程序如下:
首先将磨料, 通常是混合粒度, 进行予混, 再加入润湿剂, 均匀润湿磨料后, 再将已与其他粉状填料予混好的粉状树脂加入, 继续混合至均匀. 混好的磨料要有较好的可塑性和流动性, 物料不能太湿, 否则容易结块, 更不能有粉团, 同时保证有好的流动性, 以保证注模充分, 一般采用过筛的办法除去结块.
判断物料可塑性好坏的方法是:
抓一把混好的物料, 用手轻轻一捏就会成团为佳. 一般将粉状物料加入润湿好的磨料中容易形成粉团, 目前已逐渐被淘汰, 现在用的较多的是双锅混料法, 就是先将磨料与润湿剂在一个混料机中混合, 同时另外一个混料机中将粉状树脂和其他粉状填料混匀, 再将润湿好的磨料倒入粉料中, 混合均匀即可. 双锅混料的优点是既可以不产生粉团, 又能避免污染, 易于清洗料锅. 将混好的物料过筛后, 即可以用于压制了.
压制程序如下:
将模具安装好, 称量所要求量的磨料添入模具空腔, 刮平后压制. 需要放置增强玻纤网片的按要求放入. 然后在室温下加压, 一般冷压的压力范围为15—30N/mm2, 最好是15—25 N/mm2. 压力大小的选择取决于物料的可塑性和砂轮要求达到的密度. 不宜使用过高的压力, 否则会将磨料压碎. 压制时间一般为5—50秒, 最好是5—30秒, 时间长短取决于砂轮要求达到的密度和形状以及物料的可塑性的好坏. 然后就可以将砂轮取出进行下一步的操作——固化了.
固化程序如下:
固化操作可以置于固定的固化炉中进行, 也可以在流动的隧道式固化窑中进行. 用固化炉固化, 砂轮的安放位置特别重要, 一般将砂轮用钢质或陶瓷质的圆盘固定, 以保证砂轮在固化过程中不变形, 均匀放置于炉内, 炉内要有空气循环以使各部位受热均匀, 然后启动升温程序进行固化;用隧道式固化窑固化, 先将砂轮用钢质或陶瓷质的圆盘固定, 再放置到小车中, 推入隧道内, 按设定速度运行. 一般初温为60—80℃, 终温为160—190℃, 整个固化过程需用时20—25小时, 最后降温至40—60℃, 打开炉门, 即可取出砂轮了.
在整个加热过程中发生物理和化学变化, 各个温度阶段主要发生以下反应: 80℃时树脂开始熔融, 有水份蒸出, 固化反应开始; 110℃时六次分解并促使熔融的树脂发生交联, 同时释放出氨气, 水等气体; 110—180℃树脂进行交联直至完全固化, 大量的氨气释放. 高温区时间过长会导致树脂的过固化, 在砂轮硬度升高的同时, 导致砂轮的强度下降, 一般根据砂轮的不同要求选择不同固化曲线和固化终温. 终温为165—170℃, 砂轮硬而韧性好;终温为175—180℃, 砂轮硬;终温为185—190℃, 砂轮硬而脆.
2. 半热压工艺:
半热压工艺的压制温度一般为50—65℃, 其余工艺与冷压工艺完全一致. 在这一压制温度下液体树脂的粘度变小, 能够很好的将粉状树脂融为一体, 使整个树脂体系的流动性提高, 更容易充分穿透各个空间, 即使压机的压力不太高, 也能够很好的成型, 保压时间也不需要太长, 特别适用于连续作业的自动化压制生产线.
3. 热压工艺:
热压工艺一般用于制造较大密度的砂轮, 普通砂轮的密度一般为 2.4—2.7g/cm3, 最高2.9g/ cm3, 而高密度砂轮的密度可达3.1—3.5g/ cm3, 要达到这么高的密度, 热压工艺是最合适的了. 热压工艺的混料要求与冷压工艺不同, 一般采用干混法, 或者用小于磨料重量的1%的糠醛做润湿剂湿润磨料, 再与粉状树脂混合均匀. 粉状树脂一般选用流动度小的, 合适的范围是15—20mm甚至更小, 不能使用液体树脂和流动度大的粉状树脂是因为热压时容易溢脂.
压制:
压制温度范围为160—170℃, 压制时间为30—60秒/毫米砂轮厚度, 例如压制一个60mm厚的砂轮参考以下要求: 压力: 20—40N/mm2;压制温度: 150—170℃;压制时间: 30—60分钟. 在压制过程中, 予压后4—8分钟内要放气一次或几次. 固化: 热压后的砂轮已经具有相当的强度, 但是要达到最佳的性能仍然要进行固化处理. 固化温度为160—180℃, 固化时间8—12小时.