聚晶金剛石研磨工藝及機理研究
聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質合金相當的抗沖擊性，是一種被廣泛應用于有色金屬和非金屬材料精密加工的新型刀具材料。為充分發揮PCD刀具的優良性能，提高加工零件的表面質量，刀具前刀面(PCD表面)需加工成鏡面。目前，PCD鏡面通常采用樹脂基金剛石砂輪進行研磨加工，但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質相近，因而與傳統的研磨加工有著很大的不同，其研磨機理、研磨工藝具有自身的變化規律。本文對PcD研磨工藝進行了較系統的研究，并對其研磨機理進行了較深入的分析。 　　1試驗條件　　試驗在BDJP-902聚晶金剛石研磨機上進行；金剛石砂輪的類型、規格、尺寸為6A2250×36×50×5120B100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國GE公司生產的三角形1600PCD90T5/1.6標準刀坯。為提高試驗精度，減小試驗誤差，在一個夾頭上同時研磨3個尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測量PCD研磨表面形態及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌。　　2試驗結果　　1)冷卻液對去除率及表面粗糙度的影響　　PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區)和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區)兩種條件下材料去除量隨研磨時間的變化情況。試驗時作用在試件夾頭上的法向載荷為20N。　　PCD材料去除量與研磨時間的關系　　干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩態期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測量PCD表面形態及粗糙度：濕研磨時PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續狀態，即Rz>0.3µm，達不到鏡面要求；干研磨時表面粗糙度Rz隨研磨時間的延長而降低，其關系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時，PCD表面達鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長研磨時間表面粗糙度基本無變化，但根據表面形態觀察結果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應采用干研磨工藝，在試驗條件下，研磨20～30分鐘其表面可達鏡面；若對研磨表面的平面度要求較高，可適當延長研磨時間。　　2)法向載荷對去除率的影響　　PCD干研磨時作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個折點A(F=15N)，當≤15N時，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當F>15N時，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加。　　3結果分析及機理探討　　為了弄清產生上述試驗結果的原因，需對PCD材料去除機理進行探討。　　1)濕研磨去除機理　　濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸狀態完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現象說明PCD表面發生了脆性去除。筆者認為其脆性去除方式是動載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因為研磨狀態下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應力大大低于靜載荷下產生裂紋的極限應力值，因此基本不會發生靜載脆性去除。但英國學者coopr曾通過試驗指出：金剛石在沖擊載荷的循環作用下，產生裂紋的應力值大大低于所需的靜應力。而研磨過程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會產生疲勞脆性去除。濕研磨時PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時還可觀察到局部平滑區，這是PCD局部發生熱化學去除的結果。因濕研磨時雖然冷卻液加在研磨區內，PCD表面與砂輪間產生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區平均溫度較低，但仍會產生局部高溫接觸點，使此處PCD材料產生氧化、石墨化的熱化學去除。由此可見，PCD材料濕研磨時，其去除機理以疲勞脆性去除為主，同時存在局部的熱化學去除。　　2)干研磨去除機理　　其表面呈平滑形貌，基本無剝落坑，說明干研磨時PCD材料基本不發生疲勞脆性去除。干研磨時PCD材料去除機理應以熱化學去除為主。這是因為干研磨時冷卻液未加在研磨區，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產生的摩擦熱只能通過PCD片和砂輪擴散出去，所以研磨區平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無定形碳是熱力學上碳的穩定結構，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進行，PCD材料表面將會發生氧化、石墨化，同時表面還會產生一定的硬度軟化層。同時砂輪中金剛石磨粒也將發生氧化、石墨化，產生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度PCD軟化層硬度。因為干研磨時冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時通過研磨區，其保溫時間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進一步促使其產生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時PCD材料的熱化學去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度PCD軟化層硬度而產生一定的機械去除，由于產生機械去除的原因是熱作用的結果，所以在此稱為機械熱去除。　　綜上所述，由于干、濕研磨時PCD材料去除機理不同，從而導致干、濕研磨時材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時材料去除機理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時材料去除機理以熱化學去除為主，基本不發生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達到鏡面，而干研磨當砂輪磨損到一定程度時將會使PCD表面達到鏡面。干研磨時，隨著法向載荷F的增大，研磨區溫度將升高，PCD材料更易產生熱化學去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見圖3)。由耶格爾的觀點可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應與F基本成正比，但圖3中卻存在折點A(F=15N)，這與耶格爾的觀點并不矛盾，只是以折點A為分界點，PCD材料的熱化學去除方式發生變化而已。當F≤15N時，由于法向載荷F較小，研磨區平均溫度T＜750℃，因此其熱化學去除將以機械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當F＞15N時，研磨區平均溫度T＞750℃，其熱化學去除將同時以PCD表面氧化、石墨化及機械熱去除方式進行，因此材料去除率遠大于F≤15N時的去除率。　　從上述分析可知：只有干研磨才能使PCD表面達到鏡面，而PCD干研磨時材料的去除機理是熱化學去除，因此可以嘗試采用價格低廉、熔點較高的非金剛石磨粒的砂輪進行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時，高材料去除率必然帶來研磨后PCD表面硬度軟化加劇，這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命，因此PCD表面的鏡面加工應采用逐漸減載的干研磨工藝，既可保持較高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。石材

刻槽分裂法——石材礦山開采的好方法
二十多年來，我國石材工業發展迅猛，而石材礦山是整個石材工業發展的基礎，選用哪一種經濟的方法能減少鉆孔、開采出無裂隙、無內傷、光滑平整、具有理想規格的石材荒料，一直是人們十分關注的問題。石材 石材屬資源，在國外較發達國家，為了提高成材率，大都采用的機械化臺階式開采，如對大理石采用金剛石繩鋸，花崗石采用火焰切割等，雖在成材率上有一定程度的提高，但因其開采成本昂貴，在我國只有極少數幾家大型企業得以應用，大部分中小企業仍得不到推廣。現今常見的開采方式是：膨脹劑靜態爆破法分解石材，此方法雖比以前的黑火藥爆破法提高了成料率，但不足之處是耗時太長、鉆孔太密、用量大，相應成本就高。因此對提高石材開采的整個產量與效益幫助不大。筆者通過多年來對石材開采設備的研制，并借鑒國內外開采方式特點，采用當今設備的組合，了一種適合我國各大、中小型企業能普遍使用的新方法——刻槽分裂法。刻槽分裂法是采取全機械化開采石材，它取代了以往原始爆破法開采方式，使石材行業將真正邁向機械化開采時代，為我國石材的發展作出了一定貢獻。石材刻槽分裂法就是由方便易行的刻槽工具與靜態液壓分裂機所組成。，來了解一下這兩種新產品：一、刻槽工具在巖石鉆巖孔中，若能鉆鑿帶有對稱槽的孔眼，平行孔眼，就如同在玻璃上用金剛石劃條線一樣，產生應力集中，讓巖石按預定的方向分裂開來，這樣即可以減少鉆孔數量，又可開采出無裂隙、無內傷并且具有理想規格的石材荒料。本公司生產的專利產品（專利號：93210785）刻槽工具就具有上述功效。組成：由刻槽刀(長)與引槽刀(短)兩部分組成。原理：應力集中原理：巖石的抗壓強度大，抗拉強度小，充分利用這兩種之間的懸殊差異，使巖石處于受拉狀態，達到分離的目的。石材特點：刻槽工具就相當于兩根特殊的鉆桿，操作方便快捷易用，使用時，先鉆孔，鉆好孔后，取下鉆桿，換上刻槽工具中的引槽刀，劃線定位，定位后，再換上刻槽工具中的刻槽刀刻槽。其刻槽速度非常快，為鉆孔速度的15～20倍。且不會出現卡刀、刀具損壞、槽刀夾角太鈍而無法尖銳、螺旋槽等現象。槽刀使用壽命也長，一般一把槽刀在花崗巖上能刻300米以上，在大理石上能刻2000米甚至更長。刻槽深度可達6米以上。刻槽后，用液壓分裂機、靜態膨脹劑以及火藥炮轟均有效果，且用藥量相對未刻槽前減少1/3，花崗石孔間距可放開2～4倍，大理石的孔間距可放開到1.5～2倍，從而大大減少放藥成本和鉆孔數量。二、液壓分裂機 它由分裂機和動力油站兩大部分組成。由動力油站輸出的高壓油驅動油缸產生的推力，并經機械放大后即可使被分裂物體按預定方向裂開。原理：是利用巖石的抗壓強度高，抗拉強度低的特點，利用人工斜契原理通過以液壓高壓油為能量源達到使巖石分裂的效果。特點：1、安全、環保。液壓分裂機是在靜態液壓環境下可控性的工作，分裂快、油壓可調，其功率只有1.5千瓦，單機分裂力卻可達400-500T，一機可帶多槍；工作時，不會產生震動、沖擊、噪音、粉塵、飛屑等，周圍環境不會受到影響，即使在人口稠密地區或室內，以及精密設備旁，都可以無干擾地工作。2、經濟、使用。液壓分裂機數秒鐘就可以完成分裂過程，并且可以連續無間斷地工作，；其運行及維護保養成本很低，無需采取隔離、耗時和昂貴的安全措施，使用壽命長；巧妙、耐用性的結構設計，確保了其使用方法簡單易學，僅需單人操作；分裂機和動力油站具有體積小、重量輕的特點，搬運也十分方便。3、、靈活。液壓分裂機可以預先的確定分裂方向，分裂形狀以及需要取出部分的尺寸，分裂、拆除精度高。刻槽分裂法:就是把上屬兩種產品結合起來開采石材：在巖石鉆好孔后，用刻槽機刻槽，它起的作用是：1、預定其分裂方向；2、減少鉆孔量；3、理想規格法。刻好槽后，再用液壓劈裂器分離成型，它起的作用是1、分裂速度快2、安全、可控性好3、無裂縫，無內傷。這兩種設備都是使用了機械化開采石材，替代了以往爆破的原始化開采方式，成材率大大提高，且成本低，經濟、安全又環保，適合我國各大、中小企業的需要，是目前石材開采中理想的好方法。

礦山原料破碎機脈沖布袋除塵器原理
選礦廠在生產過程中很多工藝設備上都會有粉塵產生，要想使選礦廠各產塵點達到國家標準生產條件及排放的廢氣達到國家排放標準，對產塵點產生的粉塵進行控制，根據礦山粉塵的特點及性質，當然氣箱式脈沖布袋除塵器是理想的選擇，氣箱式脈沖布袋除塵器現已在全國大范圍推廣使用，均達到比較理想的運行效果。下面我們介紹下選礦廠幾處常見產塵點粉塵治理措施及除塵設備的選擇。　　1、礦山原料破碎系統除塵器對原料礦、塊礦以及石灰石、白云石、鋁土、原煤等原料的破碎機或粉碎機的投料口﹑出料口、振動篩上部以及帶式輸送機轉運點等部位設密閉裝置或集塵罩，轉運點受料處宜設雙層密閉罩。　　將產塵設備用密閉罩罩起來，或制作收塵小室，使罩內形成均勻負壓，避免粉塵外逸，或用敞口吸氣罩形成吸捕氣流，將暴露的塵化區控制在狹小范圍內，使攜塵氣流被吸捕抽走，通過除塵器凈化后經排氣筒(或煙囪)排入大氣。　　2、混勻配料槽的槽上卸料車和槽下定量給料工位應采取除塵措施。槽上卸料車產生的粉塵可采用移動風口通風槽或車載式除塵器，或設大容積密閉罩。對槽下定量卸料裝置產生的粉塵宜設雙層密閉罩。對混勻配料槽揚塵，宜設立的干式除塵系統，采用袋式除塵器。　　3、原煤破碎輸送除塵系統應采取措施。除塵器選用袋式除塵器，除塵布袋應具有防靜電功能;系統和設備應靜電接地，并設泄爆裝置。灰斗宜采取保溫或伴熱措施。　　4、原料堆場的抽風除塵系統包括礦石破碎、篩分除塵系統，石灰石破碎、篩分除塵系統，鋁礦石破碎除塵系統，以及煤破碎除塵系統等。對于產塵設備集中、粉塵性質相同和工作制度相同的產塵點，盡量采用大的集中除塵系統，便于管理，如石灰石破碎、篩分除塵系統多達幾十個產塵點集中在一個大系統中。否則可以采用小型的分散系統。各種除塵系統中多采用干式袋式除塵器。石材