耐水PVA磨具是日本原創(chuàng)產(chǎn)品，上世紀(jì)八十年代，國內(nèi)最先用于精磨磁頭。深圳、蘇州、成都、寧波等地都建有磁頭廠，起初就是為了滿足這些廠家的國產(chǎn)化需求，第二砂輪廠才開始進(jìn)行這項(xiàng)研究。當(dāng)時(shí)最好用的是日產(chǎn)FBB砂輪，密度在0.8g/cm3左右。這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)散后，國內(nèi)相繼建了多家磨具廠，專門生產(chǎn)磨磁頭砂輪。但總體水平偏低，磨具性能調(diào)整范圍有限，僅僅是在內(nèi)銷磁頭生產(chǎn)上部分替代日產(chǎn)砂輪。近年來，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和國內(nèi)外制造水平的日益提高，各種新型耐水PVA磨具，尤其是低密度產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)需求十分旺盛。而按照原來的那些制造技術(shù)，要獲得低密度產(chǎn)品，只能通過調(diào)整砂結(jié)比來實(shí)現(xiàn)，這樣勢必造成磨具的磨削能力和磨削效率低下，“蹭大于磨”，增加磨削熱。很顯然，要想改變這種落后狀況，很有必要對耐水PVA磨具制造過程再做進(jìn)一步的深入研究。
　　
　　1、耐水PVA磨具的性能特點(diǎn)
　　
　　理想的耐水PVA磨具，具有大量類似于海綿結(jié)構(gòu)的豐富的微氣孔，有很好的彈性及吸水性。作為“彈性水磨石”，耐水PVA磨具強(qiáng)度高，發(fā)熱少，散熱快，能避免研磨產(chǎn)生的高溫，不易燒傷工件，能防止出現(xiàn)螺旋形燒傷、花斑和振紋；耐磨性強(qiáng)，鋒利度好，具有磨削刃前角變動(dòng)的能力，自銳性優(yōu)異，磨削阻力均勻，磨削過程中不需要修整磨具，不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染。特別適宜于不銹鋼、有色金屬和硬質(zhì)合金等熱敏材料的的精磨、超精磨和鏡面磨削。
　　
　　2、技術(shù)要素分析
　　
　　耐水PVA磨具制造技術(shù)的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確控制磨具的氣孔率和砂結(jié)比，調(diào)整縮醛化速度。
　　
　　砂結(jié)比控制的難點(diǎn)在確定PVA和熱固性樹脂的添加比例上，比例過大，耐水性能不好，結(jié)合不牢；比例過小，漿料難以混勻，甚至?xí)霈F(xiàn)凝聚沉淀。選用和PVA溶液混和性能好、互溶比例范圍變化大的熱固性樹脂，是解決這個(gè)技術(shù)難題的有效辦法。據(jù)資料介紹，目前國外已經(jīng)成功使用的熱固性樹脂有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和氨基樹脂。
　　
　　磨具的氣孔率是依靠機(jī)械攪拌混入空氣和添加發(fā)泡劑產(chǎn)生氣孔兩種工藝方法來保證的。密度較大的磨具一般只通過調(diào)整攪拌速度和攪拌時(shí)間直接控制。攪拌速度越快，攪拌時(shí)間越長，漿料中的泡沫越多，孔徑越小，分布越均勻，制品的氣孔率就越高。對于那些密度較小的制品，則要添加化學(xué)發(fā)泡劑。通過發(fā)泡引入足量氣體，在縮醛化成型之前采取機(jī)械打泡方法調(diào)整氣泡大小和泡沫均勻度，再選擇合適的縮醛化反應(yīng)條件，從而控制成品密度和泡孔結(jié)構(gòu)。發(fā)泡劑的加入量要準(zhǔn)確控制，太少，制品成閉孔結(jié)構(gòu)，影響磨削效果；太多，則泡孔大小不一，制品的強(qiáng)度降低，會(huì)使磨粒產(chǎn)生不均勻脫落。一般控制在磨料質(zhì)量的5%以內(nèi)。另外，要制得密度足夠小的制品，還需要在漿料混制過程中多添加一定量的水，同時(shí)加入增稠劑、觸變劑、泡沫穩(wěn)定劑等混合助劑來提高漿料體系的穩(wěn)定性。因?yàn)樵黾铀亢螅瑵{料變稀，磨料易沉降分層，泡沫不穩(wěn)定。泡沫本來就是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，泡膜排液和泡內(nèi)氣體擴(kuò)散均會(huì)導(dǎo)致泡膜破裂，氣泡聚并，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)荨Ｔ黾踊炝蠝囟群脱娱L攪拌時(shí)間，會(huì)使?jié){料混制得更加均勻，而漿料攪拌的越均勻，磨料顆粒越能穩(wěn)定地懸浮在漿料中。
　　
　　PVA縮醛化是一個(gè)相對緩慢的過程，在低于50℃的條件下，大約需要反應(yīng)近40小時(shí)，縮醛化度才能達(dá)到60－70%。升高溫度，可縮短縮醛化時(shí)間。提高縮醛化度，可增加產(chǎn)品的脆性，降低彈性。為保證磨具制品具有適度彈性，一般縮醛化度控制在70%左右。另外，初始縮醛化溫度過高，泡內(nèi)氣體膨脹，使泡壁變薄，彈性降低，排液速度加快，出現(xiàn)破泡，小泡并成大泡，致使氣孔結(jié)構(gòu)和分布發(fā)生改變，不易得到組織均勻的產(chǎn)品。初始縮醛化溫度過低，縮醛化速度太慢，易出現(xiàn)磨料顆粒沉降分層，低密度的氣泡上浮，同樣不能得到氣孔均勻的制品。而且低溫時(shí)間也不能過長，否則泡孔易固定成閉孔結(jié)構(gòu)。閉孔結(jié)構(gòu)的制品，冷卻液不易浸透，潤滑及冷卻效果不好，磨削不易均勻。總之，要控制好適當(dāng)?shù)某跏挤磻?yīng)溫度，既不使泡孔過早破泡、并泡，又要使泡孔在均勻狀態(tài)下相對固定，然后再適時(shí)升高溫度，使相對固定的泡孔破裂，形成開孔結(jié)構(gòu)，得到上下密度均勻的制品。
　　
　　酸和醛的加入量不能少于配方要求，過多則是浪費(fèi)。催化劑用量小，反應(yīng)速度慢，縮醛化時(shí)間長，縮醛化度低。催化劑用量增大，縮醛化反應(yīng)速度初期增加很快，中后期則漸趨于平緩，產(chǎn)品的縮醛化度隨之增大。甲醛用量對縮醛化反應(yīng)速度及產(chǎn)品縮醛化度的影響類似于酸催化劑，即體系中的甲醛濃度越高，初期反應(yīng)速度就越快，中后期則基本不變，縮醛化度同樣也隨甲醛濃度的增加而提高。酸催化劑、甲醛的用量過小、過大都會(huì)破壞漿料體系的平衡。過小時(shí)，反應(yīng)速度太慢，漿料會(huì)因凝固時(shí)間過長出現(xiàn)濃度梯度，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)两捣謱樱贿^大時(shí)，由于反應(yīng)速度太快，熱固性樹脂的固化反應(yīng)速度大于PVA的縮醛化反應(yīng)，同樣會(huì)因樹脂的聚沉而出現(xiàn)沉降分層。另外，酸催化劑、甲醛的用量越大，水洗難度越大，不但增加成本，不易回收，又污染環(huán)境，而且如果水洗不凈，還會(huì)腐蝕制品表面，輕者產(chǎn)品兩面顏色不一致，影響美觀，嚴(yán)重時(shí)制品表面會(huì)因腐蝕而變黑。
　　
　　干燥過程是磨具濕坯體內(nèi)水分排出蒸發(fā)的過程。其中，水分自濕坯體內(nèi)部移向坯體表面，稱為內(nèi)擴(kuò)散；濕坯體表面的水分吸熱汽化，蒸發(fā)到大氣中，稱為外擴(kuò)散。初始干燥溫度過高，外擴(kuò)散速度大于內(nèi)擴(kuò)散速度，會(huì)導(dǎo)致坯體因收縮不均而變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋廢品。根據(jù)不同階段坯體含水量的變化和內(nèi)外擴(kuò)散速率的大小，控制干燥濕度，采取分段升溫的措施，在保證干燥質(zhì)量的前提下，縮短干燥周期。在干燥完成后，繼續(xù)升溫至適當(dāng)?shù)臏囟龋古黧w內(nèi)的樹脂結(jié)合劑完全硬化。硬化階段升溫速度太快，最終溫度過高，都會(huì)影響磨具品質(zhì)。
　　
　　3、研究成果
　　
　　本項(xiàng)研究在磨具密度、硬度控制上取得技術(shù)性突破，掌握了制造耐水PVA磨具的核心技術(shù)。確定了穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝和密度為0.4-0.8g/cm3的低密度耐水PVA磨具產(chǎn)品配方。能夠根據(jù)用戶需要，采用不同的磨料材質(zhì)、磨料粒度制造出不同硬度和密度的耐水PVA產(chǎn)品。產(chǎn)品的磨削性能明顯高于國內(nèi)現(xiàn)用產(chǎn)品，經(jīng)多家用戶使用，完全能取代日本進(jìn)口磨具。
　　
　　4、應(yīng)用前景
　　
　　耐水PVA磨具取代傳統(tǒng)的拋光研磨材料，廣泛應(yīng)用于有色金屬、硬質(zhì)合金和各種非金屬材料的精密磨削，特別適用于對磨削熱要求嚴(yán)格的磨削工序和磨削對象。常用的磨削工序和磨削對象有：照相印刷鋅板、鎂板的鏡面磨削；不銹鋼表面拋光；薄銅面的去除氧化皮、研磨、拋光；銅帶、鋼帶的表面拋光；不銹鋼餐具、手表表殼和不銹鋼管材等其他不銹鋼工件的研磨及鏡面拋光；坡莫合金、銅鉻合金、鎂鋁合金材料的精磨和拋光；復(fù)印機(jī)輥筒、印刷銅輥以及錄放音磁頭、刷卡磁頭的精磨；IT行業(yè)PCB/CCL壓合板、電腦硬盤內(nèi)的鋁質(zhì)盤片的精磨和拋光；顯像管玻殼和LCD平面、硬質(zhì)合成樹脂、光學(xué)玻璃、眼鏡鏡片、印刷用橡膠輥、高檔皮革、玉石、象牙、工藝陶瓷、微晶玻璃等非金屬材料的精磨和拋光；計(jì)量儀器刻度修正、美容刀超精磨、微型精密軸承的滑動(dòng)面精磨、汽車減震桿的超精磨、各種軸承插梢、壓縮機(jī)內(nèi)傳動(dòng)軸及各種模具加工等。（文/郭立云）
　　
　　作者簡介
　　
　　郭立云，男，漢族，磨料磨具高級工程師。1965年1月出生，河南項(xiàng)城人。1985年湖南大學(xué)有機(jī)化工專業(yè)畢業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷。1985-2000年在白鴿集團(tuán)有機(jī)公司、技術(shù)開發(fā)處、技術(shù)中心分別擔(dān)任助理工程師、工程師和高級工程師。獲河南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1次，河南省機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)1次，鄭州市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1次。主要從事磨料磨具產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)指導(dǎo)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并擔(dān)任企業(yè)常年技術(shù)顧問。精通樹脂磨具制造技術(shù)和生產(chǎn)工藝，對砂輪配方設(shè)計(jì)和樹脂結(jié)合劑的選用及改良改性有深入研究。
　　博客：http://blog.sina.com.cn/guelijun
　　
　　來源：《磨料磨具》