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中外陶瓷磨具比較分析

當前，世界上磨削和磨床技術(shù)發(fā)展迅速，對磨具產(chǎn)品性能和質(zhì)量的要求大大提高，國外的磨具生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快，我國為滿足國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的需求，不得不依靠進口高檔陶瓷磨具，以滿足汽車、航空航天、機床工具等行業(yè)高效益、高精度加工的需求。雖然我國的陶瓷磨具技術(shù)發(fā)展迅速，取得了喜人的成績，超硬陶瓷磨具、特種陶瓷磨具也達到了新的技術(shù)水平，但是應該看到，與國外先進的技術(shù)水平還是有一定的差距。陶瓷磨具產(chǎn)品仍然面臨著產(chǎn)品創(chuàng)新、改進生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和環(huán)境污染的重要任務。

    本文采用對比分析的比較方法，從國際標準、國內(nèi)標準、行業(yè)標準、國內(nèi)外企業(yè)的生產(chǎn)水平，陶瓷磨具的制造水平、陶瓷磨具的種類及應用等方面，對國內(nèi)外陶瓷磨具技術(shù)水平進行比較分析，找出我國陶瓷磨具技術(shù)水平與國外先進水平的差距。

    關(guān)鍵詞:陶瓷磨具技術(shù)水平平衡度 回轉(zhuǎn)強度 比較分析

    1引言

    改革開放以來，特別是最近十幾年，我國整個磨料磨具行業(yè)得到了長足發(fā)展，可稱得上是突飛猛進，各主要產(chǎn)品產(chǎn)量均居世界前列。陶瓷磨具技術(shù)發(fā)展迅速，取得了喜人的成績，超硬陶瓷磨具、特種陶瓷磨具也達到了新的技術(shù)水平，但是應該看到，與國外先進的技術(shù)水平還是有一定的差距。

    國內(nèi)磨具總量中，陶瓷磨具的產(chǎn)量一直占大半部分。近十到十五年來，陶瓷結(jié)合劑磨具的產(chǎn)量在歐洲國家增長了2～4倍。陶瓷結(jié)合劑金剛石和立方氮化硼磨具需求在增加，并被看作大規(guī)模生產(chǎn)中最具前景的磨加工工藝之一。就超硬材料磨具生產(chǎn)中確定的術(shù)語來說，文獻中常見的玻璃結(jié)合劑、玻璃陶瓷結(jié)合劑、微晶玻璃結(jié)合劑、硅酸鹽結(jié)合劑等稱謂都屬于陶瓷結(jié)合劑。用陶瓷結(jié)合劑制作的磨具稱為陶瓷結(jié)合劑磨具，簡稱陶瓷磨具。立方氮化硼陶瓷結(jié)合劑磨具，目前國內(nèi)這類磨具產(chǎn)品質(zhì)量與國外同類產(chǎn)品相比有較大差距，國內(nèi)用戶還主要依賴進口。高速陶瓷砂輪目前國內(nèi)只能達到65m/s，國外則已達到80～100m/s，國內(nèi)砂輪不能滿足80～100m/s高速磨床使用要求。陶瓷結(jié)合劑磨鋼球砂輪，目前國內(nèi)采用燒成收縮達到超硬級硬度，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，廢品率較高，需要采用不收縮的生產(chǎn)工藝技術(shù)來提高質(zhì)量。超硬材料陶瓷磨具，低溫陶瓷結(jié)合劑磨具等成為陶瓷磨具發(fā)展的主要趨勢。陶瓷磨具的發(fā)展要適應高速、高效、高精時代發(fā)展的要求，發(fā)展適合數(shù)控磨床，自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)要求的高速砂輪、高精度磨具。

    2陶瓷磨具的發(fā)展

    1877年美國用黏土做結(jié)合劑才制成磨料的陶瓷砂輪，標志著陶瓷磨具的誕生，1930年陶瓷磨具開始了組織號的選擇，l970年陶瓷結(jié)合劑立方氮化硼砂輪出現(xiàn)，20世紀80年代以后，國外陶瓷磨具發(fā)展迅速，技術(shù)水平高。而我國的陶瓷磨具從20世紀50年代開始發(fā)展起來，從過去到現(xiàn)在，陶瓷磨具在磨具總的構(gòu)成中一直占主要地位，盡管隨著結(jié)合劑材料種類的不斷發(fā)展和磨具種類的提高，陶瓷磨具產(chǎn)量在磨具總產(chǎn)量中呈下降趨勢，但其在磨具總量中仍占有較大比例，詳見下表。

    我國陶瓷磨具在磨具總量中所占比例表     

    近年以來至目前，行業(yè)特別是磨料行業(yè)企業(yè)，例如河南洛陽、湖北丹江口等地通過搬遷改造和產(chǎn)品升級改造，積極提高產(chǎn)品檔次，確實取得明顯成績。截至目前，完成搬遷改造，淘汰落后設(shè)備、提高工藝裝備水平的中型以上的磨具生產(chǎn)企業(yè)為數(shù)不少。技術(shù)水平有了很大的提高，但是總體來看與國外先進的技術(shù)還是存在相當大的差距。在這里，主要就陶瓷磨具的制造和應用與國外做一些分析和比較，以找出存在的差距。

    3國內(nèi)外陶瓷磨具技術(shù)水平比較分析

    為了解國內(nèi)外陶瓷磨具技術(shù)水平方面的差距，我們采用對比分析比較的方法，從國際標準、國內(nèi)標準、行業(yè)標準、國內(nèi)外企業(yè)的生產(chǎn)水平，陶瓷磨具的制造水平、陶瓷磨具的種類及應用等方面，對國內(nèi)外陶瓷磨具技術(shù)水平進行比較分析。我們選擇了國內(nèi)外一些大公司的陶瓷磨具與我國的相應的有代表性的陶瓷磨具進行比較分析，而為了進行比較分析，應當有一個共同的基準，這個基準就是陶瓷磨具的利用率，對于不同的國家和不同的陶瓷磨具產(chǎn)品，這個基準是不同的。所以在比較陶瓷磨具技術(shù)水平時，應當考慮到運用強度的差別。

    3.1國內(nèi)外陶瓷磨具生產(chǎn)企業(yè)比較

    國外具有代表性的磨具生產(chǎn)廠商有美國的諾頓(NORTON)、奧地利的泰利萊(TAROHT)、德國的溫特(WINTER)、英國的尤尼康(UNICON)意大利的文森特(VINCENT)、美國的貝斯登(BAYSTATE)、瑞士的溫特蘇爾(WINTERTHUR)等，圣戈班集團總部設(shè)在法國，在全世界擁有l(wèi)000多個財務合并子公司，在45個國家有生產(chǎn)企業(yè)，雇員總數(shù)達17.1萬名。圣戈班磨料磨具(上海)有限公司是法國圣戈班集團在中國的獨資企業(yè)，座落在上海市閔行經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)。采用先進生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代管理手段，生產(chǎn)和銷售精密陶瓷砂輪。圣戈班磨料磨具產(chǎn)品有固結(jié)磨具，包括砂輪、油石和磨頭；涂附磨具，用于打磨和拋光的砂帶、砂盤、砂碟、砂卷和砂紙。超硬材料磨具，金剛石和CBN砂輪，金剛石鋸片和金剛石修整筆，以及專門為切割、磨削和拋光碳化硅、混凝土、磚石、金屬和其他超硬材料設(shè)計的切削和鉆孔工具。

    圣戈班磨料磨具分支擁有NORTON、FLEX0．VIT、CORA、WINTER、UNICON等全球知名磨料磨具品牌。該公司針對轎車工業(yè)加工的需求，開發(fā)了系列普通陶瓷結(jié)合劑磨具和超硬材料(CBN、金剛石)磨具及其它工具。圣戈班磨料磨具(上海)有限公司是圣戈班集團在中國的獨資企業(yè)，技術(shù)力量雄厚，產(chǎn)品技術(shù)含量高居國際前列，開發(fā)并擁有專利的超微晶燒結(jié)剛玉磨料，采用引晶凝膠燒結(jié)工藝生產(chǎn)，具有比普通白剛玉d,Jt千倍的晶粒尺寸，磨粒強度高，有微破碎性能，在磨削難磨材料的方面，要求高磨削效率和高精度的方面，具有優(yōu)異的特性，同時可以大大減少砂輪的修整量，延長砂輪的使用壽命。由于SG磨料價格較貴，使用時根據(jù)不同要求按比例與剛玉磨料混合，形成不同牌號。為充分發(fā)揮其性能，開發(fā)了專用的陶瓷結(jié)合劑，一種是高效低溫結(jié)合劑，還有一種是大氣孔高效低溫結(jié)合凸輪軸的陶瓷CBN砂輪，使用速度125m/s。公司還根據(jù)不同工件和不同磨削要求，推薦用于粗磨、精磨的各種價位的砂輪，給出了它們磨削效果的比較，以利于用戶選用。用于轎車發(fā)動機、變速箱零件磨削的普通磨料砂輪使用速度通常為45～63m/s。

    奧地利的泰利萊(TYROLIT)公司于1919年建廠，l952年開創(chuàng)了第一批使用玻璃纖維加筋的切割片和精整砂輪，1974年生產(chǎn)出第一批陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，進人二十世紀九十年代以來，與美國的DIAMONDPRODUCTS公司和瑞士的HYDR0．STRESS公司合伙，相繼接管了意大利的VINCENT、美國的BAYSTATE等一批國際著名磨具生產(chǎn)企業(yè)，成為當前國際上頗具實力和影響的磨具生產(chǎn)供應商，18個分廠分布于世界各地，銷售網(wǎng)絡覆蓋60多個國家和地區(qū)。

    瑞士的溫特蘇爾(WINTHERTHUR)公司是生產(chǎn)精密磨削砂輪的著名企業(yè)，主要生產(chǎn)陶瓷結(jié)合劑大氣孔緩進給砂輪、微晶燒結(jié)陶瓷磨料砂輪和陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪。其陶瓷結(jié)合劑大氣孔緩進給磨削砂輪用于渦輪葉片的磨削，滾磨法、部分滾磨法及成型磨削方法加工精密齒輪，據(jù)稱是少數(shù)幾家能夠生產(chǎn)這種砂輪的廠家。其陶瓷結(jié)合劑單線或復線螺紋成型磨砂輪，可以用切人式或切向進給式磨削方法，磨削精密滾珠絲杠、螺紋及蝸桿。這個公司擁有成型加工砂輪復雜形面的CNC機床，可供應型面的預成型砂輪，保證各種砂輪形面的幾何尺寸精度，減少用戶現(xiàn)場安裝修整時間和修整工具消耗。

    國內(nèi)磨具生產(chǎn)廠商有白鴿集團、上海砂輪廠、蘇州砂輪廠、第六砂輪廠、蘇北砂輪廠山東魯信高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)股份有限公司、鄭州磨料磨具磨削研究所等。

    這些國內(nèi)企業(yè)積極提高磨具的制造水平，重視技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品的開發(fā)。山東魯信05年投資上億元在新園區(qū)內(nèi)建設(shè)耐磨砂、高檔磨具系列，認真研究和采用新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)和新材料，而且這方面處于國內(nèi)同行前列，泰山牌砂輪靜平衡性能優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品30％以上。

    白鴿集團采用獨特工藝制造的帶槽、夾層、多種形式組合磨曲軸和凸輪軸陶瓷砂輪，最高使用速度可達60m/s；磨螺紋陶瓷平形和雙斜邊砂輪最大直徑500mm，最高使用速度可達60m/s；最新研制的磨鐵路鋼軌修磨砂輪，使用速度達50m/s，成組安裝在修磨機車上，在鐵路線上進行鋼軌型面修磨，每次磨除量不低于0.16mm。

    鄭州磨料磨具磨削研究所的使用速度l20m/s陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，已在進口的德國紹特(SCHAUDTMIKROSA)公司制造的數(shù)控磨床上，成功地應用于轎車凸輪軸的磨削生產(chǎn)中，磨削效率和磨削效果均達到國外同類產(chǎn)品水平。

    從以上的比較可以得出結(jié)論，近年來，為適應我國加入WT0和擴大內(nèi)需所帶來的機遇和挑戰(zhàn)，以及現(xiàn)代陶瓷磨具企業(yè)在高品質(zhì)生產(chǎn)工藝及設(shè)備、現(xiàn)代營銷戰(zhàn)略、現(xiàn)代集成制造技術(shù)、企業(yè)文化建設(shè)、信息化建設(shè)環(huán)境保護和勞動安全等方面的社會化需求日益提高，我國陶瓷磨具的生產(chǎn)企業(yè)加快了重組、改制、改革、改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，外資和民營企業(yè)也逐步崛起壯大，使我國陶瓷磨具企業(yè)的整體水平有了很大的提高，但是和國外先進企業(yè)相比還是有一些差距的。

    3.2國內(nèi)外陶瓷磨具燒成窯爐技術(shù)水平比較

    目前，我國的大中型陶瓷磨具生產(chǎn)骨干企業(yè)，以采用第一層次的窯爐為主，或正逐步改造第一層次的窯爐，這些企業(yè)包括原來的國有大中型骨干企業(yè)，由此改制的股份制企業(yè)，外資企業(yè)及合資企業(yè)，及今年發(fā)展起來的一些民營企業(yè)，企業(yè)數(shù)量十余家。主要位于沿海、江浙和國內(nèi)大中城市。其年生產(chǎn)能力一般在1000～3000噸以上，其產(chǎn)品品種具有一定的特色，能生產(chǎn)高中檔產(chǎn)品，某些產(chǎn)品質(zhì)量達到國外同類優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品水平。這類企業(yè)是我國陶瓷磨具生產(chǎn)的主流企業(yè)。其余中小型企業(yè)，多采用第三層次的窯爐，其中一部分企業(yè)正逐步改造為第二層次的窯爐。其中以采用小型引射式直燃抽屜窯為多。這些企業(yè)數(shù)量較多，分布在全國各地。

    我國陶瓷磨具燒成窯爐近十年來，尤其是近三到五年發(fā)展較快，這主要得力于企業(yè)整體素質(zhì)的提升，市場競爭的日益加劇，國家環(huán)保力度加強。我國的現(xiàn)代陶瓷磨具燒成窯爐與國外先進水平比較，在抽屜窯方面，我國自行設(shè)計建造的現(xiàn)代大中型高速調(diào)溫燒嘴新型節(jié)能環(huán)保型計算機全自動控制抽屜窯，采用了與國際領(lǐng)先水平同步發(fā)展的計算機系統(tǒng)、控制閥門、控制元器件、耐火材料等，加之具時代氣息的優(yōu)化設(shè)計，窯爐營建整體水平已達到國外先進水平，某些主要性能優(yōu)于國外新近水平。如機械工業(yè)第六設(shè)計研究院在國內(nèi)設(shè)計建造了十余座大中型高速調(diào)溫燒嘴新型節(jié)能環(huán)保型抽屜窯，其運行指標多優(yōu)于從國外進口的同類窯爐，其中現(xiàn)場總線技術(shù)控制抽屜窯和計算機集散控制系統(tǒng)抽屜窯還獲得國家機械部的科技進步獎和優(yōu)秀工程設(shè)計獎。在隧道窯方面，我國與國外水平差距近三十年，目前除一家外資企業(yè)采用先進隧道窯外，我國的陶瓷磨具燒成隧道窯基本上是二十世紀六十到八十年代的技術(shù)，在窯爐技術(shù)、窯爐材料、窯爐結(jié)構(gòu)及對陶瓷磨具的針對性和適應性方面，與現(xiàn)代陶瓷磨具燒成隧道窯差距甚大。雖然，機械工業(yè)第六設(shè)計研究院在1994年就完成了原機械部的新型陶瓷磨具燒成隧道窯的科研課題，但各企業(yè)為適應陶瓷磨具市場多品種、小批量、快節(jié)奏的需求，多采用靈活性和適應性較強的抽屜窯，加之各企業(yè)產(chǎn)量也不夠大，故新型陶瓷磨具燒成隧道窯一直未能在企業(yè)中實施。

    另外，在優(yōu)化產(chǎn)品燒成工藝制度、裝燒制度方面，我國與國外先進技術(shù)水平還有一定差距。總體上講就是，我國的燒成工藝制度較粗，在對不同種類、規(guī)格、粒度、硬度、使用范圍的優(yōu)化燒成制度方面，做的工作還尚需深化。

    3.3國內(nèi)外陶瓷磨具產(chǎn)品技術(shù)水平比較

    以世界生產(chǎn)特殊砂輪著名的德國Krebs＆Riedel公司為例，其超硬磨料－CBN/金剛石陶瓷砂輪近年來，每年以20％的速度特別是2005年以40％速度增長，足以看出，磨料磨具的發(fā)展趨勢是向超硬磨料－CBN/金剛石陶瓷砂輪的方向發(fā)展。其原因是CBN磨料的熱穩(wěn)定性、不親鐵性、硬度高和耐磨性好，用它來生產(chǎn)的砂輪，磨削效率高，加工表面質(zhì)量好，特別是加工較硬的工件，將會有更廣泛的應用。

    國內(nèi)超硬磨料磨具企業(yè)引進國外先進的生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品性能和質(zhì)量也有了迅速提升，陶瓷結(jié)合劑金剛石和CBN砂輪生產(chǎn)技術(shù)得到很大提高。CBN的陶瓷結(jié)合劑的砂輪，將會比樹脂砂輪更廣泛的應用。陶瓷的CBN砂輪可按人為的需要進行修正，同時工作時不易發(fā)熱，這是大批量、高精度生產(chǎn)必不可少的條件，也可按加工工件的要求，生產(chǎn)硬度不同的砂輪，來適應加工的需要。

    對結(jié)合劑和填充劑的研展和正確選擇，生產(chǎn)大氣孔的砂輪，同時要有較好的耐磨性。大氣孔砂輪對深磨削和強力磨削過程是必不可少的，它攜走切屑，輸送切削液到接觸區(qū)，避免燒傷工件，特別對于成形磨削和精密磨削，以保證砂輪的成形性。

    高速砂輪，60～80m/s的工作速度，對CBN砂輪其工作速度大于l00m/s在歐洲已用得比較廣泛，特別是一些專用磨床，如Junker的曲軸和凸輪軸磨床用Krebs＆Riedel的砂輪，其工作速度達到125m/s，其特點是單位時間參加的磨粒多、效率高、表面的質(zhì)量好，延長了砂輪的壽命。

    在新型陶瓷磨具生產(chǎn)方面，一些企業(yè)引進國外先進技術(shù)、積極研發(fā)新技術(shù)，產(chǎn)品的性能和質(zhì)量也有了快速提升。例如，蘇州工業(yè)園區(qū)賽力科技有限公司在2004年與美國金剛石工具有限公司合資組建了福州保稅區(qū)美大蒙超硬材料有限公司，應用美國公司的全套技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)金剛石和CBN砂輪，使賽力公司的磨具制造技術(shù)方面邁上新臺階，其磨削凸輪軸砂輪的速度達到80m/s以上，達到國外同類產(chǎn)品先進水平。但總體上，我國的陶瓷砂輪與國外先進水平還是有一定的差距的。

    4國內(nèi)外陶瓷磨具性能的比較

    磨具產(chǎn)品的性能是檢測磨具質(zhì)量的重要指標，磨具產(chǎn)品的質(zhì)量標準可分為國際標準、國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準四個層次。磨具質(zhì)量標準的內(nèi)容包括基礎(chǔ)標準和技術(shù)標準兩部分�；�礎(chǔ)標準包括術(shù)語、符號、代號等。技術(shù)標準包括尺寸公差、行位公差、外觀缺陷、磨具的靜平衡、強度、硬度等方面的技術(shù)規(guī)定和檢查方法，以及磨具安全規(guī)則，磨具的標志和包裝、磨具的驗收和保管等。

    4.1陶瓷磨具硬度

    磨具硬度是磨具的主要性能之一，磨具硬度測量方法有手錐檢測法和硬度計檢測法。硬度計有噴沙硬度計、洛氏硬度計、機械錐、聲頻硬度計等。我國國家標準GB/T2490—1984和GB/T2491—1984規(guī)定，對于粒度F36～Fl50的陶瓷結(jié)合劑磨具，硬度用噴沙硬度計測定；對于粒度Fl80～Fl200的陶瓷結(jié)合劑磨具，硬度用洛氏硬度計測定。對于F30以粗的磨具和小砂輪、小磨頭以及其它不能用噴沙硬度計或洛氏硬度計測量的磨具，可常用手錐法或其它方法測定，但必須與標準砂輪模塊對比。

    4.2砂輪的平衡度

    國際標準化組織(ISO)對砂輪靜態(tài)不平衡的定義為：砂輪的旋轉(zhuǎn)軸線與其慣性軸線不重合，且僅有平衡偏離狀態(tài)。我國國家標準GB/Q2492—1984規(guī)定外徑為150mm及更大的陶瓷結(jié)合劑普通砂輪，均需經(jīng)過靜不平衡檢查。砂輪檢驗質(zhì)量范圍為0.2～300千克。國際標準則規(guī)定為外徑100mm以上者，均需靜不平衡檢查。但對于筒形、筒形帶槽、磨針、磨磚、杯形、碗形、切礦石、空槽、螺絲緊固及無心導輪等砂輪均不進行平衡性檢查。

    4.3砂輪的回轉(zhuǎn)強度

    國家(GB/T2493—1995)規(guī)定，凡直徑為150mm及更大的陶瓷結(jié)合劑砂輪，除筒形、筒形帶槽、磨針、磨磚、孔槽、螺栓緊固、切礦石砂輪及無心磨導輪不進行強度檢查外，其余均按砂輪的最高工作線速度進行檢查。

    回轉(zhuǎn)強度檢查設(shè)備為回轉(zhuǎn)試驗機。目前國內(nèi)一般均采用無級調(diào)速、數(shù)字顯示裝置。

    5結(jié)論

    近年來，國外陶瓷磨具技術(shù)又有了新的進展，我國陶瓷磨具行業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)企業(yè)注重研究開發(fā)新的技術(shù)，也取得了很大的成就，有些技術(shù)達到國際先進水平。陶瓷結(jié)合劑超硬磨料砂輪發(fā)展也很快，增長勢頭強勁，在汽車凸輪輪軸、曲軸加工中陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪已經(jīng)普遍使用，目前PCD和PVB等超硬材料刀具和硅片的加工都已經(jīng)采用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，有些異型刀具需要進行成型磨削，在數(shù)控機床上用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪進行這種成型磨削。

    但是從整個陶瓷行業(yè)來看，與國外先進技術(shù)水平相比，確實有一定的差距，這有待我們共同奮斗，努力實現(xiàn)陶瓷磨具技術(shù)的跨越式發(fā)展，通過進一步的技術(shù)引進、消化吸收，加快我國的陶瓷磨具產(chǎn)品發(fā)展的步伐，以滿足國內(nèi)市場的需求并在國際陶瓷磨具市場上占有一席之地。