金剛石砂輪的優(yōu)越性

1 引言
由金剛石或立方氮化硼(CBN)磨料制作的超硬磨料砂輪，因其優(yōu)良的磨削性能，已廣泛用于磨削領(lǐng)域的各個(gè)方面。

金剛石砂輪是磨削硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷、寶石等高硬脆材料的特效工具。近幾年來(lái)，隨著高速磨削和超精密磨削技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)砂輪提出了更高的要求，陶瓷和樹(shù)脂結(jié)合劑的砂輪已不能滿足生產(chǎn)的需要，金屬結(jié)合劑砂輪因其結(jié)合強(qiáng)度高、成型性好、使用壽命長(zhǎng)等顯著特性而在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

金屬結(jié)合劑金剛石砂輪按制造方式不同主要有有燒結(jié)和電鍍兩種類型。為了充分發(fā)揮超硬磨料的作用，國(guó)外從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始用高溫釬焊工藝開(kāi)發(fā)一種新型砂輪，即單層高溫釬焊超硬磨料砂輪，目前國(guó)內(nèi)這種砂輪還處于研制開(kāi)發(fā)階段。

2 燒結(jié)型金剛石砂輪

燒結(jié)型金屬結(jié)合劑砂輪多以青銅等金屬作為結(jié)合劑，用高溫?zé)Y(jié)法制造，其結(jié)合強(qiáng)度高，成型性好，耐高溫，導(dǎo)熱性和耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，可承受較大的負(fù)荷。因砂輪在燒結(jié)過(guò)程中不可避免地存在著收縮及變形，所以在使用前必須對(duì)砂輪進(jìn)行整形，但砂輪修整比較困難。目前生產(chǎn)中常用的砂輪對(duì)滾整形方法不僅在修整時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且修整過(guò)程中金剛石顆粒的脫落較多，修整砂輪本身的消耗很大，整形精度較低。

近年來(lái)各國(guó)學(xué)者相繼開(kāi)展了應(yīng)用特種加工方法修整金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的研究工作，主要有電解修整法、電火花修整法和復(fù)合修整法等。電解修整法速度快，但整形精度不高；電火花修整法整形精度高，既可整形又可修銳，但整形速度較慢；復(fù)合修整法有電解電火花復(fù)合修整法、機(jī)械化學(xué)復(fù)合修整法等，修整效果較好，但系統(tǒng)較復(fù)雜，因此燒結(jié)型金剛石砂輪的修整問(wèn)題仍然沒(méi)有得到很好的解決。

此外，由于砂輪的制造工藝決定了其表面形貌是隨機(jī)的，各磨粒的幾何形狀、分布及切削刃所處的高度不一致，因此磨削時(shí)只有少數(shù)較高的切削刃切到工件，限制了磨削質(zhì)量和磨削效率的進(jìn)一步提高。

3 電鍍金剛石砂輪

電鍍金剛石砂輪的優(yōu)點(diǎn)：

①電鍍工藝簡(jiǎn)單，投資少，制造方便；

②無(wú)需修整，使用方便；

③單層結(jié)構(gòu)決定了它可以達(dá)到很高的工作速度，目前國(guó)外已高達(dá)250～300m/s；

④雖然只有單層金剛石，但仍有足夠的壽命；

⑤對(duì)于精度要求較高的滾輪和砂輪，電鍍是唯一的制造方法。

正是由于這些優(yōu)勢(shì)，電鍍砂輪在高速、超高速磨削中占據(jù)著無(wú)可爭(zhēng)議的主導(dǎo)地位。電鍍金剛石砂輪存在的缺陷：在鍍層金屬與基體及磨料的結(jié)合面上并不存在牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，磨料實(shí)際上只是被機(jī)械包埋鑲嵌在鍍層金屬中，因而把持力小，金剛石顆粒在負(fù)荷較重的高效磨削中易脫落(或鍍層成片剝落)而導(dǎo)致整體失效；為增加把持力就必須增加鍍層厚度，其結(jié)果是磨粒裸露高度和容屑空間減小，砂輪容易發(fā)生堵塞，散熱效果差，工件表面容易發(fā)生燒傷。目前國(guó)內(nèi)的電鍍砂輪制造尚未實(shí)現(xiàn)按加工條件的要求而優(yōu)化設(shè)計(jì)出砂輪的最佳地貌，單層電鍍金剛石砂輪的這些固有弊端必然會(huì)大大限制它在高效磨削中的應(yīng)用。

4 單層釬焊金剛石砂輪

為了充分發(fā)揮金剛石的作用，要設(shè)法增大結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持力，提高砂輪的結(jié)合強(qiáng)度。單層高溫釬焊超硬磨料砂輪能克服電鍍砂輪的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)金剛石、結(jié)合劑、金屬基體三者之間的化學(xué)冶金結(jié)合，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，僅需將結(jié)合層厚度維持在磨粒高度的20%～30%就能在大負(fù)荷高速高效磨削中牢固地把持住磨粒，使釬焊砂輪的磨粒裸露高度可達(dá)70%～80%，因而增大了容屑空間，砂輪不易堵塞，磨料的利用更加充分。

在與電鍍砂輪相同的加工條件下，單層高溫釬焊超硬磨料砂輪的磨削力、功率損耗、磨削溫度更低，意味著可達(dá)到更高的工作速度，這在300～500m/s以上的超高速磨削中有著特殊的意義。單層高溫釬焊無(wú)鍍膜金剛石砂輪加Cr銀基釬料單層釬焊砂輪利用高頻感應(yīng)釬焊方法，用添加有Cr的Ag-Cu合金作為釬料，在780℃的空氣中釬焊35s，自然冷卻，可實(shí)現(xiàn)金剛石與鋼基體間的牢固連接。經(jīng)X射線能譜及X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，Cr與金剛石之間形成Cr3C2，與鋼基體之間形成(FexCry)C，經(jīng)與不加Cr釬料的對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，這是實(shí)現(xiàn)合金層與金剛石及鋼基體間都具有較高結(jié)合強(qiáng)度的主要因素，并通過(guò)磨削實(shí)驗(yàn)證實(shí)了金剛石確有較高的把持強(qiáng)度。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是釬焊溫度低，對(duì)金剛石的損傷小。缺點(diǎn)是銀基釬料的熔點(diǎn)較低，耐磨削高溫性能較差，在高效重負(fù)荷磨削中的應(yīng)用受到限制。