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金剛石砂輪的現狀及未來

    由金剛石或立方氮化硼(CBN)磨料制作的超硬磨料砂輪,因其優良的磨削性能,已廣泛用于磨削領域的各個方面。金剛石砂輪是磨削硬質合金、玻璃、陶瓷、寶石等高硬脆材料的工具。

    近幾年來,隨著高速磨削和超精密磨削技術的迅速發展,對砂輪提出了更高的要求,陶瓷和樹脂結合劑的砂輪已不能滿足生產的需要,金屬結合劑砂輪因其結合強度高、成型性好、使用壽命長等顯著特性而在生產中得到了廣泛的應用。金屬結合劑金剛石砂輪按制造方式不同主要有有燒結和電鍍兩種類型。

    燒結型金剛石 砂輪燒結型金屬結合劑砂輪多以青銅等金屬作為結合劑,用高溫燒結法制造,其結合強度高,成型性好,耐高溫,導熱性和耐磨性好,使用壽命長,可承受較大的負荷。因砂輪在燒結過程中不可避免地存在著收縮及變形,所以在使用前須對砂輪進行整形,但砂輪修整比較困難。

    單層釬焊金剛石砂輪為了充分發揮金剛石的作用,要設法增大結合劑對金剛石的把持力,提高砂輪的結合強度。單層高溫釬焊超硬磨料砂輪能克服電鍍砂輪的缺點,可以實現金剛石、結合劑、金屬基體三者之間的化學冶金結合,具有較高的結合強度,僅需將結合層厚度維持在磨粒高度的 20%30%就能在大負荷高速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,意味著可達到更高的工作速度,這在 300500m/s以上的高速磨削中有著特殊的意義。

    目前存在問題主要表現為:一是采用何種釬料和釬焊工藝才能使金剛石結合界面上產生具有較高結合強度的化學冶金結合;二是結合劑層適宜的厚度與均勻性的控制;三是磨料合理有序的排布。對于提高金剛石與釬料結合強度來說,其關鍵是釬焊過程中金剛石、釬料、金屬基體三者間能夠產生化學冶金合,因此合金釬料中應含有強碳化物形成元素,(Ti、Cr、V),并爭取在較低的溫度下進行釬焊,盡量減小對金剛石的損傷。

    釬焊前應對金屬基體表面進行去氧化膜處理,對金剛石和釬料應去油去污。釬料中含有強碳化物形成元素并添加適量的BSi可降低釬料熔點,提高釬料的流動性和浸潤性;采用粉狀釬料,在真空條件(或惰性氣體保護)下進行釬焊。釬焊前磨料的有序排布和釬料布料厚度的一致性對提高釬焊后結合劑層厚度的均勻性亦十分重要。砂輪工作面上磨料的合理有序排布一直是磨具行業致力追求的目標,并有望在單層超硬磨料砂輪上實現。

   在開發釬焊砂輪的過程中,按照加工條件的要求,優化設計出砂輪的地貌,根據優化結果排布磨料就有可能使開發出的釬焊砂輪的磨削性能達到更高水平。在模板上加工出孔徑與金剛石磨粒直徑相當、深度為金剛石高度70%的有規律排布的孔,按孔排布好金剛石,合金釬料熔化后的厚度約為金剛石高度的30%。這種利用孔模板來實現的釬焊工藝不僅可以保證磨粒的有序排布(等高性好),而且還可保證金剛石有70%的出露高度。但其在工業生產中的推廣應用尚需進一步研究。
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