五金之家讯：金刚石砂轮的性能与应用

1、引言

由金刚石或立方氮化硼(CBN)磨料制作超硬磨料砂轮，因其优良磨削性能，已广泛用于磨削领域各个方面。

金刚石砂轮磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。

金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结电镀两种类型。为了充分发挥超硬磨料作用，国外从20世纪90年代初开始用高温钎焊工艺开发一种新型砂轮，即单层高温钎焊超硬磨料砂轮，目前国内这种砂轮还处于研制开发阶段。

2、烧结型金刚石砂轮

烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷。因砂轮烧结过程不可避免地存着收缩及变形，所以使用前必须对砂轮进行整形，但砂轮修整比较困难。目前生产常用砂轮对滚整形方法不仅修整时费时费力，而且修整过程金刚石颗粒脱落较多，修整砂轮本身消耗很大，整形精度较低。

近年来各国学者相继开展了应用特种加工方法修整金属结合剂金刚石砂轮研究工作，主要有电解修整法、电火花修整法复合修整法等。电解修整法速度快，但整形精度不高；电火花修整法整形精度高，既可整形又可修锐，但整形速度较慢；复合修整法有电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等，修整效果较好，但系统较复杂，因此烧结型金刚石砂轮修整问题仍然没有得到很好解决。

此外，由于砂轮制造工艺决定了其表面形貌随机，各磨粒几何形状、分布及切削刃所处高度不一致，因此磨削时只有少数较高切削刃切到工件，限制了磨削质量磨削效率进一步提高。

3、电镀金刚石砂轮

电镀金刚石砂轮优点：

①电镀工艺简单，投资少，制造方便；

②无需修整，使用方便；

③单层结构决定了它可以达到很高工作速度，目前国外已高达250～300m/s；

④虽然只有单层金刚石，但仍有足够寿命；

⑤对于精度要求较高滚轮砂轮，电镀唯一制造方法。

正由于这些优势，电镀砂轮高速、超高速磨削占据着无可争议主导地位。电镀金刚石砂轮存缺陷：镀层金属与基体及磨料结合面上并不存牢固化学冶金结合，磨料实际上只被机械包埋镶嵌镀层金属，因而把持力小，金刚石颗粒负荷较重高效磨削易脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效；为增加把持力就必须增加镀层厚度，其结果磨粒裸露高度容屑空间减小，砂轮容易发生堵塞，散热效果差，工件表面容易发生烧伤。目前国内电镀砂轮制造尚未实现按加工条件要求而优化设计出砂轮最佳地貌，单层电镀金刚石砂轮这些固有弊端必然会大大限制它高效磨削应用。

4、单层钎焊金刚石砂轮

为了充分发挥金刚石作用，要设法增大结合剂对金刚石把持力，提高砂轮结合强度。单层高温钎焊超硬磨料砂轮能克服电镀砂轮缺点，可以实现金刚石、结合剂、金属基体三者之间化学冶金结合，具有较高结合强度，仅需将结合层厚度维持磨粒高度20%～30%就能大负荷高速高效磨削牢固地把持住磨粒，使钎焊砂轮磨粒裸露高度可达70%～80%，因而增大了容屑空间，砂轮不易堵塞，磨料利用更加充分。

与电镀砂轮相同加工条件下，单层高温钎焊超硬磨料砂轮磨削力、功率损耗、磨削温度更低，意味着可达到更高工作速度，这300～500m/s以上超高速磨削有着特殊意义。单层高温钎焊无镀膜金刚石砂轮加Cr银基钎料单层钎焊砂轮利用高频感应钎焊方法，用添加有CrAg-Cu合金作为钎料，780℃空气钎焊35s，自然冷却，可实现金刚石与钢基体间牢固连接。经X射线能谱及X射线衍射分析发现，Cr与金刚石之间形成Cr3C2，与钢基体之间形成(FexCry)C，经与不加Cr钎料对比实验证明，这实现合金层与金刚石及钢基体间都具有较高结合强度主要因素，并通过磨削实验证实了金刚石确有较高把持强度。

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