高效超硬金刚石和立方氮化硼砂轮

磨削和切削相比有共同点，每一颗磨粒可以看作一个小小的刀头，也具有前刀面后刀面，前角和后角，颗粒之间的空隙也构成了容屑槽。但是它有它自己的特点，而与切削不同；⑴磨粒构成的切刃形状分布不规则，一般具有负前角，经修整后，在磨粒上可出现若干个微刃。⑵磨削厚度较薄，仅数μm，可控制，故可实现精密加工，一般磨削经济精度可高达IT7-IT5级，加工表面粗糙度达Ra0.8-0.02。.⑶一般切削速度为200米/分左右。而磨削可高达20-60米/秒。⑷磨削温度高达1000℃左右。应注意在磨削淬硬钢时，勿使磨削温度过高，致使淬硬工件的表面高温回火，硬度下降，以致零件使用性能恶化。即造成所谓“烧伤”。 一般砂轮材料是刚玉（以三氧化二铝为主）硬度是HV2000左右，碳化硅HV3000左右。而超硬磨料的立方氮化硼（CBN）的硬度HV高达8000左右，而金刚石硬度更高达HV10000左右。超硬磨料的特点是；①可加工普通磨料难以加工的高硬材料。②自身磨损小，形状尺寸变化较慢，耐用度高，有利于提高加工精度，降低加工表面粗糙度。③超硬磨料导热好，磨削温度相对较低。因此它可比一般磨料砂轮以更优的质量，更高的效率，更长的寿命进行磨削加工。 上海中羽工业钻石公司是日本东洋钻石（ORIENTAL DIAMOND）株式会社工具研究所产品超硬磨料砂轮在中国的独家生产公司。产品除行销中国国内外，也返销日本。他们使用的超硬磨粒有；①天然金刚石，②合成金刚石，③带金属镀层的合成金刚石，④立方氮化硼，⑤带金属镀层的立方氮化硼。 磨粒只有通过结合剂才能构成一定形状的砂轮和磨具。结合剂的性质，结合方法直接影响砂轮的磨削性能和质量。他们采用的结合剂和结合方法的种类有；①金属结合剂-即使用金属粉末（常用有青铜等）和金刚石或立方氮化硼磨粒烧结而构成砂轮。它和磨粒结合强度高，耐热耐磨性好，可承受较大的负荷，用于磨削玻璃，镜片，陶瓷等这些要求磨削比高，（即被磨削材料磨除量与砂轮磨损量之比高）时可选用之。其使用寿命长，但自锐性（即磨损的磨粒，自动脱落露出新磨粒的性能）较差，易堵塞发热，磨具修整较难。这类砂轮湿磨干磨都能用。②树脂结合剂-一般用它磨粒结合强度较差，耐热性差。但自锐性好。用它结合金刚石磨粒的磨具主要用于硬质合金的半精磨与精磨。结合立方氮化硼磨粒的磨具用于高速钢刀具，工具钢，不锈钢，耐热钢的半精磨，精磨。湿磨干磨均能用。③陶瓷结合剂-结合强度比树脂结合剂高，寿命长。比金属结合剂自锐性好。更适合超硬磨料加结合剂再烧结构成的聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）材料及宝石等的磨削。④电镀金属结合剂-通过电镀金属将金刚石，立方氮化硼磨粒固定。结合强度高。刃口锐利，磨削效率高，加工精度高。但磨层厚度较薄。多用于成形磨削，制作小磨头等。 日本东洋（ORIENTAL DIAMOND）工具研究所和中羽公司最近新开发并向市场推出了SHR（Super Heat Resisting Resin Bond）树脂结合剂，即超耐热树脂结合剂。它能大幅度改善迄今为止树脂结合剂寿命短的弱点，是一种超高性能的树脂结合剂。它由耐热树脂和特殊填料组合而成，能增强磨粒的保持力。在高温下，结合强度也得以提高，并大幅度地提高了对抗磨屑侵入腐蚀的性能。因此可以推荐使用在以下诸方面； ⑴以往大切深强力（重）磨削时，过去使用自锐性好的树脂结合剂砂轮但它们的寿命短，使用SHR结合剂可解决此问题。这里强力磨削是指通过加大磨削深度的办法来提高磨削的金属切除率，可以实现直接从毛坯磨出要求的表面形状和尺寸。强力磨削特别适宜加工各种成形表面和沟槽，能有效地解决淬硬材料等难加工材料的成形加工。省去中间工序及其设备和复杂成形刀具，具有提高效率，保证加工质量，缩短加工周期，降低成本等优点。 ⑵成形砂轮，V形砂轮等使用时，长期保持砂轮的形状很重要。过去的树脂结合剂砂轮难以做到。用SHR树脂作结合剂的砂轮可予改善。 ⑶要形状保持性好，一般是使用金属结合剂，陶瓷结合剂，但它们的加工表面粗糙度较差，为提高加工表面粗糙度。用SHR树脂结合剂砂轮能得到改善。 新开发的SHR树脂结合剂CBN砂轮加工高速钢切削工具的示例；由于它具有很强的形状保持力，故可在强力（重）磨削发挥威力，它主要用在；①钻头，立铣刀沟槽的磨削。②要求能耐磨长期加工切削工具时。一个具体加工实例是； 被加工工具；粉末高速钢钻头 Φ3， 刃长50mm,2刃，槽深1mm(毛坯长100mm).使用机床；CNC工具磨床。磨削条件；砂轮周速；12m/sec,切深；1mm/pass,采用油性磨削液。结果；砂轮不修整连续磨削一次加工完成了500根钻头，取得了良好的效果。 超硬磨料的立方氮化硼和金刚石怎样分别选用呢？一般钢铁类淬硬材，如高速钢，各类工具钢，只用立方氮化硼湿磨和干磨。不锈钢，耐热钢，铸铁除立方氮化硼湿磨干磨外，金刚石湿磨也可以。硬质合金及各类高硬涂覆层，玻璃，陶瓷，有色金属等只用金刚石湿磨和干磨 超硬磨料的粒度选择；一般由粗磨到精磨，粒度选择由粗粒度到细粒度。研磨抛光则用微粉级超细颗粒。中羽的产品粒度采用日本标准，其样本中有日本，欧洲，美国标准的对照表。郑州磨料，磨具，磨削研究所有我国和其他国家粒度标准的比较资料。 超硬磨料磨具浓度选择-浓度系指超硬磨具中磨料层每1立方厘米含超硬磨料的重量。浓度越高，其含量也越多。但是并不是浓度愈高，砂轮的磨削性能愈好，相反，浓度过高会降低结合剂对磨粒的结合力，使磨粒过早脱落，造成砂轮损耗增大。浓度过低，砂轮工作面上参加磨削的磨粒数少，每颗磨粒的磨削负荷增加，作用在每颗磨粒上的磨削力会增大，也会导致磨粒脱落，磨具的损耗加大。浓度以百分数表示。标准规定；1立方厘米磨料层内含0.878克金刚石磨料时，金刚石磨料的浓度为100﹪。常用浓度有25﹪，50﹪，75﹪，100﹪，125﹪，150﹪等。中羽的金刚石和立方氮化硼浓度均用每立方厘米中的克拉（ct）数来表示。1克拉=0.2克。即金刚石浓度100﹪的相当4.39≈4.4克拉。立方氮化硼的浓度标准和金刚石浓度标准不同，它常用的浓度为120﹪，180﹪，240﹪，300﹪等，浓度为300﹪的相当每立方厘米磨料层含5.22克拉的立方氮化硼磨粒。浓度直接影响磨削效率和加工成本。选择时应综合考虑磨具的粒度，结合剂，磨削方式，磨具形状及生产率等诸项要求。不同的结合剂对磨粒的结合强度不同，每种结合剂都有各自较佳的浓度范围。一般较宽的磨具，成形磨具要求浓度较高，半精磨，精磨应选细粒度，中浓度。高精度，低粗糙度磨削可采用更细粒度，低浓度。抛光选用细粒度和更低的浓度。 超硬磨料磨具形状和尺寸选择-砂轮的形状分；平形砂轮，平形带弧砂轮，薄片砂轮，杯形砂轮。碗形砂轮，碟形砂轮，单端面砂轮，双端面砂轮，单斜边（角）砂轮，双斜边（角）砂轮，切割砂轮，开槽砂轮，无心磨用砂轮等等。 使用冷却润滑液的磨削称湿磨。超硬磨料的导热性好，本身又耐热。但是结合剂耐热性能不及超硬磨料，特别是一般的树脂结合剂，在高温下会分解，而造成磨粒脱落。故宜采用湿磨，并合理选择磨削用量以减低磨削温度，一般湿磨可以提高砂轮寿命和加工表面质量。