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        金刚石砂轮的现状及未来

            由金刚石或立方氮化硼(CBN)磨料制作的超硬磨料砂轮,因其优良的磨削性能,已广泛用于磨削领域的各个方面。金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料的工具。

            近几年来,随着高速磨削和超精密磨削技术的迅速发展,对砂轮提出了更高的要求,陶瓷和树脂结合剂的砂轮已不能满足生产的需要,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在生产中得到了广泛的应用。金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结和电镀两种类型。

            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,导热性和耐磨性好,使用寿命长,可承受较大的负荷。因砂轮在烧结过程中不可避免地存在着收缩及变形,所以在使用前须对砂轮进行整形,但砂轮修整比较困难。

            单层钎焊金刚石砂轮为了充分发挥金刚石的作用,要设法增大结合剂对金刚石的把持力,提高砂轮的结合强度。单层高温钎焊超硬磨料砂轮能克服电镀砂轮的缺点,可以实现金刚石、结合剂、金属基体三者之间的化学冶金结合,具有较高的结合强度,仅需将结合层厚度维持在磨粒高度的 20%30%就能在大负荷高速磨削中牢固地把持住磨粒,使钎焊砂轮的磨粒裸露高度可达70%80%,因而增大了容屑空间,砂轮不易堵塞,磨料的利用更加充分。在与电镀砂轮相同的加工条件下,单层高温钎焊超硬磨料砂轮的磨削力、功率损耗、磨削温度更低,意味着可达到更高的工作速度,这在 300500m/s以上的高速磨削中有着特殊的意义。

            目前存在问题主要表现为:一是采用何种钎料和钎焊工艺才能使金刚石结合界面上产生具有较高结合强度的化学冶金结合;二是结合剂层适宜的厚度与均匀性的控制;三是磨料合理有序的排布。对于提高金刚石与钎料结合强度来说,其关键是钎焊过程中金刚石、钎料、金属基体三者间能够产生化学冶金合,因此合金钎料中应含有强碳化物形成元素,(TiCrV),并争取在较低的温度下进行钎焊,尽量减小对金刚石的损伤。

            钎焊前应对金属基体表面进行去氧化膜处理,对金刚石和钎料应去油去污。钎料中含有强碳化物形成元素并添加适量的BSi可降低钎料熔点,提高钎料的流动性和浸润性;采用粉状钎料,在真空条件(或惰性气体保护)下进行钎焊。钎焊前磨料的有序排布和钎料布料厚度的一致性对提高钎焊后结合剂层厚度的均匀性亦十分重要。砂轮工作面上磨料的合理有序排布一直是磨具行业致力追求的目标,并有望在单层超硬磨料砂轮上实现。

           在开发钎焊砂轮的过程中,按照加工条件的要求,优化设计出砂轮的地貌,根据优化结果排布磨料就有可能使开发出的钎焊砂轮的磨削性能达到更高水平。在模板上加工出孔径与金刚石磨粒直径相当、深度为金刚石高度70%的有规律排布的孔,按孔排布好金刚石,合金钎料熔化后的厚度约为金刚石高度的30%。这种利用孔模板来实现的钎焊工艺不仅可以保证磨粒的有序排布(等高性好),而且还可保证金刚石有70%的出露高度。但其在工业生产中的推广应用尚需进一步研究。
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