金剛石砂輪的優越性

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特效工具。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。為了充分發揮超硬磨料的作用，國外從20世紀90年代初開始用高溫釬焊工藝開發一種新型砂輪，即單層高溫釬焊超硬磨料砂輪，目前國內這種砂輪還處于研制開發階段。

2 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，所以在使用前必須對砂輪進行整形，但砂輪修整比較困難。目前生產中常用的砂輪對滾整形方法不僅在修整時費時費力，而且修整過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。

近年來各國學者相繼開展了應用特種加工方法修整金屬結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；復合修整法有電解電火花復合修整法、機械化學復合修整法等，修整效果較好，但系統較復雜，因此燒結型金剛石砂輪的修整問題仍然沒有得到很好的解決。

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，因此磨削時只有少數較高的切削刃切到工件，限制了磨削質量和磨削效率的進一步提高。

3 電鍍金剛石砂輪

電鍍金剛石砂輪的優點：

①電鍍工藝簡單，投資少，制造方便；

②無需修整，使用方便；

③單層結構決定了它可以達到很高的工作速度，目前國外已高達250～300m/s；

④雖然只有單層金剛石，但仍有足夠的壽命；

⑤對于精度要求較高的滾輪和砂輪，電鍍是唯一的制造方法。

正是由于這些優勢，電鍍砂輪在高速、超高速磨削中占據著無可爭議的主導地位。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合面上并不存在牢固的化學冶金結合，磨料實際上只是被機械包埋鑲嵌在鍍層金屬中，因而把持力小，金剛石顆粒在負荷較重的高效磨削中易脫落(或鍍層成片剝落)而導致整體失效；為增加把持力就必須增加鍍層厚度，其結果是磨粒裸露高度和容屑空間減小，砂輪容易發生堵塞，散熱效果差，工件表面容易發生燒傷。目前國內的電鍍砂輪制造尚未實現按加工條件的要求而優化設計出砂輪的最佳地貌，單層電鍍金剛石砂輪的這些固有弊端必然會大大限制它在高效磨削中的應用。

4 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，可實現金剛石與鋼基體間的牢固連接。經X射線能譜及X射線衍射分析發現，Cr與金剛石之間形成Cr3C2，與鋼基體之間形成(FexCry)C，經與不加Cr釬料的對比實驗證明，這是實現合金層與金剛石及鋼基體間都具有較高結合強度的主要因素，并通過磨削實驗證實了金剛石確有較高的把持強度。

該工藝的優點是釬焊溫度低，對金剛石的損傷小。缺點是銀基釬料的熔點較低，耐磨削高溫性能較差，在高效重負荷磨削中的應用受到限制。