金剛石砂輪的分類及研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2023-09-07 文章來源：本站原創(chuàng) 閱讀量：871
金剛石砂輪是磨削加工技術(shù)中使用最為廣泛的加工工具，按結(jié)合劑的不同金剛石砂輪一般可以分為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪和金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪多采用熱固性樹脂，具有固化溫度低、制備相對(duì)簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，主要用于刃磨刀量具、磨孔、外圓磨及平面磨。金屬結(jié)合劑金剛石砂輪其結(jié)合劑和磨粒的結(jié)合力強(qiáng)，韌性好，能承受較大載荷，已經(jīng)在脆硬材料復(fù)雜型面的成型磨削、精密和超精密磨削領(lǐng)域得到了應(yīng)用。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪具有較高的彈性模量和較低的斷裂韌性，它的結(jié)合強(qiáng)度高于樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，自銳性優(yōu)于金屬結(jié)合劑金剛石砂輪，被廣泛應(yīng)用于加工復(fù)合片、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等材料。本文旨在對(duì)近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪以及金屬結(jié)合劑金剛石砂淪的研究工作做一簡(jiǎn)單的綜述。
樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的研究現(xiàn)狀
樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪以樹脂粉為粘結(jié)材料，加入填充材料，通過熱壓、硬化及機(jī)加工等工藝制成具有一定形狀的磨削工具。日前，國(guó)內(nèi)用做樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的結(jié)合劑主要有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和聚酞亞胺等，但它們的共同問題是耐熱性差，磨削過程中產(chǎn)生的磨削熱會(huì)導(dǎo)致樹脂軟化、分解及對(duì)磨料的粘結(jié)力下降，在磨削過程中金剛石磨料沒有發(fā)揮很好的作用就容易大量脫落，因此耐用度很差。
酚醛樹脂(PF)是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的合成樹脂，在樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪中的應(yīng)用十分普遍，但是普通酚醛樹脂作為砂輪的樹脂結(jié)合劑在200°C以下能夠穩(wěn)定使用，若超過200°C，其酚羥基和亞甲基便會(huì)發(fā)生氧化，影響其耐熱性和抗氧化性；固化后的酚醛樹脂因芳核之間僅有亞甲基相連而顯脆性，因此傳統(tǒng)未改性的酚醛樹脂脆性大，韌性差，耐熱性不足，限制了樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的應(yīng)用。因此制備高性能的酚醛樹脂非常必要。
近年來，國(guó)內(nèi)外十分重視酚醛樹脂的改性及其復(fù)合材料的增強(qiáng)、增韌，開發(fā)出一系列具有優(yōu)異的耐熱和阻燃的高機(jī)械強(qiáng)度的酚醛樹脂品種。
金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的研究現(xiàn)狀
金屬結(jié)合劑對(duì)金剛石磨料的把持力的強(qiáng)弱是影響金屬結(jié)合劑金剛石砂輪壽命的關(guān)鍵因素，因此，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:
(1)用Fe基取代Co基用作金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的結(jié)合劑，降低生產(chǎn)成本。
(2)采取工藝措施實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合劑對(duì)磨料的把持能力。一是通過向燒結(jié)原材料添加活性的Ti (TiN2)、Cr、稀土元素等來實(shí)現(xiàn)；二是在金剛石磨粒表面鍍附Ti, Cr等活性金屬或者合金鍍層，提高結(jié)合劑對(duì)磨料的把持能力；
(3)改善金屬結(jié)合劑金剛石砂輪修整能力。國(guó)內(nèi)研究者提出通過改變金屬結(jié)合劑配方使其磨損速率與金剛石磨料的磨損速率相匹配，以提高金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的自銳能力，但該方法受被加工材料本身性能、不同金剛石品級(jí)以及金屬結(jié)合劑可調(diào)控的配方成分范圍有限的影響，該工藝的應(yīng)用具有局限性。
目前，金屬結(jié)合劑金剛石砂輪分為三種:電鍍金剛石砂輪、燒結(jié)金剛石砂輪、單層釬焊金剛石砂輪。電鍍金剛石砂輪只能用于磨削負(fù)荷較小的場(chǎng)合，燒結(jié)金剛石砂輪使用較普遍，而單層釬焊金剛石砂輪目前國(guó)內(nèi)還處于研制開發(fā)階段。
電鍍金剛石砂輪是用電化學(xué)法制作的砂輪。電鍍金剛石砂輪具有如電鍍工藝簡(jiǎn)單、投資少、制造方便、無需修整、工作效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，電鍍金剛石砂輪在高精度、高速、超高速磨削中占有無可爭(zhēng)議的主導(dǎo)地位。電鍍金剛石砂輪存在的缺陷如:電鍍金剛石砂輪中的金剛石磨粒與鍍層金屬及基體之間只是普通的機(jī)械包埋鑲嵌，其結(jié)合面沒有形成牢固化學(xué)冶金結(jié)合，故其把持力小。砂輪工作表面極易發(fā)生堵塞，散熱差，磨削溫度高，容易燒傷工件表面。
為了解決電鍍金剛石砂輪磨粒把持力不夠，工具容易發(fā)生堵塞等問題，也為了更充分的發(fā)揮超硬磨料的優(yōu)勢(shì)，國(guó)外二十世紀(jì)90年代初開始以高溫釬焊工藝，開發(fā)了單層釬焊金剛石砂輪。尤其是在高溫釬焊金剛石砂輪方面取得了一定的進(jìn)展。對(duì)單層釬焊金剛石砂輪來說，由于高溫釬焊所提供的界面上的結(jié)合強(qiáng)度高；同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)合層厚度很薄，磨粒間的容屑空間被大大擴(kuò)展，不易堵塞，有效磨粒切刃更多、更鋒利，磨削溫度大大降低，可有效防止磨削燒傷，尤其在高效磨削中更能顯示出其無可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前已應(yīng)用于金剛石繩鋸、單層釬焊金剛石砂輪與各種磨頭及砂盤等工具的制備中。但現(xiàn)階段工業(yè)化規(guī)模的單層釬焊超硬磨料磨具還是少有面市。
燒結(jié)金剛石砂輪是將超硬磨料與結(jié)合劑粉末混合后通過粉末冶金的方法燒結(jié)而成，形成多層結(jié)構(gòu)的燒結(jié)體。燒結(jié)金剛石砂輪具有結(jié)合強(qiáng)度高，成型性好，耐高溫，導(dǎo)熱性和耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，可承受較大的負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)燒結(jié)型金剛石砂輪，近年來部分學(xué)者開展了應(yīng)用特種加工方法修整燒結(jié)型金剛石砂輪的研究，主要有電解修整法、電火花修整法和復(fù)合修整法。
陶瓷結(jié)臺(tái)劑金剛石砂輪的研究現(xiàn)狀
陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪具有較高的彈性模量和較低的斷裂韌性，其結(jié)合強(qiáng)度高于樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，自銳性優(yōu)于金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪近年來廣泛用于復(fù)合片、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等材料的加工，是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
結(jié)束語
綜上所述，雖然近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪、陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪以及金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的研究取得了一定的進(jìn)展，但是這三類砂輪都由于磨粒形狀及其分布的隨機(jī)性，造成了磨削時(shí)法向力與切向力之比高、磨削比能高、磨削溫度高、對(duì)磨床剛度要求高，并且磨粒只是機(jī)械包埋、鑲嵌在結(jié)合劑層中，把持力不大，在磨削過程中磨粒容易脫落，特別是超硬磨料砂輪磨粒利用率不高，造成資源的大量浪費(fèi)；同時(shí)為了保證結(jié)合劑層對(duì)磨粒的有效包埋，磨粒一般出露高度不大，容屑空間較小，在加工過程中容易產(chǎn)生磨屑的粘附堵塞，需要定期對(duì)砂輪進(jìn)行修整與修銳，從而影響了加工質(zhì)覺和磨削生產(chǎn)率。因此，如何改進(jìn)工藝，將陶瓷結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑及樹脂結(jié)合劑的優(yōu)點(diǎn)加以綜合，開發(fā)新型的金剛石砂輪是現(xiàn)代加工業(yè)的迫切需要。