自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究

各砂轮不同进刀量下的三次磨削试验的磨削比值的平均
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由表２中的磨削比值可见，在相同进刀量下，ｌ撑砂轮的磨 削比平均值是２＃的２．３倍，比３＃高出近７０％；而４＃砂轮的磨削 比平均值是５＃的２ ２倍，比６＃高出６０％；这说明，在相同结合 剂及相同进刀量条件下，自锐性金刚石砂轮与普通金刚石砂轮 相比，其磨削比至少高出６０％以上。
摘要本文通过对比磨削试验，研究丁自锐性金刚石（ｃｓＤ）树脂砂轮的磨削性能。试验结果表明，由于ｃｓＤ形状不规 则，有许多凹人角和粗糙表面，树脂结合剂对ｃｓＤ的把持力较普通金刚石强，所以在磨削各参数相同的条件下，自锐性 金刚石砂轮与普通金刚石砂轮相比，其磨削比提高６０％以上。且由于ｃｓＤ的内部为许多单个亚晶粒所组成的镶嵌的颗 粒，因此在应力作用下，只有很小的不规则的碎片崩掉，从而在每个颗粒的表面上留下许多新的小切削刃，故其加工工件 的表面粗糙度值较低。 关键词 自锐性金刚石；树脂结合剂；磨削比；表面粗糙度 中图分类号ＴＧＩ“；ＴＧ７４ 文献标识码Ａ
３试验结果及分析 ３．１ 结合荆对金刚石的把持状况
（ａ）１＃砂轮表面显微照片（１３８ｘ）
（ｂ）２鼻砂轮表面显微照片（１３８ｘ） 图ｌ 各砂轮的表面显微照片
（ｃ）３舞砂轮表面显微照片（１３８ｘ）
图１中（ａ）、（ｂ）和（ｃ）分别为ｌ＃、２＃和３＃砂轮做过进刀量 为ｏ ０２ ｍｍ／行程的磨削试验后，在放大倍数为１３８倍的体视显 微镜下观察时的显微照片。从图中我们可以发现：２＃砂轮与３＃ 砂轮表面的磨粒数量差不多，而ｌ＃砂轮表面的磨粒数量明显多
石砂轮表面 万的磨方粒数数据量较普通金刚石砂轮的磨粒数量多，所以
４结论 】）自锐性金刚石为表面粗糙，有凹人角的不规则亚晶晶
体，与树脂结合剂有较强的粘结力； ２）在试验条件相同的条件下，白锐性金刚石树脂砂轮对硬
质合金ＹＧｌｏｘ的磨削比值比普通金刚石树脂砂轮高出６０％以 上：
３）自锐性金刚石树脂砂轮所磨的硬质合会工件比同条件 下的普通金刚石砂轮所加工工件的表面光洁度高。
２试验条件及试验方法 为了使实验结果具有说服力，本实验采用了两种不同的树
脂结合剂和三种金刚石，除ｃｓＤ外，另外两种树脂砂轮采用的 金刚石，分别标记为ＲＶＤ—Ａ和ＲｖＤ—Ｂ。我们用以上材料制 作了６个砂轮进行磨削试验。每个砂轮都采用同样的酉己方和
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制作工艺。砂轮编号和配方列入表ｔ： 表ｌ砂轮配方编号表
２００５年６月 总第１４７期第３期
金刚石与磨料磨具工程 Ｄｉａｍｏｎｄ＆Ａｂｒａｓｉｖｅｓ Ｅｎ西ｎｅｅｒｉ“ｇ
文章编号：１００６—８５２ｘ（２００５）０３—００５９一０３
Ｊｕｎｅ．２００５ Ｓｅｄａｌ．１４７ Ｎｏ．３
自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究
史冬丽赵延军李克华郭凤英丁春生 （郑州磨料磨具磨削研究所郑州４５００１３）
１引言 树脂结合剂砂轮与陶瓷和金属结合剂砂轮相比具有磨削
力和磨削热小、自锐性好、磨削效率高等特点，被广泛用于硬质 合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料的磨削加工。目前，世界上大约有 ６０％的磨料级金刚石用于生产树脂结合剂砂轮…。但是，由于 常用的处理方法对金刚石表面惰性改善不大，树脂对金刚石的 浸润性并不好，更难以形成结合剂与金刚石之间的化学键结 合，结合剂对金刚石的把持力主要还是机械嵌合力，所以在目 前生产的树脂金刚石砂轮中，树脂结合剂对金刚石的把持能力 并不是很强，如果要改善这种情况，我们应该致力于提高树脂 结合剂对磨料的机械嵌合力。据国外磨削资料报导，普通金刚 石树脂磨具在磨削Ｐ１８（国外的一种硬质合金牌号）产品后，约 有７０％的磨料是在没有充分发挥作用前脱落”ｏ。虽然采用对 金刚石进行表面处理的方法（如金刚石表面涂附、表面镀覆
表２各砂轮的磨削比
值列于表２。 这里，我们采用的磨削比值为质量比值，其计算式如下：
，Ｅ６：。訾面
（０１１）Ｊ
其中，Ｅ为磨削比，△帆为工件磨耗质量，△恤为砂轮磨耗
质量。
万方数据
第３期
史冬丽等：自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究
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造成这种情况的主要原因是：（１）ｃｓＤ金刚石相对ＲＶＤ— Ａ和ＲｖＤ—Ｂ金刚石来说，其外形较不规则，表面粗糙，有凹人 角，因而与结合剂的结合力强；（２）ｃｓＤ金刚石内部为许多单个 亚晶所组成的嵌式结构，在强大磨削力下，ｃｓＤ晶体易于沿亚 晶间的界面破裂。小的不规则的碎片从晶体颗粒脱离后，在表 面留下许多锋利的切削刃。而ＲＶＤ—Ａ和ＲＶＤ—Ｂ多为晶形 较完整的晶体，其强度较高，缺陷较少。由Ｇ珊Ｒｔｈ断裂力学理 论”１可知，ＲＶＤ—Ｂ的亚晶间结合部分是其薄弱环节，在高速磨 削时，由于应力的逐步集中，会使应力沿亚晶间的结合部分逐 步扩展，最后沿亚晶界面发生疲劳断裂。所以其断裂强度低于 ＲｖＤ—Ａ，也低于ＲＶＤ—Ｂ。故在相同磨削力的条件下，其自锐 性较好。即使在相同的结合剂把持条件及磨削条件下，ｃｓＤ可 以多次自锐并参与磨削，而普通ＲＶＤ则由于其自身强度远高 于树脂结合剂对其的把持力而尚未完全发挥作用即已脱落。 以上两因素使自锐性金刚石砂轮的磨削比值比相同条件下的 其它砂轮高。 ３．３表面粗糙度
根据表３我们绘出工件的表面粗糙度值的折线图３。由表 ３及图３可以看出，两个砂轮所磨工件的表面Ｒａ值都随进刀量 增大而增加。在相同的进刀量下，由ｃｓＤ砂轮所加工工件的表 面粗糙度Ｒａ值比ＲＶＤ—Ａ砂轮所加工的工件低。在小进刀量 时，其差值较大；在大进刀量时，其差值较小。
进刀量（ｍｍ／行程） 图３工件表面粗糙度Ｒａ值 由于ｃｓＤ内部为许多单个亚晶所组成的嵌式结构，其自锐 性好。在强大磨削力下，ｃｓＤ趋于沿结构中的每个亚晶晶粒的 界面破裂，而不是沿单晶连续的解理面破裂，因此在应力下，只 有小而不规则的碎片从晶体颗粒脱离，从而在每个颗粒的表面 留下许多锋利的切削刃。而相同磨削余量条件下，自锐性金刚
另外，工件表面粗糙度与法向切削力有如下关系”ｏ： Ｒ。＝置只（２） 其中，Ｒ。为表面粗糙度，Ｋ为常数，只为法向磨削力，ｎ为 指数。 而ｃｓＤ磨粒的切削刃小而锋利，所以其Ｆ。值较普通ＲＶＤ 小，放Ｒ。值小。 当进刀量较大时，普通金刚石砂轮表面磨粒已较少，此时 砂轮对工件的磨削，除了金刚石对工件的切削外，部分结合剂 也会对工件表面进行摩擦。所以，在大进刀量时，普通金刚石 砂轮所磨工件的粗糙度与自锐性金刚石砂轮所磨工件表面的 粗糙度相差不多。
图２为ｃｓＤ金剐石、ＲＶＤ—Ａ及ＲＶＤ—Ｂ在体视显微镜下 放大２０７倍时的显微照片。从图上可以看到ｃｓＤ金刚石具有 不规则形状，表面粗糙，并有许多凹人角。这就使结合剂较容 易渗入到金刚石的颗粒问隙及凹角内，增加了结台剂与金刚石 的结合表面积，提高了结台剂对磨粒的把持力。而ＲＶＤ—Ａ和 ＲＶＤ—Ｂ外形较规则，表面较光滑，因而与结合剂的结合力较前 者弱。 ３．２磨削比值
Ｒｅｓｅａｒｃｈ帅Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｐｅｒｆｂｍａｎｃｅｓ ｏｆ Ｒｅｓｉｎ Ｂｏｎｄ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｗｈ∞ｌｓ
Ｍａｄｅ ｗｉｔｈ ＳｅＩｆ—ｓｈａｒｐｅｎｊｎｇ Ｄｉａｍｏｎｄ
Ｓｈｊ Ｄｏｎｇ Ｊｊ Ｚｈａｏ Ｙａｎｊｕｎ Ｌｊ Ｋｅｈｕａ Ｇｕｏ Ｆｅｎｇｙｊｎｇ Ｄｊｎｇ Ｃｈｕｎｓｈｅｎｇ
（孙ｅ，耐ｏＭ船∞ｒｃ＾，邶ｍｕ￡ｅ扣ｒ舫Ⅻｉｗ＆佩诚昭幻ｅ，蝴ｏＨ ４５００１３，珊ｆ№）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｍｕｇｈ出ｎｄｉ“ｇ ｅｌｐｅｄｍｅｎｔｓ，ｔｈ。ｇ“ｎｄｉ。培ｐｅｄｏｍｌａｎｃｅｓ ０ｆ ｒｅｓｉｎ ｂｏｎｄ咖ｎｄｉ“ｇ ｗｈｅｅｌｓ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ ｓｅⅡ一ｓｈ３ｒｐｅｎｉ“ｇ ｄｉａｍｏｎｄ（ｃＳＤ）ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａＩｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｒｅｓｉｎ ｂｏｎｄ ｃｏｕｌｄ ｈｏｌｄ ｔｈｅ ｓｅⅡ一ｓｈａ‘Ｐｅｎｉ“ｇ ｄｉａｍｏｎｄ ｍｏｒｅ ｔｉｇｈｔｌｙ ｔｈａｎ ｏｒｄｉｎ８ｒｙ ｄｉ枷ｏｎｄ，ｆｏｒ ＣＳＤ ｄｉａｍｏｎｄｓ ｈａｖｅ ｉⅡ２９ｕｌａｒ ｓｈ８ｐｅ，ｒｏｕｇｈ ｓｕｄａｃｅｓ ａｎｄ ｍａ“ｙ ｉｎｃｕｒｖａｔｅｄ ａ“ｇｋ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍ。ｇｄｎｄｉ“ｇ ｅｍｃｉｅⅡ。ｙ，ｔｈ８ ｇｄｎｄｉ“ｇ。ａｔｉｏ ０ｆ ｒｅｓｉｎｈｍｄ画ｎｄｉ“ｇｗｈｅｅｌｓｍａｄｅ ｗｉｔｈ ８ｅｌｆ—ｓｈａｌｐｅｎｉ“ｇ ｄｉａｍｏｎｄ ｗａｓｌ．６ｔｉｍｅｓ ａｓ ｈｌｇｈ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ商ｎｄｉ“ｇ ｗｈｅｅｌｓ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ ｏｒｄｉｎａＴｙ ｄｉ舢ｏｎｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓ锄ｅ ｔｉｍｅ，ｓｍａｕ ｆｒａ舯ｅｎ协ｃｏｌｌ８ｐｓｅ ｆｒｏｍ ｔｈ８ ｇｍｉｎｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ∽ｔｌｏⅡｏｆ ｓｔｒｅｓｓ粕ｄ ｍａ“ｙ ｆｒｅｓｈ ａｎｄ ｔｉｎｙ ｏｕｔｔｉ“ｇ ｅｄｇｅｓ ｌｅｆｔ ０ｎ ｔｈｅ ｓｕｄｉｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｖｅ ｇｒａｉｎ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｂ ｓｅ＂一 ｓｈａ。ｐｅｎｉ“ｇ ｐｅｄｏｍａｎｃｅｓ．ｓｏ ｂｅｔｔｅ。ｇｍｕｎｄ￥ｕｄａｃｅ ｍｕｇｈｎｅｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｅｌｆ—ｓｈ８ｒｐｅｎｉ“ｇ ｄｉａｍｏｎｄ；ｒｅ８ｉｎ ｂｏｎｄ；酣ｎｄｉ“ｇ ｒａｔｉｏ；ｓｕｒｆａｃｅ ｍ“ｇｈｎｅｓｓ
于２＃和３＃。而对结合剂２的砂轮试验也有类似结果，即５＃砂 轮与６＃砂轮表面的磨粒数量较少，而４舟砂轮表面的磨粒数量较 多。这表明结合剂对ｃｓＤ钓把持力高于ＲｖＤ—Ａ和ＲｖＤ—Ｂ， ｃｓＤ金剐石脱落较少，且由于自锐性作用而切削刃增多。
（ａ）ｃｓＤ
（ｂ）ＲＶＤ—Ａ 图２金剐石的显微照片（２０７×）
（ｃ）ＲＶＤ—Ｂ
等），能提高 万树方脂数结合据剂对磨料的把持能力，但由于其生产工艺
较复杂，生产成本高，砂轮自锐性也较差，在一定程度上限制了 其应用。而自锐性金刚石（ｃｓＤ）具有形状不规则、许多凹凸的 粗糙表面以及由许多单个亚晶粒所组成的嵌镶结构．从而非常 容易被结合剂抓牢，并能保持连续持久的自锐性和锋利切削 刃。
本文探讨自锐性金刚石树脂砂轮的磨削性能。磨削试验 结果表明，自锐性金刚石树脂砂轮中，结合剂对金刚石的把持 能力强，相对于普通金刚石树脂砂轮的磨削比值高，加工出的 工件表面粗糙度值低，具有较好的实用价值。
参考文献 ｌ邹文俊，有机磨具制造［Ｍ］北京：中国标准出版社２００１ ９ ２张春哗，裴宏杰，王贵成．硬质合金刀具刃磨质量的研究
［Ｊ］．工具技术．２００３（２）：３５～３７ ３石德珂，金志浩．材料力学性能［Ｍ］西安：西安交通大学
出版社．１９９８ ７ ４张书森，尹学敏，袁显永改进聚酰亚胺金刚石砂轮磨削性
能的研究［Ｊ］金刚石与磨料磨具工程．２００３（４）：７ｌ～７２ ５王秦生．超硬材料制造［Ｍ］北京：巾国标准出版社．２００２．
３种磨削余量下，１样和２＃砂轮所磨工件的磨削端面Ｒａ值 列于表３。
表３不同进刀■下砂轮所磨工件的Ｒａ值
单位表面内的切削刃比普通金刚石砂轮多。在相同的磨削条 件下，每个磨粒的单位切削负荷小。在磨削过程中，磨粒的划 擦和耕犁作用成为主导，故被磨工件表面被推抹、烫平，消除了 工件表面的沟纹，所以其表面光洁度高”Ｊ。另外，由于ｃｓＤ自 锐性好，磨削过程中，常有小颗粒从磨粒表面脱落，这相当于降 低了磨粒的粒度。而普通ＲＶＤ强度高，自锐性较ｃｓＤ差，多是 整个大颗粒脱落，这些脱粒也常会在工件表面留下较深的划 痕。所以ｃｓＤ金刚石砂轮所磨工件的表面粗糙度值较普通 ＲＶＤ低。
砂轮编号
ｃｓＤ
ＲＶＤ—Ａ
结合剂１
１＃
２＃
结合剂２
４＃
５＃
试验条件为： 砂轮速度：３２ ２０ｍ／ｓ
工件速度：１５Ｉｎ／ｍｉｎ 冷却液：Ｌ１Ｙ—ｌ（水液比为：２０：１）
工件材料：ＹＧｌＯｘ
金刚石与磨料磨具工程
第１４７期
ＲＶＤ—Ｂ ３撑 ６＃
磨床ｌ！号：工具磨床 对每个砂轮均采用相同的修整方法和修整材料进行修整。 在磨削各参数相同的条件下，分别采用Ｏ．叭ｍｍ／行程、０． 叭５ｍｒｎ／行‘程、０．０２ｍｍ／行程的进刀量各做磨削试验。通过计算 得到砂轮每次磨削试验的磨削比值。然后用体视显微镜观察 并记录砂’轮的表面状况，并用粗糙度测定仪测出工件磨削表面 的Ｒａ值。