CBN砂轮的修整方法及其应用

CBN砂轮的修整方法及其应用

作者：冯宝富蔡光起盖全文

1 引言

CBN砂轮以其优良的磨削性能和磨削表面质量在高速、超高速磨削、难加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工领

域获得了广泛应用。在磨削过程中，由于磨削力和磨削区域高温、粘附等作用，砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化；同时，砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去正确的原始几何形状；此外，由于高速磨削的磨屑非常细小，很容易

堵塞砂轮工作表面空隙。为使CBN砂轮始终保持良好的磨削状态，在磨削过程中必须对砂轮进行修整。CBN砂轮的整形、

修锐技术是CBN砂轮应用领域一个相当重要的研究课题。

CBN砂轮的修整可分为整形和修锐两个步骤。整形是通过改变砂轮的宏观形状，使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度，

并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃；修锐则是通过去除砂轮磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂表面，形成必要的容屑空间，使砂轮具有最佳磨削能力。根据具体情况，整形和修锐可统一进行或同时完成，也可分步进行。

2 CBN砂轮的整形方法

CBN砂轮的整形方法较多，常用的有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法、电加工整形法等，近年来又出现了激光整形法。

2.1 车削整形法

车削法是采用单颗粒金刚石笔、粉末冶金金刚石笔或金刚石修整片等整形工具车削砂轮，以达到整形目的。

1) 单颗粒金刚石笔整形

单颗粒金刚石笔具有极高硬度和良好的耐磨性，因此常用于陶瓷结合剂或树脂结合剂CBN砂轮的修整。金刚石笔的尖

端由于受到热和力的集中连续作用，磨损剧烈，因此修整时应通过合理供给冷却液进行充分冷却。采用单颗粒金刚石笔修整陶瓷结合剂CBN 砂轮后，砂轮表面状态不易达到磨削加工要求，容屑空间较小，切削刃较宽，磨削刃不锋利，若直接用于磨削，初期磨削力和磨削温度均较大，容易出现磨削烧伤和振纹，因此必须用油石对修整后的砂轮表面进行合理修锐。

2) 金刚石片状修整器整形

采用粉末冶金方法将小粒度金刚石颗粒固结在硬质合金基体上，制成片状修整器。用金刚石片状修整器修整CBN砂轮

的优点是费用较低，且片状修整器磨损后性能变化不大，整形时可以采用较大的修整进给量而不会增大修整后砂轮的表面粗糙度。

2.2 滚压整形法

滚压整形法是利用旋转的砂轮和滚压轮之间的相对滚动压裂结合剂桥，使磨粒表面崩碎出现微刃。滚压轮可用硬质合金或淬硬钢制成。滚压整形法的特点是修整压力大、修整效率及修整精度较低、修整后砂轮表面损伤层较深、切削刃密度较低、磨粒较尖锐、易磨损但不易堵塞。为降低滚压力，增加滚压稳定性，可在滚压轮表面开出斜槽或螺旋槽。为避免砂轮表面产生周期性波纹，必须控制砂轮轴与滚轮轴的同轴度。

2.3 磨削整形法

磨削整形法是用普通磨料砂轮、金刚石砂轮、金刚石滚轮等与CBN砂轮对磨整形，或用CBN砂轮磨削低碳钢进行整形。

1) 普通砂轮磨削整形

用绿色碳化硅或白刚玉陶瓷结合剂砂轮作为整形砂轮，用外圆磨削法对CBN砂轮进行整形。在整形砂轮轴上安装制动

器，使整形砂轮与CBN砂轮之间产生相对速度，可提高整形效率，相对速度越大，整形效率越高。该方法也可用于修锐，但应采用细粒度（150#〜220#）修整砂轮。制动整形法的特点是整形压力较大、对磨床刚性要求高，对树脂结合剂砂轮容易产生过整形。

2）低碳钢磨削整形

低碳钢磨削整形是利用CBN砂轮磨削低碳钢时形成的流状切屑来刮除结合剂，达到整形目的。该方法又可分为单滚筒法和双滚筒法。双滚筒法是利用两个滚筒的速度差实现平稳整形，可提高整形质量。低碳钢磨削整形的特点是修整效率及修整精度较低、磨粒脱落较多、整形质量不稳定。

3）杯形砂轮整形

日本东京大学的庄司克雄研制的杯形砂轮修整器将修整进给变为切入进给，提高了修整精度。采用杯形砂轮对CBN陶

瓷砂轮整形后，CBN砂轮的表面磨粒产生微小破碎，具有良好的容屑槽和尖锐的切刃。杯形砂轮对CBN砂轮的整形效果

优于采用金刚石砂轮的整形效果。

4）金刚石滚轮整形

金刚石滚轮是采用电镀法或粉末冶金法将金刚石颗粒固结在金属基体的圆周表面上制成的高效成型修整工具，其修整机理是通过金刚石滚轮与CBN 砂轮的旋转运动之间产生的相对运动来实现砂轮整形。修整进给量ar 和修整速比

q（q=vr/vs , vr为金刚石滚轮线速度，vs为CBN砂轮线速度）对修整后CBN砂轮的磨削性能有重要影响。采用较大修整

速比口=修整后的CBN砂轮磨削力较小，但工件表面粗糙度较大。采用较大修整进给量ar修整后的砂轮较锋利。S.Malkin 等人认为，金刚石滚轮整形法的修整机理和修整后砂轮的磨削性能主要由CBN砂轮磨粒轨迹与金刚石磨粒运动轨迹之

间的夹角（干涉角d）控制，d越大，修整力越小，但修整后的砂轮表面较粗糙。中速比的选择范围为q=0.4〜0.7，精

密磨削时应选取速比q<-1.0 ，具体数值应根据磨削粗糙度要求和砂轮特性确定，例如磨削精密氧化锆零件时可采用速比q<-1.0修整CBN陶瓷砂轮，这样可获得较低的粗糙度（Ra=0.06卩m）和较高的圆度（0.6卩m）。

金刚石滚轮整形法的主要优点是结构简单、滚轮耐用度高、能同时在砂轮全宽度上进行修整、修整时间短、修整力小、能复制特定的砂轮轮廓（尤其对复杂型面砂轮具有准确的复形能力）、适用于自动化生产。该方法在有载或无载情况下均可使用，可使修整时间与其它加工辅助时间交叉重合。

2.4 电加工整形法

电加工整形法只能用于金属结合剂砂轮，主要有电解法、电火花法等。电解法用于整形相对比较困难。

电火花整形法是利用旋转砂轮与工具电极之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象来蚀除砂轮表面的金属结合剂，以达到整形和修锐目的。在电火花整形过程中，砂轮与工具电极间产生的电火花放电脉冲在砂轮表面形成放电凹坑，在重复放电过程中，放电凹坑相互重叠，逐渐将砂轮修整到所需形状。电火花修整的特点是加工力小、适于小直径和极薄砂轮的修整；如配以高精度电极和合理的放电参数，可方便地实现对成型砂轮的快速、高精度整形。

3 CBN砂轮的修锐方法

常用的CBN砂轮修锐方法有自由磨粒修锐法、固结修锐工具修锐法、电加工修锐法、激光修锐法等。

3.1 自由磨粒修锐法

1）气体喷砂修锐

以碳化硅、刚玉或玻璃珠等游离磨粒作为修锐介质，用压缩空气将修锐介质高速喷射到转动的部分结合剂，形成

CBN砂轮表面，以去除

切削刃，达到修锐砂轮的目的。采用气体喷砂修锐法时，应正确选择磨料粒径、喷射压力和修锐时

间。例如用粒径为100〜150卩m的玻璃珠，以60〜70KPa的压力（或用粒径50卩m的WA颗粒，以100〜140KPa压力）对CBN砂轮进行喷砂修锐，只需数分钟即可获得满意的修锐效果。

2）超声振动修锐

被修砂轮以一定速度旋转，将超声振动修锐装置调整到谐振状态，按一定频率和振幅作超频纵向振动。将混油磨料（20# 机油+碳化硅或