超硬磨料及其磨具的选择与应用

超硬磨料及其磨具的选择与应用

磨削过程就是磨具中的磨粒对工件的切削过程。选择磨具就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工件材料的物理力学性能产生的抗力。由于磨具的品种规格繁多，而每一种磨具都不是万能的切削工具，只有一定的适用范围。因此对每一种磨削工作，都必须适当选择磨具的特性参数，才能达到良好的磨削效果。磨具特性主要包括磨粒、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸。这里从磨具特性方面叙述选择磨具的一般原则。

一.超硬磨料及其磨具

(一)超硬磨料磨具的加工特点

超硬磨料系指金刚石和立方氮化硼均属立方晶系。与刚玉和碳化硅相比，具有硬度高、强度好、颗粒形状好、良好的导热性和低的热膨胀系数等特点。磨削能力强及良好的磨削性能。是非常优异的磨削材料。

由超硬磨料制成的磨具，其磨削性能突出，主要加工特点有：

1．极高的磨料硬度

2．耐磨损性能好

3．形状和尺寸保持性能好

4．能长时间保持磨粒微刃的锋锐性

5．磨削温度低

(二)超硬磨料磨具的特性

1.超硬磨料磨具结构

超硬磨料磨具的结构与普通

磨具不同，其结构形式由工作

层、过渡层和基体三部分组成。

如图一所示。工作层即磨料层，

由金刚石或立方氮化硼磨料、结

合剂及填料组成。是磨具

进行磨削加工的部分。过渡层是

由结合剂和其它材料组成，以保图一超硬磨料金刚石、立方氮化硼磨具结构

证工作层的充分使用，不含超硬磨料，将工作层牢固把持在基体上。近年来，有些厂家取消了过渡层，直接将过渡层把持在基体上。基体是磨具的基本形体，起支承工作层的作用。

2.超硬磨料磨具的特性及标志

⑴磨料超硬磨料的品种有天然金刚、人造金刚石及立方氮化硼（CBN）。人造金刚石又有多种牌号。人造金刚石、立方氮化硼的品种、代号及适用范围列于表一表一人造金刚石和立方氮化硼品种、代号及适用范围（摘自GB/T6405-1994）

⑵粒度粒度系标志超硬磨料金刚石、立方氮化硼颗粒尺寸的大小。粒度的标记按国家标准的规定，超硬磨料的各粒度颗粒尺寸范围及粒度组成按表二规定。

⑶结合剂结合剂起着把持超硬磨料和使磨具具有正确的几何形状的作用。超硬磨料磨具的结合剂分四大类，即树脂结合剂(B)、金属(青铜)结合剂(M)，陶瓷结合剂(V)，电镀金属结合剂(M)

⑷浓度浓度是超硬磨料磨具所特有的概念。它表示磨具工作层单位体积中超硬磨料的含量。一般规定为每立方厘米体积中含4.4克拉(1克拉＝0.2g，0.88g/cm3)的超硬磨料磨具的浓度为100%；每增加或减少1.1克拉磨料，则浓度增加或减少25%。不同浓度超硬磨料磨具中磨料含量及代号列于表三。

表二金刚石、立方氮化硼粒度标记、各粒度颗粒尺寸范围及粒度组成(摘自GB/T6406-1996)

注：隔离粗线以上者用金属编织筛，其余用电成型筛筛分。

表三金刚石、立方氮化硼的浓度代号（摘自GB/T64091-1994）

3. 超硬磨料磨具形状尺寸

超硬磨料磨具形状及代号：砂轮类，油石磨头类，锯类。参见GB/T6409.1-1994

超硬磨料磨具的形状标记系统包括二或三种代号，仅用于金刚石与立方氮化硼砂轮、油石、磨头和锯形状。

超硬磨料磨具的基本形状代号分为：1、2、3、4、6、9、11、12、14、15。共10个代号。参见GB/T6409.1-1994标准中表4的规定，基本形状可根据需要进行改型，其代号按GB/T6409.1-1994表7的规定。超硬磨料磨具的磨料层在基体上位置代号按GB/T6409.1-1994中的表6规定。磨料层断面形状代号按GB/T6409.1-1994标准的表5规定。

二.超硬磨料磨具特性的选择

（一）超硬磨料的选择

鉴于金刚石和立方氮化硼磨料性能上有差异，其使用范围也不同。金刚石的硬度、强度、研磨能力、导热系数和热膨胀系数均优于立方氮化硼，因此适于加工硬而脆的材料，如硬质合金、陶瓷、玛瑙、光学玻璃、石材、混凝土、半导体材料等，但由于金刚石是碳的同素异体，在较高温度下易与钢中的铁族金属产生化学反应，形成碳化物，造成严重的化学磨损，影响磨具的磨削性能，且加工效果也不好，所以，金刚石不适宜用来加工铁族金属材料。与金刚石比，立方氮化硼磨料的热稳定性，化学惰性均较优，不易和铁族金属及其它元素发生化学反应，因此，尽管其硬度等物理性能比金刚石稍差一些，但用它来加工硬而脆的金属材料，如磨削工具钢、磨具钢、不锈钢、耐热合金，高钒高速钢等黑色金属，具有独特的优点，是理想的磨料。

天然金刚石以NC为代号，人造金刚石分为RVD、MBD、SCD、SMD、DMD、M-SD六个牌号；立方氮化硼有CBN，M-CBN两个牌号，其相应地适应范围参见表3.8.3.2。（二）超硬磨料的粒度选择

超硬磨料的粒度选择，一般是根据被加工工件的表面粗糙度和加工效率的要求而决定的。金刚石磨具与立方氮化硼磨具选择原则基本相同，与普通磨具比较，如要达到相同的表面粗糙度要求，选用磨料粒度应细1～2个粒度号；同时，在满足粗糙度要求的前提下，还是应考虑能达到较高的加工效率，取得满意的加工效果，应尽量选取尽可能粗的粒度，磨料粒度与加工表面粗糙度的关系如表四

虑。磨削加工各工序推荐选择的粒度号如下：

粗磨选用80＃～100＃；半精磨120＃～180＃；精磨细磨选用180＃～W40；研磨抛光选用W40～W1。

（三）超硬磨料磨具结合剂的选择

金刚石磨具与立方氮化硼磨具常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂和电镀金属结合剂四类。金属结合剂有青铜结合剂、铸铁结合剂及铸铁短纤维结合剂。按结合能力及耐磨性排序如下：

树脂 陶瓷 金属 电镀金属 结合能力及耐磨性 （四） 浓度的选择

浓度是超硬磨料磨具的重要特性之一，它对磨削效率和加工成本有很大的影响。浓度低，磨削效率不高，满足不了生产的要求；浓度过高，很多磨粒过早脱落、造成浪费。

不同种类的结合剂对磨粒的结合力不同，因此对每一种结合剂都有它的最佳浓度范围。树脂结合剂超硬磨具的浓度范围为50～75；陶瓷结合剂磨具的浓度为75～100；金属结合剂磨具的浓度为100～150。结合剂对磨粒的结合强度越高，最佳浓度范围越高。 （五） 超硬磨料磨具形状和尺寸的选择

超硬磨料磨具形状的选择，主要根据磨床和工件加工表面形状对磨具的要求来决定。如平行砂轮(1A1)主要用于外圆、平面、工具刃磨及砂轮机上的磨削；平行小砂轮(1A8)主要用于内圆磨削；单面凹砂轮(6A2)主要用于工具刃磨和平面磨削等；碗形砂轮(11A2)主要用于刀具刃磨和平面磨削。

超硬材料磨具的尺寸选择是根据磨床的规格、型号及加工工件形状大小来决定。可参考磨床说明书上对磨具尺寸的要求予以选择

超硬磨料磨具即金刚石或立方氮化硼磨具的形状和尺寸按GB/T6409.2-1996选取。 三、超硬磨料磨具的使用 渐强