金刚石砂轮

金刚石砂轮

什么是金刚石砂轮？金刚石砂轮的组成、特性和用途有时什么？以下将做详细介绍。

以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成各种形状的制品，用于磨削、抛光、研磨的工具叫金刚石磨具，包括砂轮、油石(珩磨油石)、钻具、据具、粉状修正工具、修正滚轮、手工工具(锉刀类)、牙钻、雕刻工具、油石、内外圆切割锯片、砂轮刀、玻璃刀、车刀、木工圆盘锯片等。其中以金刚石砂轮，金刚石锯片应用最广泛。

金刚石砂轮一般由工作层、基体、过渡层三部分组成。工作层，又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是砂轮的工作部分；过渡层，又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分；基体，用于承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地把砂轮夹持在磨床主轴上，基体本身应该是在不影响其刚性和强度的条件下愈轻愈好，一般金属结合剂制品选用钢材，合金钢粉作基体，树脂结合剂制品选用铝合金，电木作基体。制品成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。因此，基体应该有几何形状和尺寸精度以及表面粗糙度要求。

金刚石砂轮的特性包括金刚石磨料泊种类、粒度、浓度、结合剂和形状尺寸。

金刚石砂轮的用途：由于金刚石磨料所独具的特性(硬度高、抗压强度高、耐磨性好)，使金刚石砂轮在磨削加工中成为磨削硬脆材料及硬质合金的理想工具，不但效率高、精度高、而且粗糙度好、砂轮消耗少，使用寿命长，同时还可改善劳动条件。因此广泛用于普通砂轮难以加工的低铁含量的金属和非金属硬脆材料，如硬质合金、高铝瓷、光学玻璃、玛瑙宝石、半导体材料、石材等。

各种型号金刚石砂轮的特点及用途

金刚石砂轮是磨削硬质合金、陶瓷、玻璃等材料的理想工具，采用优质金刚石，结合先进工艺配方，产品质量稳定可靠，磨削效率高，磨削成本低，是非常理想的磨削工具。

金刚石砂轮金属结合剂(代号J)：常见的是青铜结合剂(代号Q)，主要用于制作金刚石砂轮。青铜结合剂金刚石砂轮的特点是型面的成型性好，强度高，有一定韧性。但金属结合剂制成的砂轮自砺性差。

利用金属结合剂配以各种配比生产的青铜砂轮，动、静平衡度好，磨削效果上乘，是厂家理想的选择。

青铜金刚石砂轮

适用光学玻璃、装璜玻璃磨边，半导体材料，陶瓷硬脆岩石的磨削加工。

其特点是：耐磨性好、磨粒把持力强，砂轮寿命长；在玻璃、铁氧体等硬脆材料加工时，切削性能优异。

其用途为：用于玻璃、陶瓷、铁氧体、半导体材料、石材等硬脆性材料和金属材料的研磨加工。用于硬质合金材料的外形加工和电解磨削加工，以及磨削加工中心用金刚石钻头的磨削。

内圆磨用平形磨盘（小磨头）金刚石砂轮

本品由金刚石微粉及金属结合剂采用粉末冶金技术加工而成．主要用于光学透镜球面精磨加工。具有磨削效率高、光圈稳定、寿命长及操作方便等特点。

目前，超硬材料制品有各种砂轮、磨头、什锦锉、掏料刀、修整滚轮、钻头、扩孔器、内外圈切割刀、铰刀、绳锯等各种各样的专用工具，在机械、电子、建筑、钻探、光学玻璃加工等工业领域得到广泛应用。

金刚石砂轮可用于各种工件的套孔等精加工；可用于花岗岩、大理石板材、水磨石地等以及水磨石预制板的磨平和磨光；可用于光学零件高速精磨加工，对不同的加工材质具有较强的针对性；可用于用于石材/玻璃或陶瓷的雕刻，效率高，适用性强。可用于磨牙。

几种金刚石砂轮的对比

烧结型金刚石砂轮

烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性和耐磨性好，使用寿命长，可承受较大的负荷。因砂轮在烧结过程中不可避免地存在着收缩及变形，所以在使用前必须对砂轮进行整形，但砂轮修整比较困难。目前生产中常用的砂轮对滚整形方法不仅在修整时费时费力，而且修整过程中金刚石颗粒的脱落较多，修整砂轮本身的消耗很大，整形精度较低。

近年来各国学者相继开展了应用特种加工方法修整金属结合剂金刚石砂轮的研究工作，主要有电解修整法、电火花修整法和复合修整法等。电解修整法速度快，但整形精度不高；电火花修整法整形精度高，既可整形又可修锐，但整形速度较慢；复合修整法有电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等，修整效果较好，但系统较复杂，因此烧结型金刚石砂轮的修整问题仍然没有得到很好的解决。

此外，由于砂轮的制造工艺决定了其表面形貌是随机的，各磨粒的几何形状、分布及切削刃所处的高度不一致，因此磨削时只有少数较高的切削刃切到工件，限制了磨削质量和磨削效率的进一步提高。

电镀金刚石砂轮

电镀金刚石砂轮的优点：电镀工艺简单，投资少，制造方便；无需修整，使用方便；单层结构决定了它可以达到很高的工作速度，目前国外已高达250～300m/s；虽然只有单层金刚石，但仍有足够的寿命；对于精度要求较高的滚轮和砂轮，电镀是唯一的制造方法。

正是由于这些优势，电镀砂轮在高速、超高速磨削中占据着无可争议的主导地位。电镀金刚石砂轮存在的缺陷：在镀层金属与基体及磨料的结合面上并不存在牢固的化学冶金结合，磨料实际上只是被机械包埋镶嵌在镀层金属中，因而把持力小，金刚石颗粒在负荷较重的高效磨削中易

脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效；为增加把持力就必须增加镀层厚度，其结果是磨粒裸露高度和容屑空间减小，砂轮容易发生堵塞，散热效果差，工件表面容易发生烧伤。目前国内的电镀砂轮制造尚未实现按加工条件的要求而优化设计出砂轮的最佳地貌，单层电镀金刚石砂轮的这些固有弊端必然会大大限制它在高效磨削中的应用。

单层钎焊金刚石砂轮

为了充分发挥金刚石的作用，要设法增大结合剂对金刚石的把持力，提高砂轮的结合强度。单层高温钎焊超硬磨料砂轮能克服电镀砂轮的缺点，可以实现金刚石、结合剂、金属基体三者之间的化学冶金结合，具有较高的结合强度，仅需将结合层厚度维持在磨粒高度的20%～30%就能在大负荷高速高效磨削中牢固地把持住磨粒，使钎焊砂轮的磨粒裸露高度可达70%～80%，因而增大了容屑空间，砂轮不易堵塞，磨料的利用更加充分。

在与电镀砂轮相同的加工条件下，单层高温钎焊超硬磨料砂轮的磨削力、功率损耗、磨削温度更低，意味着可达到更高的工作速度，这在300～500m/s以上的超高速磨削中有着特殊的意义。单层高温钎焊无镀膜金刚石砂轮加Cr银基钎料单层钎焊砂轮利用高频感应钎焊方法，用添加有Cr的Ag-Cu合金作为钎料，在780℃的空气中钎焊35s，自然冷却，可实现金刚石与钢基体间的牢固连接。经X射线能谱及X射线衍射分析发现，Cr与金刚石之间形成Cr3C2，与钢基体之间形成(FexCry)C，经与不加Cr钎料的对比实验证明，这是实现合金层与金刚石及钢基体间都具有较高结合强度的主要因素，并通过磨削实验证实了金刚石确有较高的把持强度。

该工艺的优点是钎焊温度低，对金刚石的损伤小。缺点是银基钎料的熔点较低，耐磨削高温性能较差，在高效重负荷磨削中的应用受到限制。

Ni-Cr合金单层钎焊砂轮国外金刚石的钎焊工艺是：首先用氧乙炔焊炬在钢基体上火焰喷涂上一层Ni-Cr合金层，这层活性金属可作为钎料直接钎焊金刚石磨粒，然后在1080℃的氩气中感应钎焊30s。

在火焰喷涂合金层的过程中，由于钢基体表面易氧化，钎焊后结合剂层厚度的一致性和磨料排布的均匀性尚难于有效控制。