鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司  安建民

鄭州磨料磨具磨削研究所  王光祖、劉金昌 

摘  要：本文介紹了金剛石、立方氮化硼砂帶所具有的特性及國內(nèi)外發(fā)展情況。因超硬材料砂帶具有高效、精密、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的特點(diǎn)。加之我國既是超硬材料大國，又是機(jī)械制造大國，具有開發(fā)和應(yīng)用超硬材料涂附磨具的優(yōu)勢，目前我國已研制成功超硬材料砂帶，為開展超硬材料砂帶磨削試驗(yàn)創(chuàng)造了條件，促進(jìn)我國制造業(yè)的發(fā)展。

Abstract:This article introduces the characteristics and development at home and abroad of diamond and CBN abrasive belts. With the particular advantages on superhard material coated abrasives, China has developed superabrasive belts successfully. This has created favorable condition for grinding experiment of superabrasive belts and promoted the manufacturing development. The characteristics of superabrasvie belts are high efficient, precise, energy-saving, material-saving, environmental-friendly.

關(guān)鍵詞：金剛石砂帶、砂帶磨削、高效、節(jié)能、環(huán)保。

Keywords: Diamond abrasive belt, abrasive belt grinding, high efficient, energy-saving, environmental-friendly

1.  引言

　　高效、精密、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的總趨勢。超硬材料（金剛石與立方氮化硼）工具，包括超硬材料砂帶，將在這個(gè)發(fā)展過程中扮演重要的角色，本文將就大力發(fā)展超硬材料砂帶的重要性、必要性和可行性談點(diǎn)粗淺的看法。

　　金剛石、立方氮化硼是目前已知的世界上硬度最高的兩種材料，由于其硬度高、耐磨性好、導(dǎo)熱率高等，是普通磨料（剛玉和碳化硅）無法比擬的。西方發(fā)達(dá)國家從對人體健康和環(huán)保的目的出發(fā)，已興起使用超硬材料砂紙、砂布等涂附磨具，并有逐步取代剛玉、碳化硅等普通磨料涂附磨具的趨勢。目前美國、德國、英國、瑞士等囯家均有相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售，而且形成系列超硬材料涂附磨具產(chǎn)品。

　　用超硬磨料加工硬脆和硬韌性難加工工件時(shí)，其消耗量極小，而且可以較長時(shí)間保持其鋒利度和磨具外形，不僅可以保證工件的加工精度，而且大大提高了加效率，同時(shí)解決了對環(huán)境的污染問題，符合囯家在制造業(yè)中所推行的節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、低碳等發(fā)展戰(zhàn)略。

　　２.超硬材料砂帶的現(xiàn)狀

　　超硬材料涂附磨具是指用粘結(jié)劑把超硬材料（人造金剛石或立方氮化硼）磨粒粘附在柔性可撓曲基材上的磨具，也就是“砂布或砂紙”。

　　隨著現(xiàn)代機(jī)械加工的不斷發(fā)展及各種新型材料的不斷出現(xiàn)，對加工精度和表面粗糙度要求越來越高，其先進(jìn)的磨削技術(shù)和磨具，尤其是涂附磨具向高效率、高壽命和超精密的方向發(fā)展。因此，超硬材料涂附磨具的研制和應(yīng)用悄然興起，在汽車、電子、石材、建材、玻璃、寶石、不銹鋼及淬火鋼等難加工材料的特殊加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

　　世界著名的磨具公司，如3M公司、NORTON公司產(chǎn)品目錄中有大量的超硬材料涂附磨具產(chǎn)品，從汽車車身的拋光到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、凸輪軸、發(fā)動(dòng)機(jī)的加工都是需要CBN、金剛石砂輪和聚酯薄膜砂帶進(jìn)行加工。

　　值得指出的是，近年來，我國汽車工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)蓬勃發(fā)展，按理需要使用大量超硬材料涂附磨具，例如，汽車曲軸、凸輪軸、萬向軸的拋光、硅鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)都需要用CBN和金剛石涂附磨具。但是目前國內(nèi)所有汽車合資企業(yè)大部份采用進(jìn)口涂附磨具，主要進(jìn)口美國3M公司的涂附磨具產(chǎn)品。

　　我國超硬材料涂附磨具是最近發(fā)展起來的新產(chǎn)品，尚未有一個(gè)系統(tǒng)完整的產(chǎn)品分類。如按磨粒材料不同分為金剛石涂附磨具和立方氮化硼涂附磨具兩大類。尤其值得注意的是，超硬材料砂帶的成功應(yīng)用，在磨削難加工材料如硬質(zhì)合金、石材、陶瓷、鐵基合金等方面。超硬材料砂帶則顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢，從用作一般精度要求的工件磨削發(fā)展到高精密、超高精密零件的磨削。由于超硬材料砂帶的應(yīng)用，使砂帶工作壽命大幅度提高，使砂帶磨削領(lǐng)域擴(kuò)大，可用于濕磨、干磨、高速磨、重負(fù)荷磨削以及高精度精密零件磨削拋光，享有“萬能磨削”的美譽(yù)。

　　３.超硬材料砂帶磨削技術(shù)

超硬材料砂帶分樹脂粘結(jié)劑和金屬結(jié)合劑兩種，樹脂超硬材料砂帶與普通磨料砂帶在結(jié)構(gòu)上基本相同，而金屬結(jié)合劑砂帶則采用電鍍工藝制造，但砂帶的主要結(jié)構(gòu)基本相同，均由基材、磨料、粘結(jié)劑所構(gòu)成。

　?。?1.  超硬材料砂帶磨削的主要特點(diǎn)：

　　３.1.1.砂帶磨削是一種柔性磨削技術(shù)，具有磨削、研磨、拋光多種作用的復(fù)合加工技術(shù)。

　　３.1.2.砂帶磨削的效率非常髙，因?yàn)槌膊牧仙皫チ７植挤绞降奶厥庑?，對于有磨削量要求?0^#~240^#砂帶，砂面磨粒分布圖型為箭頭狀分布（見圖1），基體采用X—WT、Y—WT和PU，磨削鋒利、效率高、排屑性好、粉塵少；對于精細(xì)磨削選用320^#~2000^#粒度的砂帶，且砂面磨粒分布圖型則采用圓點(diǎn)狀分布（見圖2），基體采用J—WT，其產(chǎn)品具是砂帶柔軟，排屑性好、噪聲小、粉塵少、加工精度和光潔度高等諸多特點(diǎn)。

圖1  呈箭頭狀分布的金剛石砂帶  

圖2  呈圓點(diǎn)狀分布的金剛石砂帶 

　?。?1.3.砂帶磨削表面質(zhì)量高。這是因?yàn)樯皫ハ鞒司哂心ハ?、研磨和拋光的多重作用外，砂帶磨削還具有“冷態(tài)”效應(yīng)、平衡狀態(tài)易于控制、磨削速度穩(wěn)定等。

　　３.1.4．砂帶磨削精度高，最高精度已可達(dá)到0.1μm。

　?。?1.5．砂帶磨削成本低，設(shè)備簡單、操作簡便，輔助時(shí)間少、磨削比大，機(jī)床功率利用率高，切削效率高。

　?。?1.6．砂帶磨削安全性好，噪聲小、粉塵少、環(huán)境效益好。

　　３.2． 砂帶磨削的應(yīng)用范圍

　?。?2.1.金剛石砂帶的應(yīng)用范圍

　　金剛石砂帶特別適用于硬脆非金屬材料和非鐵金屬的加工，因此廣泛用石材、建材、玻璃、特種陶瓷、單晶硅、多晶硅、寶玉石及硅鋁合金、硬質(zhì)合金等硬脆材料制品復(fù)雜形面的磨拋加工。隨著我國建筑業(yè)、電子工業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，一定會(huì)為國產(chǎn)金剛石砂帶及各種異形制品的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造勃勃生機(jī)。

　　3.2.2.  CBN砂帶的應(yīng)用范圍

　　由于CBN的硬度僅次于金剛石，加之砂帶磨削時(shí)磨削力小、磨削溫度低、磨削比高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，特別適合對又硬又韌的鐵基合金的加工，如含釩合金鋼、鈷合金鋼等特種高速鋼刀具的刃磨粗磨加工；耐熱鋼、不銹鋼和高硬度的合金結(jié)構(gòu)鋼制成的精密零件的精磨和終磨；因其有磨削力小、磨削溫度低的特點(diǎn)，是鈦合金磨加工的理想磨具，因不引起機(jī)床導(dǎo)軌的變形，更適用于機(jī)床導(dǎo)軌、儀表和微型軸承零件的精磨和終磨；復(fù)雜型面工件（插齒刀，高精度齒輪，靠磨，葉片等）的加工；其他剛淬火工具的精磨及對局部熱應(yīng)力和熱沖擊敏感的各種材料零件的磨削。

　?。?2.３. 適用于對復(fù)雜形面的磨拋加工

　　超硬材料砂帶制品有環(huán)形砂帶、砂圈、磨片、手擦磨塊等(見圖3、圖4、圖5、圖6)，能加工表面質(zhì)量及精度要求高的各種形狀的工件。不但使用壽命較長,而且磨削效率高。例如鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司開發(fā)的100^#電鍍金剛石涂附磨具軟磨片，加工石材的使用壽命是樹脂金剛石軟磨片的8-10倍；鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司所開發(fā)的CBN砂帶，經(jīng)重慶三磨海達(dá)用六軸聯(lián)動(dòng)砂帶磨床加工耐熱不銹鋼汽輪機(jī)葉片，一條CBN砂帶可連續(xù)加工18-20小時(shí)，并且工件表面質(zhì)量好，而采用德國VSM產(chǎn)718普通堆積磨料砂帶，一條僅可連續(xù)加工2個(gè)小時(shí)。

　　4． 超硬材料砂帶的發(fā)展趨勢

　　4.1.專用粘結(jié)劑的開發(fā)。由于超硬材料砂帶不同的使用領(lǐng)域?qū)φ辰Y(jié)劑性能要求不同，因此針對具體使用領(lǐng)域?qū)Ｓ谜辰Y(jié)劑的開發(fā),將是必要的；

　　4.2.微粉級超硬磨料植砂的研發(fā)。國內(nèi)現(xiàn)在采用手工植砂，其缺點(diǎn)是磨料的分布均勻性、定向性不能得到有效控制，美國3M公司采用點(diǎn)膠機(jī)制造樹脂點(diǎn)膠型砂帶，能較好解決磨粒分布均勻性、砂帶柔軟性等問題，并能節(jié)省超硬磨料的用量，降低成本。

　　4.3.高精密與超精密超硬磨料砂帶的研制。目前，精密磨削通常是指加工精度為3～0.3μm和表面粗糙度為Ra0.3～0.03μm的加工技術(shù)，超精密磨削則要求加工精度達(dá)到0.3～0.03μm，粗糙度達(dá)到0.03～0.05μm。由于超硬材料砂帶的基本特性，將其應(yīng)用于精密與超精密磨削是未來的主要方向之一。

　　5. 結(jié)論

　　5.1.超硬材料砂帶具有超硬材料“硬”和涂附磨具“柔”的雙重特性，是“剛”和“柔”的最佳組合。符合現(xiàn)代高速、高效、精密、節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保加工技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，把涂附磨具推向頂峰，具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　5.2. 超硬材料砂帶不僅是高科技的涂附磨具產(chǎn)品，也是高附加值高效益的產(chǎn)品，它的質(zhì)量和水平往往標(biāo)志一個(gè)國家涂附磨具生產(chǎn)加工水平,努力發(fā)展超硬材料涂附磨具是可行的,也是必要的。

　　5.3.具有龐大的石材、陶瓷、玻璃、ＩＴ、光伏、汽車工業(yè)和機(jī)械工業(yè)，內(nèi)需的空間巨大，因此，大力發(fā)展超硬材料砂帶制品是十分必要的。

　5.4.我國是世界超硬材料生產(chǎn)超級大國，品種齊全、價(jià)格低廉，貨源充足，為大力發(fā)展超硬材料砂帶制品奠定了可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)與保障。

　　5.5.超硬材料比普通磨料要貴得多，但從高性能、高壽命、高性價(jià)比考慮，使用超硬材料砂帶才是高效率、高效益和高性價(jià)比的工具，因此，我們認(rèn)為，超硬材料的所謂價(jià)格貴，不應(yīng)成為大力發(fā)展超硬材料砂帶產(chǎn)品的障礙。而是應(yīng)該充分利用其它國家無法比擬的，價(jià)格低廉的超硬材料資源優(yōu)勢，大力發(fā)展我國的超硬材料砂帶，促進(jìn)國內(nèi)外制造業(yè)的發(fā)展！

　　參考文獻(xiàn)：

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3、劉志環(huán)、王進(jìn)保等，超硬材料砂帶的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[C]中國超硬材料發(fā)展論壇論文集，2008，6：86~89

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6、鄭超、呂智，超硬材料涂附磨具現(xiàn)狀[C]第五屆鄭州國際超硬材料及制品研討會(huì)論文集，2008，9：202~208

注：本文完成于2010年8月，由鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司安建民、鄭州磨料磨具磨削研究所王光祖、劉金昌共同完成。