吳春麗
（ 山東大學機械工程學院，山東濟南250061）

　　【摘要】對金剛石砂輪的損耗機理進行了系統(tǒng)的研究，并對金剛石磨料粒度、濃度，以及結合劑的合理選擇進行了分析。

　　【關鍵詞】金剛石；砂輪；損耗；磨削

　　引言

　　近年來，隨著金剛石、立方氮化硼等超硬材料應用范圍的日益擴大，市場競爭日趨激烈，國內外許多公司和廠家紛紛致力于這方面的研究，迄今已有不少公司研制出磨削加工超硬材料的專用設備，如日本大阪金剛石工業(yè)公司的CPG、英國Cobom Machine Co.的RG4等專用設備。它們都具有下列基本性能：

（ 1）有足夠的穩(wěn)定性和剛性；

（ 2）不產生振動，避免切削刃破碎；

（ 3）主軸有足夠的動力；

（ 4）磨削力可以調節(jié)；

（ 5）具備特殊性能的金剛石砂輪；

（ 6）有充足的冷卻劑供應。

　　有的設備還配備主軸變速、砂輪自動修整、工具顯微鏡以及刀尖半徑自動加工裝置等。磨削加工實質上是砂輪表面上隨機分布著的大量磨粒進行切削的過程。由于金剛石、立方氮化硼等超硬材料具有極高的硬度和耐磨性，其磨削加工機理與一般金屬材料的磨削加工有很大程度的不同。系統(tǒng)研究超硬材料磨削加工過程中金剛石砂輪的損耗機理，對合理選擇和使用金剛石砂輪具有指導意義。

　　金剛石砂輪損耗的顯微分析

　　將各種磨削加工條件下使用后的金剛石砂輪在顯微鏡下進行觀察，可以詳細分析其損耗情況，結果如下：

　　在磨削力和磨削速度都較低的條件下，金剛石砂輪使用后，其表面上分布著大量的棱角分明、反光一致的金剛石磨料的磨耗小平面，如圖! 所示。這是由于金剛石磨粒與超硬材料的機械摩擦而產生的機械磨損。這種磨損是逐漸進行的，磨粒的磨損量與其磨削行程長度成正比例關系。

　　在磨削區(qū)溫度較高的磨削條件下，金剛石砂輪上的金剛石磨粒產生氧化和石墨化而損耗，如圖3 所示。根據(jù)金剛石的性質可知，氧化、石墨化的程度取決于金剛石磨料的晶體完整性，并且石墨化的程度還與晶體方位有關。晶體完整性好的金剛石磨料，其氧化、石墨化損耗的程度低。

　　金剛石砂輪表面上部分金剛石磨粒發(fā)生局部斷裂和破碎，以致整粒脫落。圖4 中的金剛石磨粒發(fā)生解理破壞。由于晶體解理是由晶體結構因素7化學鍵的類型、強度和分布所產生的平面破裂，它經常是沿化學鍵強度最終的方位面產生。磨粒分布的隨機性，決定其發(fā)生解理破壞是不可避免的。

　　圖4中的金剛石磨粒發(fā)生局部斷裂和破碎，破碎形成的斷口是無規(guī)則的。磨削過程中，磨粒瞬時升至高溫，又在磨削液的作用下急冷，反復多次，在磨粒表面上形成很大的熱應力，使磨粒表面開裂破碎。熱應力破碎磨損與金剛石磨粒的缺陷分布以及氧化、石墨化有密切的聯(lián)系，因此，首先在磨粒晶體表面缺陷處產生局部熱應力集中，誘發(fā)多個裂紋產生和擴展。在磨削力的作用下，強度最弱的部分產生破碎。磨粒的破碎和脫落是磨削力和磨削熱共同作用的結果。

　　當作用在磨粒上的機械力超過砂輪結合劑對其的結合力時，便產生磨粒的整粒脫落，如圖" 所示。實驗結果表明，在結合劑結合力較小（例如使用樹脂結合劑）的情況下，磨粒容易整粒脫落。

　　金剛石磨粒及結合劑的合理選擇

　　磨料粒度的選擇

　　金剛石砂輪磨料粒度的選擇直接影響超硬材料磨削加工表面質量和加工效率。在能夠滿足加工質量要求的前提下，盡量選擇較粗的粒度，提高加工效率。粗磨時，可以選用120-150^#粒度的磨料，精磨時可以選用180-240^#粒度的磨料，超精磨時可以選用W40-W7粒度的微粉磨料。

　　磨料濃度的選擇

　　金剛石砂輪中磨料的濃度對超硬材料的磨削效果有一定的影響，濃度過高或過低都會造成磨料的過早脫落，使砂輪損耗費用增加。實驗結果表明，粗磨時，可以選擇較高的濃度，以增加單位面積內的有效磨粒數(shù)，提高加工效率+精磨時應選擇較低的濃度。一般情況下，粗磨時磨料濃度可以選用100-150%，精磨時磨料濃度可以選用75-100%左右。

　　結合劑的選擇

　　具有良好導熱性的金屬結合劑對磨粒的結合力較大，適用于晶形比較完整的金剛石磨料，具有相對較高的磨削比。樹脂結合劑對磨粒的結合力較弱，適用于脆性大、強度低的金剛石磨料。陶瓷結合劑性能介于上述二者之間。鑄鐵短纖維結合劑對磨粒的結合力高達50-100kg/mm²，抗拉強度高達15-30kg/mm²，比普通金屬結合劑性能優(yōu)越很多。由其制成的金剛石砂輪磨削加工工程陶瓷時，磨削比大約是樹脂結合劑砂輪的4-5倍，適用于制作晶形完整的金剛石磨粒砂輪。

　　結束語

　　在磨削力和磨削速度都較低的條件下，金剛石磨粒主要產生機械摩擦磨損。在磨削區(qū)溫度較高的條件下，金剛石磨粒產生氧化和石墨化。磨粒的解理和破碎是磨削力和磨削熱共同作用的結果。當作用在磨粒上的機械力超過砂輪結合劑對其的結合力時，便產生磨粒的整粒脫落。

　　[參考文獻］

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