摘要:陶瓷結合劑CBN 砂輪作為一類高速高效高精磨削的首選工具，在一係列高效精密磨削中得到越來越廣泛的應用。文章介紹了陶瓷結合劑立方氮化硼( CBN) 砂輪的特點，陶瓷結合劑立方氮化硼( CBN)砂輪的製備原則、以及一些典型的磨削用途，指出了這類砂輪的應用發展方向和趨勢。
關鍵詞:陶瓷結合劑;立方氮化硼;砂輪;製備;應用
1 前言
現代機械加工技術正加速向高速高效高精加工方向發展。在加工技術各要素中，高性能磨具是實現高速高效高精加工的關鍵和保證。金剛石( DIAMOND) 和立方氮化硼( CBN) 是當今世界上已經leyu乐鱼 的兩種超硬材料。這兩種材料由於其硬度很高，強度很高，用其製造的磨削工具磨削能力很強，磨削效率高，磨具磨損小，形狀保持性好，使用壽命長，所以其在磨削加工方麵顯示了很大的優勢。因此，在磨具製造和磨削應用方麵，世界上日益呈現B( CBN，borazon) 取代A( aluminum oxide) 、D( diamond) 取代C( silicon carbide) 的趨勢，超硬材料磨具的發展速度較快。在各類磨具中，砂輪是最常見、應用最廣泛、應用量最大的磨具形式和類別。其中，CBN磨料因為惰性高，不與鋼鐵材料發生某些化學反應，所以CBN砂輪應用範圍更加廣泛。按照結合劑劃分，CBN 砂輪有金屬結合劑CBN 砂輪、樹脂結合劑CBN 砂輪、陶瓷結合劑CBN砂輪三類。其中，陶瓷結合劑CBN砂輪的性能更加優越，發展最快，特別適合對磨具形狀保持性要求很高的成型磨削生產和對磨具壽命要求很高的自動化生產。本文結合我們對陶瓷結合劑CBN 砂輪的研究實踐，就陶瓷結合劑CBN 砂輪的特點、製備原則及我們研製的陶瓷結合劑CBN 砂輪在主要磨削應用中的情況作簡要介紹。
2 陶瓷結合劑CBN 砂輪的特點
與其它結合劑CBN 相比，陶瓷結合劑CBN 砂輪具有如下特性:
(1) 陶瓷結合劑CBN 砂輪具有可控的氣孔率。氣孔對磨具是重要的，尤其對磨削鋼鐵的CBN砂輪是非常重要的。陶瓷結合劑CBN砂輪表麵的氣孔能夠為磨屑提供容屑和排屑空間，有利於磨屑從磨削區排除而避免砂輪的堵塞和由此產生的摩擦熱。砂輪表麵的氣孔同時能為冷卻液提供通道，使冷卻液在磨削接觸區及其附近廣泛分布。因而使磨削溫度較低，減少或避免磨削燒傷。
(2) 陶瓷結合劑CBN 砂輪的開放式結構使磨粒能夠最佳暴露突出而保證砂輪具有極好的自由切削性能和高的工件材料去除速率。砂輪磨削力小，比磨削能低，磨削性能好。
(3) 陶瓷結合劑良好的耐熱性能使CBN磨料得到充分利用，砂輪使用壽命較長。而樹脂結合劑在200℃左右就不能有效地保持磨粒。
(4) 陶瓷結合劑CBN 砂輪熱膨脹係數較小，剛性好，磨削時讓刀小，適合高精度低粗糙度磨削。
(5) 陶瓷結合劑CBN砂輪容易修整，修正和修銳可一次完成，維護費用較低。
(6) 陶瓷結合劑CBN 砂輪自銳性較好，修整間隔較長，減少了修整頻度。
(7) 陶瓷結合劑CBN砂輪化學穩定性好，對磨削液的適應範圍較廣。
(8) 陶瓷結合劑CBN砂輪磨削工件表麵完整性好，工件質量高，使用壽命長。
由於陶瓷結合劑CBN砂輪具有上述一係列優點，因而受到世界範圍內的廣泛關注，成為世界上磨具產品研究開發的熱點。先進陶瓷結合劑CBN砂輪磨削被視為磨加工領域中的高新技術。陶瓷結合劑CBN砂輪作為一類高速、高效、高精度、低磨削成本、低環境汙染的高性能磨具產品，它代表了當今磨具產品的一個主要發展方向，應用前景十分廣闊。
3 陶瓷結合劑CBN砂輪的製備
陶瓷結合劑CBN砂輪從宏觀組成上來看，屬於由CBN磨料、輔助磨料、結合劑等材料構成的多組分陶瓷基複合材料。作為磨削加工特定應用的陶瓷基複合材料，我們認為，陶瓷結合劑CBN砂輪的製備一方麵應以複合材料的理論為指導，另一方麵應以磨削加工理論為指導。從複合材料角度，應該注意陶瓷結合劑與CBN磨料及其它組成材料之間的物理和化學相容性: 陶瓷結合劑與CBN磨料及輔助磨料之間熱膨脹係數應該相匹配，從而保證相互之間的牢固結合; 陶瓷結合劑與CBN磨料之間不能有明顯化學反應，從而避免CBN磨料表麵結構的損壞及硬度等主要性能的劣化; 在砂輪製備條件下，CBN磨料及主要材料的性能不能產生退化。從磨削理論角度來看，陶瓷CBN砂輪製備，應根據磨削工件材料的性能( 如材質、硬度等) 、加工方式、加工餘量、加工節拍、加工精度要求等因素，來合理選擇CBN磨料的種類、粒度、濃度和砂輪硬度，以適應特定的磨削要求。
陶瓷結合劑是陶瓷結合劑CBN砂輪製備的首要關鍵因素。我們總結出了結合劑的製備與選擇的基本原則: 結合劑耐火度及燒成溫度要低; 結合劑的強度要高; 結合劑的熱膨脹係數與磨料的熱膨脹係數要匹配; 高溫潤濕性要好; 結合劑與磨料之間要無明顯的化學反應; 結合劑要具有較好的導熱性; 具有良好的工藝性能，較高的幹坯濕坯強度，較小的收縮率，較好的高溫穩定性，較寬的燒結溫度範圍，不易出現變形、開裂、發泡等廢品。性能良好的陶瓷結合劑是製備高質量陶瓷結合劑CBN砂輪的重要保證。
我們課題組從1990 年起開始研究CBN磨具用低溫陶瓷結合劑，並提出采用化工原料和試劑原料精確配比的方法來實現結合劑組成和性能的可控性，並研製成功適合CBN磨具製備的結合劑。隨後課題組對陶瓷結合劑、CBN磨具用結合劑的組成設計、結合劑製備工藝、結合劑的改性、CBN 磨具組成及結構設計、結合劑性能對磨具性能影響等多方麵進行了係統研究，並開發出了新的陶瓷結合劑，完善了CBN砂輪關鍵製備工藝，形成了具有自主知識產權的CBN磨具製造技術。我們研究的陶瓷結合劑CBN砂輪已經實現產業化，在許多領域得到成功應用。
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