[发明专利]团族式磨粒超硬磨料砂轮及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，特别涉及一种团族式磨粒超硬磨料砂轮及其制备方法。

背景技术

超硬磨料砂轮是以金刚石和立方氮化硼(简称为CBN)为磨料的磨削砂轮，金刚石是自然界中最硬的材料、CBN硬度仅次于金刚石，作为磨料它们的硬度远远高于通常磨削中使用的碳化硅、刚玉类普通磨料，因此，超硬磨料砂轮与普通磨料砂轮相比在磨削方面具有加工质量好、效率高、磨耗小、寿命长等显著优点。由于其优良的磨削性能，近年来发展迅速，广泛应用于航空、汽车、医学、电子、建材等领域，并成为精密和超精密磨削、高速高效磨削、难加工材料磨削、成形磨削、磨削自动化等技术的基础。

但是由于超硬磨料砂轮出现仅仅三十多年，还处于发展初期阶段，因此在超硬磨料的磨削技术和砂轮制造方面，还存在许多理论和应用方面的问题需要解决、完善，还有巨大的发展空间。其中砂轮的磨粒把持能力弱和砂轮的自锐性不好是目前超硬磨料砂轮磨削中存在的主要问题，制约了其磨削能力的提高。

超硬磨料砂轮是由超硬磨料颗粒加结合剂通过一定的工艺制造而成。根据结合剂不同将超硬磨料砂轮分成不同的种类，目前超硬磨料砂轮种类主要有：树脂结合剂超硬磨料砂轮、陶瓷结合剂超硬磨料砂轮、金属结合剂超硬磨料砂轮、电镀结合剂超硬磨料砂轮和钎焊超硬磨料砂轮等。

树脂结合剂超硬磨料砂轮是以超硬磨料颗粒为磨料，树脂粉为粘结材料，经过配制、混合、热压成型制成的。树脂结合剂超硬磨料砂轮具有弹性好、强度高、耐冲击，有利于改善工件表面的粗糙度，加工表面光洁度好等优点，加之制造工艺简单、成本低，应用最为广泛。但是由于树脂结合剂自身强度和对磨料把持力相对较弱，在对磨粒的把持力和磨粒的自锐性方面的矛盾更为突出，磨粒容易脱落，表现为耐磨性差，不适合大负荷磨削。

造成这种磨粒的把持力和磨粒的自锐性方面的矛盾问题的原因是由于树脂结合剂超硬磨料砂轮构造方式造成的。

树脂结合剂超硬磨料砂轮工作部分由超硬材料磨粒、结合剂和气孔组成，如图1所示。其中超硬磨粒是磨削行为的主体起切削作用；结合剂将超硬磨粒粘结成具有一定几何形状的磨具；气孔表征磨具的密实程度，对磨削效率和工件质量有直接影响，还起散热和容屑作用。目前所做的超硬磨料砂轮中超硬磨粒都是以单晶体颗粒形式存在的，都是密实的单颗磨粒，如超硬材料单晶、多晶或聚晶。

由于超硬磨粒非常的坚硬，而结合剂的把持能力有限，导致这种以简单的单颗超硬磨粒和结合剂的组合构成的超硬磨料砂轮存在基本的结构缺陷。这种缺陷可归结为两大方面，其一是，由于这些单个磨粒自身材料结合紧密，其具有很高的机械强度，不能被修整为多齿形的切削微刃，所以磨削加工时每个磨粒是一个整体，相当于一个切削刃，这种超硬磨粒强度过高不容易被修整成微刃的缺陷，造成粗颗粒磨粒砂轮的磨削精度受到限制，也就是说粗颗粒砂轮只能进行粗磨，精密级磨削要用细粒度的磨粒完成，这就提高了磨削工艺的复杂性，增加了磨削成本；其二是，要想磨削加工过程取得好的效果，工作层表面的磨粒必须露出结合剂一定的高度，才能形成磨削需要的切削刃和容屑槽。而这种单颗粒磨粒对结合剂的镶嵌性很差，因此要想增加磨粒的裸露高度就必须提高结合剂把持强度，但增加结合剂把持强度就会降低磨粒的自锐性，影响磨削锋利性，这就造成超硬磨料砂轮工作表面磨粒裸露高度受到限制，因而制约了砂轮的磨削效率。

现有树脂结合剂超硬磨料砂轮是以超硬磨料颗粒为磨料，树脂粉为粘结材料，经过配制、混合、热压成型制成的。树脂结合剂超硬磨料砂轮具有弹性好、强度高、耐冲击，有利于改善工件表面的粗糙度，加工表面光洁度好等优点，加之制造工艺简单、成本低，应用最为广泛。但是由于树脂结合剂自身强度和对磨料把持力相对较弱，在对磨粒的把持力和磨粒的自锐性方面的矛盾更为突出，表现为磨粒容易脱落、耐磨性差、磨粒突出不够，不适合大负荷磨削。

由于树脂超硬磨料砂轮均是采用单晶磨粒和多晶磨粒即单颗粒磨粒作为磨料的砂轮，单晶磨粒砂轮由于单晶磨粒基本上是一个完整的晶体，因此作为磨料基本单元的磨粒整体强度和硬度非常高，在磨削和修整过程中基本不能产生破碎，因此造成目前现有各种超硬磨料砂轮自锐性不好或没有自锐能力的状态和磨粒突出高度低的缺点，此外也是由于超硬磨料颗粒不能破碎使得超硬磨料砂轮修整非常困难，这些造成了超硬磨料砂轮与理想的砂轮相比存在自锐性差、磨削负荷低和修整困难等方面的不足之处，阻碍了超硬磨料性能的完全发挥。

造成这种磨粒的把持力和磨粒的自锐性方面的矛盾问题的原因是由于树脂结合剂超硬磨料砂轮构造方式造成的。

发明内容