埋砂法电镀—钎焊制备成型磨削用金刚石砂轮

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。

陶瓷磨削用多层钎焊金刚石砂轮的研制周　颢1，肖　冰1，周立永2，王　溯1，何　旭1（1. 南京航空航天大学机电学院, 南京 210001）（2. 江苏盐城技师学院汽车工程学院, 江苏盐城 224000）摘要　为解决传统树脂、电镀金刚石砂轮磨削陶瓷材料时存在的磨削寿命短、砂轮易堵塞烧伤等问题，分析利用钎焊金刚石技术制备陶瓷磨削用多层钎焊金刚石砂轮的可行性。

结合钎料组分优选，制备具有开槽结构的多层钎焊金刚石砂轮，并对99.9%高纯度的Al2O3陶瓷进行磨削性能试验。

结果表明：树脂、电镀金刚石砂轮分别存在磨削效率低和磨削寿命不足的问题，单层钎焊金刚石砂轮磨削效率较高但磨削寿命有限，多层钎焊金刚石在保持高磨削效率的同时磨削寿命优势明显，较单层钎焊金刚石磨轮提升约60%。

在陶瓷材料磨削过程中，多层钎焊金刚石砂轮磨削效果显著，虽磨粒出露高度有限，但开槽设计的排屑效果显著，砂轮表面不易发生陶瓷粉末黏结、堵塞。

关键词　陶瓷磨削；钎焊金刚石；多层砂轮；磨削效率中图分类号　TG74 + 3　文献标志码　A 文章编号　1006-852X(2024)01-0050-07 DOI码　10.13394/ki.jgszz.2023.0020收稿日期　2023-02-04　修回日期　2023-04-07随着3C行业的高速发展以及各类通信设备和精密仪器在日常生活中大面积的运用[1]，愈来愈多的电子产品零部件生产厂商将目光投向了性能比传统材料更加卓越的新型材料[2]。

在市场和顾客选择的驱动下，高强度、高硬度的陶瓷材料逐渐在航空航天、汽车制造、生物医疗等多个领域普及，这使得传统工业的加工能力和技术水平踏上了一个新台阶，极大地提升了企业的生产效率以及产品的质量[3]。

对于陶瓷材料这类典型的硬脆性材料，普通的磨粒（比如刚玉、碳化硅等）很难达到其加工所需的硬度条件，该类型砂轮磨削陶瓷材料时很容易出现磨粒破碎或者脱落的情况，因此应选择超硬磨料砂轮。

大学本科毕业论文(设计)开题报告学院：机电及自动化学院专业班级：机械工程及自动化2008级机械工程及自动化2班课题名称钎焊金刚石砂轮磨削人造石的实验研究一、本课题的的研究目的和意义：微晶玻璃又叫做玻璃陶瓷，建筑用的微晶玻璃往往也被叫做微晶石或者尖晶石，微晶玻璃是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量晶体相及玻璃相的多晶固体材料。

微晶玻璃有结晶相和玻璃相组成，其结晶相是多晶结构，晶粒细小，比一般固体材料的晶粒粒度要小的多，分布是空间取向。

在晶体之间分布着残余的玻璃相，这种玻璃相是很稳定的，一般条件下不再析晶，是它把数量巨大、晶粒微细的结晶结构合起来。

当玻璃相比例大时，玻璃相是一个连续的基体，其间镶嵌着晶体，结晶彼此之间孤立着，但却是均匀地分布在基体之中。

当玻璃相减少时，玻璃相分散在晶体形成的网架之间，结晶体象许多个结点呈连续的网络状。

当玻璃相更低时，玻璃相存在于晶体与晶体的缝隙之间，是晶粒与晶粒之间的薄膜式的填充物或网络物。

微晶玻璃的种类很多，分类方法也各有不同。

可以按照晶化原理分类、基础玻璃组分、原料、外观、性能等依据进行分类。

因为组成在很大程度上决定结构与性能，所以通常按照化学组成微晶玻璃可主要分为四类：硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐微晶玻璃，氟硅酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃。

微晶玻璃的综合性能主要决定三大因素：原始组成的成份、微晶体的尺寸和数量、剩余玻璃相的性质和数量。

主要集中在使用金属结合剂的金刚石砂轮进行elid磨削，调整磨料颗粒的粒径，工件进给速度，主轴转速，切深的数值大小，从而得到塑性磨削的表面。

哈尔滨工业大学的陈明君，张飞虎，董申等用elid法磨削的研究表明，金刚石砂轮的磨粒平均粒径是影响磨削表面粗糙度的一个很重要的因素，采用他们所做的实验中设备和工艺参数，采用平均磨粒尺寸小于20微米的金刚石砂轮进行磨削，可使微晶玻璃在塑性模式下进行磨削加工，从而消除表面的裂纹缺陷[2].北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院的刘春红，李成贵，张庆荣，贾世奎，通过对微晶玻璃、陶瓷、金属3试件进行超精密加工，使试件表面粗糙度值达到纳米级，采用非破坏性的x射线衍射方法对不同试件的残余应力进行了测试研究。

电镀金刚石砂轮的制造方法用电化学法制作的金刚石砂轮，包括金刚石修整砂轮，磨削或切削用金刚石砂轮。

已知的砂轮制作过程如下：砂轮工作层含有金刚石磨粒，金刚石磨料被金属结合剂粘结在基体上。

首先沉积金属结合剂的厚度为金刚石磨粒高度的20%（上砂），然后连续用金属结合剂把金刚石磨粒粘结（增厚），厚度约为磨粒高度的2/3。

这种方法的缺点是磨具工作表面上金刚石浓度太大。

已知的几种调整电镀金刚石砂轮工作表面上金刚石浓度的方法如下：金刚石磨料预先和填料混合，这些填料可以是盐类、玻璃球或磁铁颗粒。

粘结后，20%厚度的填料颗粒被被金属结合剂粘结，这些填料用分别下列方法去除：溶解法、升华法或磁场法。

这种方法中填料颗粒尺寸与金刚石磨料颗粒尺寸大致相当，填料用量要能使磨具工作表面上金刚石达到规定的浓度。

这几种方法的缺点是填料的去除比较多而杂，要求专门的一套方法。

另一种填料的去除比较简单的方法是填料采纳球型颗粒，表面光滑，首先沉积金属结合剂的厚度为金刚石磨粒高度的20%（上砂），然后用刷子把填料刷掉，最后连续用金属结合剂沉积至规定厚度。

该方法运用了金属结合剂对不同表面粗糙度和形状的颗粒把持本领不同这一效应，其缺点是填料颗粒尺寸与金刚石磨料颗粒尺寸相当，因而粘结后处于同一平面上，用机械法去除填料时，有可能会把金刚石磨料一起刷掉，特别是那些形状接近等积状的颗粒、表面光滑的颗粒。

作为上述方法的改进，填料尺寸选择为金刚石磨料颗粒尺寸的1.5—5.0倍：在用金属结合剂进行第一次电沉积时，金刚石磨料被约为其高度20%的金属结合剂层所粘结，而填料颗粒则为厚度被约为其高度4—13%的金属结合剂层所粘结，这种厚度的金属结合剂层不能把持住任何形状、任何粗糙度的填料颗粒，因而用刷子、油石、刀具轻轻碰撞就能把填料从砂轮表面除去。

这种工艺既简化电镀金刚石砂轮的制造方法，又能调整砂轮工作表面上金刚石浓度。

金刚石磨料烧结钎焊电镀工艺金刚石磨料、烧结、钎焊、电镀是现代工业中常用的工艺技术，它们在多个领域发挥着重要作用。

本文将从人类视角出发，以生动的方式描述这些工艺的过程和应用。

一、金刚石磨料金刚石磨料是一种采用金刚石颗粒作为磨料的磨削工艺。

金刚石具有极高的硬度和耐磨性，使其成为理想的磨料材料。

在金刚石磨料的制备过程中，首先需要将金刚石颗粒与粘结剂混合，形成磨料糊状物。

然后，将磨料糊涂抹在合适的基材上，并经过干燥和硬化的处理，最终制成金刚石磨料。

金刚石磨料广泛应用于工业加工中，例如对金属、陶瓷、玻璃等材料的磨削和抛光。

其高硬度和耐磨性使得金刚石磨料能够快速、高效地去除材料表面的不平整和污染物，使其表面变得光滑。

这在制造精密零件和装饰材料时尤为重要。

二、烧结烧结是一种将粉末材料通过高温加热处理使其颗粒结合的工艺。

在烧结工艺中，首先将粉末材料放置在特定的模具中，然后通过加热使其颗粒间发生烧结反应，形成致密的固体材料。

烧结工艺广泛应用于金属和陶瓷的制造中。

通过烧结，可以使粉末材料的颗粒间结合更紧密，提高材料的密度和强度。

同时，烧结还可以使材料的孔隙率降低，提高其耐高温和耐磨性能。

因此，在汽车制造、航空航天、电子器件等领域中，烧结工艺都发挥着重要作用。

三、钎焊钎焊是一种利用金属焊料在工件表面加热至一定温度下，使焊料熔化并与工件表面形成牢固连接的工艺。

在钎焊工艺中，焊料首先被加热并熔化，然后涂抹在工件接合处，通过冷却后形成可靠的焊接连接。

钎焊广泛应用于各个领域的制造中，例如汽车、航空航天、电子器件等。

相比于传统的焊接工艺，钎焊可以在较低的温度下进行，避免了材料的变形和退火。

此外，钎焊还可以实现不同金属材料的连接，提高了产品的多样性和可靠性。

四、电镀电镀是一种利用电化学方法在金属或其他导电材料表面沉积一层金属薄膜的工艺。

在电镀过程中，首先将工件浸入含有所需金属离子的电解液中，并通过外加电流的作用使金属离子还原为金属原子，从而在工件表面形成金属薄膜。

埋砂法复合电镀金刚石磨轮导读：在镀镍溶液中利用镍离子电沉积将经过特别处理的金刚石锿嵌到基体表面，经过低应力高整平的镀镍液快速电镀，使镀层包覆到金刚石粒度65%〜70%高度的厚度出槽。

改撒砂法为埋砂法加工，克服了高铁轨道板磨轮镀后动平衡严重破坏的弊端，提高了使用性能。

高速铁路建设已被列人我国“十二五”计划的首要工作，火车运行轨道加工需使用CRTSⅡ650型轨道板金刚石磨轮，磨轮制造标准与技术是从德国博格集团引人我国。

近年来国内一些企业在消化汲取国外制造技术和标准的基础上，国产化水平已达到设计、使用要求，成本远低于国外产品。

生产工艺大多以镀镍（或其合金）层作胎体利用撒砂法将金刚石镶嵌到42CrMo4〔或45钢）材质的基体上制成高铁轨道板磨轮，加工生产工时在60h以上。

高铁轨道板磨轮为最大551.4mm，质量124kg，依照图纸要求衬层厚度尺寸，决议了必需嵌入d>400m以上的金刚石颗粒，且在高速磨削时颗粒不脱落，给加工带来不小麻烦。

为此国内很多厂家做了不少努力，巳取得工业化生产的规模，但质量参差不齐，尚不能尽如人意。

天津某金刚石电镀制品企业，采纳埋砂法替代撒砂法对工件植砂操作,生产的产品供应用户，用户在使用该件磨削轨道时可免去上机调试、修正动平衡的麻烦，由于镀镍层胎体对金刚石把持力坚固均衡，使用寿命比采纳撒砂法制备的高铁轨道板磨轮提高25%左右,在回收磨削后的工件退镀镍后，75%的金刚石颗粒经再选型、分选得以复用，降低了原材料消耗和成本。

工艺流程埋砂法复合电沉积金刚石磨轮工艺流程为：金属清洗剂脱脂清洗―防镑处理做阻镀―上挂具―浸盐酸清洗―电解酸蚀清洗带电入槽预镀入砂罩植砂―固砂补植砂固砂―转动下加厚镀出槽清洗下挂具―清除阻镀―上挂具―浸盐酸―清洗化学镀镍或其它表面保护处理―清洗干燥下挂具―检验包装。

植砂将金刚石坚固镶嵌在金属基体上是保证电镀金刚石制品的关键。

轨道板磨轮基体质量达124kg，且型面不一，据了解国内制造厂家大都使用经典的撒砂法即把经预镀的工件置于镀液内，并将每个需要植砂的型面几经转或移动分别在处于水平位置的型面撒上d为425～600m的金刚石颗粒，每撒一型面施镀1h左右，一般需经12次左右的镶嵌镀覆才可使基体各型面完成植砂，这莳植砂法简单造成砂层叠加，在每次转动〔或移动〉工件时，前次镶嵌型面与下次的镶嵌型面镀层厚度不一样，每次植砂外的型面仍连续在镀液中沉积镍层，势必导致整体覆合镀层厚度差异，尤其前几次与最后几次被镀型面镀层厚度更为悬殊，为此需要对镀后产品相应部位做较大的修整，方能基本充足上机磨削时对动平衡的要求。