薄型砂轮片的种类及制造原理介绍
——核工业第八研究所第六研究室
摘要
本文简单介绍薄型砂轮片的结构原理、种类、磨料、结合剂、制造工艺、国内外发展概况以及我室研制并生产薄型金刚石砂轮片的情况。
1.引言
薄型砂轮片一般由磨料和粘合剂等组成的一个园环薄片状（如图1）。厚度在0.015-0.3毫米之间的一般称为薄型砂轮片，而厚度小于0.1毫米的也称为超薄型砂轮片。广泛应用于电子工业对各种硬脆材料进行切割或开槽加工，如硅、锗、磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、铁氧体、铌酸锂、钽酸锂、压电陶瓷、光学陶瓷、玻璃等。具有切割精度高、割缝窄、使用寿命长等特点。使用时装在专用设备上可单刀使用也可多刀同时使用（如图2和图3）
2.结构
薄型砂轮片根据其结构可分为：a、整体型；b、金属基板支承型；c、表面电镀型；d、与法兰一体型等。（图4为几种砂轮的结构原理图）
3.种类
薄型砂轮片的种类如图5。
4.磨料
砂轮片对工件的切割实际是对工件进行磨削，磨削时起主要作用的是砂轮片
中的磨料。
4.1磨料种类
磨料种类主要有：刚玉类、SiC、金刚石、CBN（立方氮化硼）等。磨料选择时主要是基于磨料和工件材料的理化性能，依据磨料对工件材料的磨削能力及加工适应性来选择。刚玉类磨料适合磨削抗拉强度较高的材料；而SiC磨料则适合磨削抗拉强度低的材料。磨削难加工材料，高速及超高速磨削可选用CBN和金刚石超硬磨料。考虑化学磨损因素，人造金刚石砂轮适于磨削硬质合金、陶瓷等非金属难加工材料；而CBN砂轮可用来加工高钒高速钢、工具钢、耐热合金等一些金属难加工材料；SiC砂轮则不宜用来磨削钢，刚玉砂轮不宜磨削玻璃。薄型砂轮片主要用于电子工业对硬脆非金属材料的精密切割或开槽，所以在制造砂轮片时一般采用金刚石磨料或立方氮化硼磨料。
金刚石磨料的特点：硬度高，硬度可达10000KG/MM2 ，耐磨性好，耐温在900℃以下，高温下容易与铁属金属发生粘连。所以金刚石磨料一般适用于对硬脆非金属材料的切削，切削时必须要有强制冷却的条件；
CBN（立方氮化硼）磨料的特点：硬度高，硬度可达8000-9000KG/MM2 ，硬度仅次于金刚石，耐磨性好，耐温高可达1600℃，比金刚石高一倍；另外，对
铁元素的化学惰性高。所以CBN磨料一般能适用于对金属材料的切削，切削时可以在自然的环境下进行而不需要强制冷却的条件。
4.2磨料粒度
砂轮片中磨料粒度的大小将影响割缝的性能，因此必须选择合适的磨料粒度。粒度选择时主要根据工件材料和加工效率要求来确定，此外还要考虑磨削条件如磨削液、机床及修整条件等。一般在满足割缝要求的前提下，为保证加工效
率，尽可能选择较粗粒度。
薄型砂轮片为了保持砂轮形状精度及受到砂轮片厚度的限止，一般选用粒度在3u-60u之间的细粒磨料。薄型砂轮片在切割不同材料时，必须选择合适的磨料粒度，才能得到最佳的切割效果。表1为不同材质所选金刚石粒度时的参考。
表1
4.3磨料浓度
磨料浓度指砂轮片中磨料的多少，是砂轮片的重要持性之一。浓度过底，切削效率不高；浓度过高，砂轮强度差和砂轮消耗大。
磨料浓度在粉末压制烧结型或树脂结合剂砂轮片中的定义为：每立方厘米的体积中含4.4克拉金刚石定义为100浓度。薄型砂轮片其浓度一般在75-150之
间较为合适。
电铸成型型砂轮片的金刚石含量一般用重量百分比表示，其含量一般控制在
9-20%比较合适。
5.结合剂
结合剂在砂轮片中起到固结磨料作用，从而达到切削的要求。结合剂一般有树脂型、金属型等，而金属型又有铜合金、镍合金等。每种结合剂都有一定的适用范围。树脂结合剂有较好的弹性、自锐性及工艺性好，但耐热性及耐磨性较差，一般用于割缝光洁度要求较高场合。金属结合剂具有强度高，耐磨性好，导热性好等特点，所以是薄型砂轮片较为理想的结合剂。其缺点是自锐性较差，不易修
整。
6.制造工艺
6.1树脂结合剂制造工艺
树脂结合剂薄型砂轮片主要由金刚石磨料或CBN磨料、酚醛专用树脂等组成。目前厚度最薄的砂轮片可做到0.1毫米。制造原理及工艺流程如下：
原理：将树脂粉与金刚石混合后加入到成型模具中，用热压的方法压制固化
而成。
6.2金属结合剂制造工艺
金属合金结合剂薄型砂轮片主要由金刚石磨料或CBN磨料、金属合金等组成。制造工艺主要采用粉末冶金法和电铸成型法二种。
6.2.1粉末冶金法制造工艺
粉末冶金法制造工艺可制取多种不同合金成份结合剂的砂轮片，以满足不同材料的切割要求，而被广泛应用。其制造工艺一般有二种，即：热压法和冷压法。
二种方法的制造原理及工艺流程如下：
a、热压法
原理：将金属粉末与金刚石混合后加入成型模具用热压的方法压制
烧结而成。
特点：此工艺所需压机砘位可较小，制取砂轮片精度较好，砂轮片强度高、使用寿命长；但模具由于采用石墨模，故模具寿命较短，采用真空热压机设备，所以设备资金投入较大，批量生产周期长效率低，生产成本较高；另外，砂轮片厚度最薄只能做到0.1毫米以上。
b、冷压法
原理：将金属粉末与金刚石混合后加入成型模具用冷压的方法压制
成型，然后再烧结而成。
特点：此工艺较简单，模具寿命长，批量生产周期短效率高，生产成本低；但所需压机砘位较高，制取的砂轮片精度不高。砂轮片厚度最
薄只能做到0.1毫米以上。
6.2.2电铸成型法制造工艺
原理：用一个金属基板作阴极，一个电解镍板作阳极，将二极板放入含有金刚石磨料的电铸溶液中，将阴极接直流电源的负极，阳极接直流电源的正极，当接通电源后，溶液中的磨料与金属离子在阴极上均匀共析，以获得金属与金刚石磨料均匀混合的复合电铸层。当电铸层厚度达到要求后将阴极取出溶液，清洗烘干后再将电铸层与阴极基板分离，
然后用冲模冲制成规格尺寸。
