CBN砂轮陶瓷结合剂的研究

CBN砂轮也叫立方氮化硼砂轮，是除金刚石外的又一种超硬材料，主要用来制作砂轮，以及刀具等。

它是由三种基本成分组成：颗粒、粘合剂和基体。

（1）颗粒。

磨削颗粒是由立方氮化硼组成的，并由颗粒的大小分类。

类似于传统砂轮，磨削的速度和表面粗糙度是决定颗粒大小的关键因素。

（2）粘合剂。

类似于传统砂轮，粘合剂通过其硬度来分级，目前有4种等级类型：合成树脂、金属粘合剂、陶瓷结合剂及电镀型。

（3）基体。

是砂轮的身体部分，是影响砂轮的静态和动态强度的重要部位。

在高速旋转的情况下，基体应该以匀速的方式拉伸，因为高速的情况下离心力很大容易产生破坏
因此本品与金刚石相比，它是一种针对性强的磨削方式；与传统的磨削材料性能相比，它的表现非常优异，特别是在磨削热处理或氮化处理高硬度钢工件的时候。

CBN很难磨损，所以磨削的精度也非常好，其几何形状也保持得很好，需要的修整频率低，其转速也远远高于传统砂轮，所以磨削速度也很快、效率更高。

这时有购买需求的采购商，可以咨询郑州中拓磨料磨具有限公司进行详细的了解。

我们是一家从事CNB(立体氮化硼）超硬砂轮和金刚石超硬磨具研究、生产、销售、服务于一体的技术型和生产型制造企业。

为客户解决磨削加工过程中出现的难题。

立方氮化硼（CBN）砂带的特点及应用砂带作为一种柔性磨削工具，与固结磨具砂轮相比，具有磨削发热量小、磨削效率高以及形状保持性好等诸多优点，因此在现代的工业磨削加工过程中，其使用越来越广泛。

CBN砂带具有磨削的高效性，耐磨性好，高的加工表面质量和环保特性。

CBN硬度仅次于金刚石，而热稳定性，远远高于金刚石，对于Fe族金属及其合金工具有较大的化学惰性。

因此CBN磨料加工黑色金属及其金属材料是其他一般磨料所无法比拟的。

这就为硬而韧的难加工材料的加工供给了新的手段，金刚石适合于加工硬脆材料，CBN恰恰能与之互为补充。

CBN与一般磨料磨具相比具有以下优点：1、CBN的硬度比一般磨料高得多。

特别适合加工硬度高，韧性大，高温，强度高，热传导率低的材料，其金属磨除率也是金刚石的10倍。

2、CBN磨具的磨削性能非常优异，不仅能够胜任难磨材料的加工，提高生产效率，而且有利于严格掌控工件的形状和尺寸精度，还能有效提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲乏强度，延长了使用寿命，加添了牢靠性。

3、CBN磨具磨损少，使用周期长，磨削比较高，使用合理可获得良好的经济效果。

4、CBN磨具使用时，形状和尺寸变化极为缓慢，更适用于CNC数控加工中心加工高精度零件。

5、能长时间保持锋利的切削刃，故磨削力较小，有利于零件的精度和干净度的提高，还可以削减机床的动力消耗。

6、磨削温度较低，可以大大提高工件的表面质量，避开零件显现裂纹、烧伤、组织变化等等弊病，改善加工表面应力情形，有利于零件使用寿命的延长。

7、一般磨料砂带在人工使用过程中产生大量粉尘，对人体健康有害，长期使用会引发“矽肺病”。

CBN砂带重要的应用范围：1.含钨材料制品。

含钨钼和其他高速钢，特别是钒合金钢，钴合金钢，特种高速钢刀具的刃磨和粗磨。

2.由耐热钢、不锈钢和高硬度的合金结构钢制成的精密零件的精磨和终磨。

这些零件用一般磨具时因磨具磨损消耗或磨钝过快，而不能获得很高的精度。

普通磨具的配方一般有三种表示方法，一种是以磨料为100% ，其他材料都以占磨料的百分数表示，如表1:表1A F46陶瓷结合剂配方表（%)这种表示方法的优点是：调整配方中任何一项数据时不直接影响其他数据的数值。

例如表1中，硬度H的结合剂量由9%变为10%时，糊精、润湿剂和成型密度仍然可以是2%、2.5%2.15g/cm3。

我国70年代以前的配方大多都不标组织号，但确定组织号的磨粒率可以由配方数据计算出来，如表1中硬度H的配方点磨粒率为：u=γ/d×ΣWu—毛坯磨粒率γ—成型密度d—磨料颗粒密度ΣW—配方百分重量总合u=2.15/3.92×（100+9+2+2.5）%=0.4832≌48%毛坯组织号按磨粒率48%换算：N=（62-48）/2=7即硬度为H的配方点毛坯组织号，N=7陶瓷结合剂磨具配方的另一种表示方法为:磨料百分数与结合剂百分数之和为100%，配方如表2：表2A F60陶瓷结合剂磨具配方表配方表毛坯磨粒率的计算与前例略有不同，如表2中硬度H 配方点的毛坯磨粒率为：u=γ×91.5% /3.92×（91.5+8.5+3+2.8）%=0.4765≌48%由毛坯磨粒率换算成毛坯组织号，N=7此外还有一种配方表是：将不同材质不同粒度的磨具的结合剂量、成型密度、润湿剂等分别列表，结合起来使用。

磨具的成品磨粒率计算比较复杂，参见《陶瓷结合剂砂轮配方》1991。

超硬磨具（金刚石和CBN 磨具）与普通磨具不同的是磨粒率被称为浓度，其含义为在超硬磨具的体积中超硬磨料的体积占25%时，浓度为100% ；超硬磨料的质量以“克拉”为单位，每0.2克为1克拉。

其浓度与质量的关系，见表3：表3 超硬磨料的浓度超硬磨料比较贵重，所以超硬磨具制品的浓度高低对成本和磨削加工都有着明显的影响，一般说浓度高，磨料密度大，耐用度高，磨削效率低；浓度低磨削效率高，耐用度低；但过低的浓度磨料稀疏，磨粒易脱落，效率反而下降，甚至不能正常使用。

普通磨具的配方一般有三种表示方法，一种是以磨料为100% ，其他材料都以占磨料的百分数表示，如表1:表1A F46陶瓷结合剂配方表（%)这种表示方法的优点是：调整配方中任何一项数据时不直接影响其他数据的数值。

例如表1中，硬度H的结合剂量由9%变为10%时，糊精、润湿剂和成型密度仍然可以是2%、2.5%2.15g/cm3。

我国70年代以前的配方大多都不标组织号，但确定组织号的磨粒率可以由配方数据计算出来，如表1中硬度H的配方点磨粒率为：u=γ/d×ΣWu—毛坯磨粒率γ—成型密度d—磨料颗粒密度ΣW—配方百分重量总合u=2.15/3.92×（100+9+2+2.5）%=0.4832≌48%毛坯组织号按磨粒率48%换算：N=（62-48）/2=7即硬度为H的配方点毛坯组织号，N=7陶瓷结合剂磨具配方的另一种表示方法为:磨料百分数与结合剂百分数之和为100%，配方如表2：表2A F60陶瓷结合剂磨具配方表配方表毛坯磨粒率的计算与前例略有不同，如表2中硬度H 配方点的毛坯磨粒率为：u=γ×91.5% /3.92×（91.5+8.5+3+2.8）%=0.4765≌48%由毛坯磨粒率换算成毛坯组织号，N=7此外还有一种配方表是：将不同材质不同粒度的磨具的结合剂量、成型密度、润湿剂等分别列表，结合起来使用。

磨具的成品磨粒率计算比较复杂，参见《陶瓷结合剂砂轮配方》1991。

超硬磨具（金刚石和CBN 磨具）与普通磨具不同的是磨粒率被称为浓度，其含义为在超硬磨具的体积中超硬磨料的体积占25%时，浓度为100% ；超硬磨料的质量以“克拉”为单位，每0.2克为1克拉。

其浓度与质量的关系，见表3：表3 超硬磨料的浓度超硬磨料比较贵重，所以超硬磨具制品的浓度高低对成本和磨削加工都有着明显的影响，一般说浓度高，磨料密度大，耐用度高，磨削效率低；浓度低磨削效率高，耐用度低；但过低的浓度磨料稀疏，磨粒易脱落，效率反而下降，甚至不能正常使用。

怎样选用合适的CBN砂轮对不同的工件材料、不同的加工要求，应选用不同的砂轮。

即使磨削同一种工件材料，不同牌号砂轮的磨削比可能相差2~5倍，因此要选用合适的砂轮。

石砂轮是磨削硬质合金、光学玻璃、陶瓷、宝石和石材等高硬度脆性大的非金属材料的磨具。

但因石在700℃~800℃时容易碳化，所以它不适于磨削钢料。

CBN的硬度稍次于石，但它的热稳定性好(能耐1300℃~1400℃高温)，它不象石那样在高温中会分解，即氧化和石墨化，与铁族元素化学惰性大，热导率高(是刚玉的46倍)，用其制作的砂轮寿命长(可达刚玉砂轮的几十倍到成百倍以上)，是替代刚玉砂轮磨削淬硬钢、高速工具钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢和钛合金等高硬度韧性大的金属材料的磨具。

超硬磨料砂轮的结合剂有树脂、金属、陶瓷、电镀和钎焊等。

树脂结合剂砂轮主要用于刃磨刀量具、磨孔、外圆磨及平面磨；金属结合剂砂轮用于切入磨削、光学曲线磨床的成形磨、刃磨单刃刀具、磨削小钻头的螺旋槽，也适用于电解磨削；陶瓷结合剂砂轮的磨削效率高，形状保持性好，耐用度高，易于修整，砂轮使用寿命长，并因陶瓷结合剂本身有良好的化学稳定性，耐热、耐油、耐酸碱的侵蚀，可适应各种磨削液，磨削成本低，因而目前已成为、高精度磨削的shou选磨具；电镀砂轮适于高速精磨和成形磨，也适于孔的磨削(湿磨)和在坐标磨床上使用；钎焊砂轮适于超高速磨削。

必须指出，不同牌号的磨料，因制造工艺不同，其晶体形态、颗粒形状也不同，而具有不同的强度、热稳定性和破碎特性，应根据结合剂种类、磨削工件材料和磨削方式，选择不同的磨料。

如用于、高精度磨削的陶瓷结合剂砂轮，可选用高强度和颗粒形状锋利的磨料，如DeBeers公司生产的PDA型(人造石品种)及ABN800型(CBN品种)或其他类似性能的牌号。

超硬磨产表面又有镀金属衣(金属镀层可起到补强增韧，减缓热冲击以及在磨粒与结合剂之间起结合桥作用，可提高砂轮使用性能)和不镀金属衣两种，应根据结合剂种类、工件材料、干磨和湿磨等不同条件选择。

CBN砂轮在磨削加工中的应用CBN材料除用来制作刀具外，其最大的应用领域还是制成CBN磨具，用于高速高效磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高，其磨削精度和质量提高一个等级。

1.磨削汽车零件——凸轮轴和曲轴汽车发动机上的凸轮轴具有多个凸轮，淬火后的凸轮粗磨及精磨是影响凸轮质量的关键工序。

一般都是采纳靠仿照形磨削，工件速度的提高受到限制，工件易产生磨削烧伤裂纹，采纳靠仿照形磨削，其凸轮表面的轮廊曲线要受砂轮直径大小的影响，所以很难保证凸轮轮廊曲线的正确。

生产实践证明，当砂轮直径大时，磨出的凸轮瘦，当砂轮直径小时，磨出的凸轮胖，只有当砂轮直径接近或等于磨削靠模凸轮的滚轮直径时（一般为570mm），其仿形误差接近于零，即磨出的凸轮表面轮廊曲线接近于靠模凸轮。

在实际生产中，所用的砂轮直径一般都是从D600（或610）用到D500，与理想的砂轮直径（570）相差甚多，所以生产中总有大凸轮轴的凸轮曲线超标。

为解决这个问题，我们在靠仿照形凸轮磨床上采纳CBN砂轮磨削，可把CBN砂轮直径制成D575，CBN磨料层厚为4～5mm，其磨轮的磨削最小直径是D565，磨削直径范围虽然只有10mm，但磨削零件数却相当于几十片一般砂轮，不仅可保证凸轮曲线正确，而且也不会产生磨削烧伤现象。

如Liton工业自动化公司用CBN砂轮磨削凸轮轴，其成本降低了50%，凸轮表面的疲乏强度提高了30%；东风汽车公司襄樊柴油发动机厂用陶瓷结合剂CBN砂轮粗磨冷激铸铁凸轮轴，其凸轮磨削余量t=4～5mm，砂=60m/s，工件转速n=100r/min,f=0.1mm/s，采纳高速磨削液，CBN砂轮的寿命基本相当于20片刚玉磨料砂轮。

2.CBN砂轮在内孔磨削中的应用内圆磨削的效率一直很低，其重要原因就是磨削速度、砂轮材质及磨杆的刚性问题。

生产过程中用在修整砂轮、更换砂轮的时间几乎占了单件工时的1/3～1/5。

假如内圆或沟槽磨削采纳CBN电镀砂轮，并把砂轮速度提高，增大磨杆直径，便可适当提高工件转速与进给速度，不仅可保证孔（弧）径、槽宽尺寸与形位精度，表面粗糙度和避开烧伤，而且还可以成倍地提高加工效率，降低加工成本。