砂轮知识（知识讲座）.docx

1、普通砂轮的材质，粒度，硬度，砂轮标示，代号Tags:粒度，砂轮，硬度，材质，代号一、砂轮材质：1、材质种类：A、WA、SA、PA、GC、C、38A、DA、19A2、材质选择：A 棕刚玉磨料，色泽为棕褐色，硬度高，韧性大。适应于磨抗张 强度较高的金属，如碳素钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等。WA白刚玉磨料，色泽为白色，硬度高于棕刚玉，磨粒易破碎，棱角 锋利，切削性能好，磨削热量小。适合于磨淬火钢、合金钢、高速钢、高碳 钢、薄壁零件等。SA单晶刚玉磨料，色泽为淡黄色，与A、WA材磨料比较，硬度高、 韧性大，呈单颗粒球状晶体，抗破碎性较强。适合于磨不透钢、高筑高速钢 等韧性大、硬度高的材料及易变形烧伤

2、的工件。PA铭刚玉磨料，色泽为玫瑰色或紫红色，切削刃锋利，棱角保持 性好，耐用度较高。适用于磨刀具、量具、仪表、螺父等工件外表粗糙度值 要求低的工件。GC绿碳化硅磨料，色泽为绿色，硬度高、性脆、磨料锋利、具有 一定导热性。适合于磨铸铁、黄铜、铅、锌及橡胶、皮革、塑料、木材、矿 石等。C黑碳化硅磨料，色泽为灰黑色，硬度高、脆性较大、磨粒锋利、 导热性好。适合于磨硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬脆材料。二、砂轮粒度： 粗20#、24#、30#、180#、220#、240#、80/100100/120100/120170/200170/200270/325325/400M10/20M8/12M4/8磨削

3、工序适用的粒度范围粗磨80/100120/140中精磨120/140200/230精磨、细磨200/230M36/54研磨、抛光在磨加工中操作者一般都具有普通磨料磨具的使用经验，粒度选择的原则基本相同，但考虑到两大类磨料性能的差异，要求到达相同的加工外表粗糙度，由于超硬 磨粒的锋利性和不易磨损性，选用的粒度号就要比普通磨料细12个粒度号。选择超硬磨具的粒度时，还应考虑磨具所采用的结合剂，因为各种结合剂均有它的最正确粒度范围，太粗或太细均不利于其磨削加工。一般情况下，树脂结合剂磨 具选用100/120以细；陶瓷结合剂磨具选用100/120170/200;金属结合剂磨具选用70/80230/270

4、o当然还要看加工效率和加工外表粗糙度要求等选择最正确粒度，要 求加工效率高时，选用较粗粒度号。反之选较细粒度号。3、结合剂的选择：超硬磨具结合剂是制作磨具不可缺少的，其作用是将磨粒粘结成具有一定几 何形状，并把持住磨粒使其在加工中承受磨削力而起到切削作用，超硬磨具结合剂主要 有树脂结合剂代号B、陶瓷结合剂代号V和金属结合剂代号M三大类，如 何选择结合剂主要依据其自身的性能和加工中对磨具的要求而定。树脂结合剂自锐性能良好，不易堵塞，很少修整，磨削效率较高，磨削温度 较低，而且本身具有一定弹性，能起抛光作用，故其在超硬磨具中得到广泛应用，树脂 结合剂金刚石磨具经常应用于硬质合金工件、钢基硬质合金工

5、件，以及部分非金属材料 的半精磨、精磨等；树脂结合剂立方氮化硼磨具主要用于高饥高速钢刀具的刃磨和工具 钢、模具钢、不锈钢和耐热合金工件的半精磨、精磨等。但树脂结合剂耐热性差，在较 高的磨削温度下耐磨性差，磨具的磨损大，在大负荷磨削时尤为明显，常以采用镀附金 属衣磨料来加以改善。陶瓷结合剂是目前应用日益广泛的一种结合剂，该种结合剂磨具工作外表有 较好的容屑空间，切削锋利，磨削效率高，加工中不易发热和堵塞，有利于磨削过程的 平稳进行，热膨胀量小，容易控制加工精度，而且该种磨具整形、修整相对容易，对方 便恢复磨具工作外表的切削能力十分有利。一般用于粗磨、半精磨，以及接触面大的成 型磨削等。由于金刚石

6、的耐热性较差，陶瓷结合剂烧结时必须温度很低，目前还有较大 难度，使得陶瓷结合剂金刚石磨具较少采用，所以陶瓷结合剂主要还是应用在耐热性较 好的立方氮化硼磨具。金属结合剂有青铜结合剂和电镀结合剂两大类。青铜结合剂磨具是以铜粉、 锡粉为主要材料和补充改善其性能的其它材料充分混和，再将磨料加入其中充分混合均 勾，置于模具中压制成型一般有冷压在室温下压制和热压在加热条件下压制 之分，然后烧结而成。该种磨具的结合剂和磨粒的结合强度高，耐磨性好，磨损小， 使用寿命长，保持形状好，能承受较大的负荷。但缺点是自砺性差，容易堵塞磨具外表， 发热大，磨具修整也十分困难。它主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半导

7、体 材料等非金属材料的粗磨、精磨和切割工序，少量用于硬质合金、复合超硬材料的磨削 加工，以及成型磨削和各种桁磨、电解磨削等。青铜结合剂立方氮化硼磨具目前除用于 合金钢工件的布磨外还极少使用。电镀结合剂是一种结合强度更高的结合剂，一般将单 层或多层磨粒用电镀方法镀在金属基体上，该种结合剂磨具工作外表上单位面积的磨粒 数比其它几种结合剂高得多，而且磨粒都裸露出结合剂外表，因而切削锋利，磨削效率 高。但受镀层厚度限制，磨具总的使用寿命不可能太高，一般用于特殊用途加工，如成 型磨削用磨具、小磨头、套料刀、电镀较刀、铁刀等。这些年来，立方氮化硼电镀金属 结合剂磨具应用日益扩大，特别在加工各种钢类零件的小

8、孔、型腔时更为突出，独具特 色，磨削效率高，经济性好，还可获得较好的形状精度。4、浓度的选择：超硬磨具浓度是指磨具工作层内单位体积中的金超硬磨料的质量，它是超硬 磨具所独有的特性。国际上统一约定每立方厘米体积内含有超硬磨料时，其浓度称为 100%,代号100,常用浓度见下表：浓度磨具工作层超硬磨料含量克/厘米3代号25%2550%5075%75100%100150%150浓度采用过高或过低都不利于超硬磨具的正常使用，并直接影响磨削效率、加工成本和 加工质量。选用时应首先考虑磨具结合剂的种类，各种结合剂由于结合能力的不同，均 有它各自的最正确浓度范围，一般人造金刚石磨具采用的浓度范围见下表：结合

9、剂浓度范围树脂结合剂5075陶瓷结合剂75100青铜结合剂100150立方氮化硼磨具由于磨料性质和加工对象材质的不同，采用浓度一般比人造金刚石磨具高2550%o对于有特殊要求的加工，浓度选用还可进行调整。如，在抛光和高精度磨削中，常采用低于一般磨削时的浓度；对要求加工效率高的工序，可采用粗粒度、高浓度 的磨具；对于要求磨具形状保持性好的成型磨削、端面磨削、沟槽磨削等，应选择较高 浓度的磨具。5、形状和尺寸的选择:超硬磨具的形状和尺寸可根据加工机床的技术条件和要求，以及对被加工工件的加工部位的要求来决定，常用的超硬磨具的形状及其使用范围见下表:名称代号用途平行砂轮1A1主要用于外圆磨削、平面磨削

10、、刃磨、砂轮机磨削及无心磨等。平行倒角砂轮1L1主要用于底径、侧面间有圆弧要求的磨削平行加强砂抡14A1主要用于对磨具刚性要求较高的加工场合弧形砂轮1FF1主要用于圆弧、成型磨剂平行燕尾砂轮1EE1V主要用于磨边或成型磨剂双内斜边砂轮1V9薄片砂轮1A1R主要用于石材、混凝土等非金属材料的切割及缓进强力磨削等切割砂轮1A6Q主要用于石材、混凝土等非金属材料的切割平行小砂轮1A8主要用于内圆磨削系列平行系双斜边砂轮1E6Q主要用于槽形、螺纹等磨削14E6Q14EE114E11DD1单斜边砂轮4B1主要用于刃磨、仿形磨等单面凹砂轮6A2主要用于平面磨削、端面磨削等双面凹砂轮9A1主要用于砂轮机、磨

11、量规等9A3筒筒形1号砂轮2F2/1专用光学玻璃铢磨形简形2号砂轮2F2/2系筒形3号砂轮2F2/3杯杯形砂轮6A9主要用于平面磨削、端面磨削等形碗形砂轮11A2主要用于刃磨、平面磨削等系11V912A2/200主要用于刃磨、齿轮磨等碟12A2/450形碟形砂轮12D1系12V912V2专磨边砂轮1DD6Y专门用于光学玻璃磨边用2EEA1V加磨盘1A2主要用于平面磨削工系10X6A2T电镀金刚石内圆切割锯片GN用于贵重材料切割电镀金刚石磨头MY用于内孔磨削和玉石修磨、牙科修磨等金刚石精磨片1号1A8/1主要用于光学玻璃、陶瓷和宝石等材料的精磨和超精磨金刚石精磨片2号1P8/2金刚石精磨片3号1

12、A2/3金刚石精磨片4号1A2/4电镀金刚石套料刀ET1ET2主要用于玻璃、陶瓷、石材和墙体、混凝土底板等非金属材料的套料和钻孔油石类平行带弧油石HMA/1专门用于各种布磨平行油石HMA/2弧形油石HMH平行带槽油石2HMA基体带料油石HMA/S0三、其次，需采用合理的磨削用量超硬磨具由于本身的特点，使用时在选择合适的磨具特性后，还必须采用合 理的磨削用量，才能获得最正确的磨削效果，得到高效加工效率、良好的加工质量和较 低的加工成本。1、砂轮速度VS的采用：砂抡速度指的是砂轮使用速度、砂抡工作时的圆周速度，即砂轮圆周上最大 直径处测量的砂轮切向速度，是磨削参数中至关重要的一项指标，它对磨削影响

13、较大, 砂轮速度过低，其工作外表上磨粒的磨屑厚度较大，造成砂轮磨损就大，且单位时间工 件外表经过的磨粒少，使加工外表粗糙度较差。随着砂轮速度的提高，两者均得以改善, 但砂轮速度的提高受到了机床条件的限制，砂轮速度过高时，由于机床刚性的不足，会 产生振动，加剧砂轮的磨损和加工外表粗糙度的恶化，加剧磨削温度的升高，破坏被加 工外表质量，这些都是必须防止的。砂轮速度的选择一般依据结合剂种类、磨削形式和冷却条件进行选择。金刚石砂轮因磨料的热稳定性较差，一定要限速使用，常从以下两表中综合加以考虑来:结合剂种类冷却条件砂轮速度米/秒青铜干磨1218湿磨1522树脂干磨1520湿磨1825砂抡速度米/秒磨削

14、形式20302030203012151220平面磨削 外圆磨削 内圆磨削 工具磨削立方氮化硼砂轮由于磨料的热稳定性较金刚石大大提高，在较高速度下加 工引起的较高磨削温度不会像金刚石砂轮那样因高温引起的强烈磨损，造成砂轮磨损严 重，加工质量降低，加工成本提高，所以立方氮化硼砂轮可以采用较高的砂轮速度，反 而是较高的砂轮速度才能更好地发挥立方氮化硼磨料的特性，取得较佳的加工效果，一 般采用如下参数：磨削形式砂轮速度米/秒备注干磨湿磨平面磨削25302835通常采用湿式外圆磨削25303040通常采用湿式内圆磨削17251828通常采用湿式工具磨削15251828通常采用湿式随着磨床设计和制造技术的

15、发展，以及磨具材料的进步，越来越多地采用了 高速磨削工艺，取得了较佳的磨削效果，尤其是立方氮化硼磨具更为广泛地采用较高的 数值，电镀结合剂立方氯化硼有的用到120150米/秒，甚至更高，个别到达250米/ 秒。2、磨削深度a的选用：磨削深度是指工件有往复运动时沿砂轮径向进给的距离，它的大小直接影响 加工效率、加工质量和加工成本，也是磨削加工一个十分重要的参数。随着磨削深度的 增大，加工效率提高，磨具磨损加大，而且相应增加砂轮和工件的接触压力，使磨削力 和磨削温度升高，到达一定量后会激剧增大砂轮磨损，同时还引起机床振动，使加工外 表质量很快恶化，磨削温度的过高，也会造成被加工外表烧伤、裂纹的出现

16、，工件寿命 将会极大降低。磨削深度的选用应根据加工效率的要求、磨削方式、磨具的粒度、结合剂的种类，以及加工成本综合加以考虑。在目前一般的机床条件下，金刚石砂轮建议采用以 下参数:磨具粒度号磨削深度毫米/行程陶瓷、树脂结合剂青铜70/80120/140140/170230/270230/270 以细磨削方式磨削深度毫米/行程平面磨削外圆磨削内圆磨削刃磨立方氮化硼砂轮由于磨粒自锐性较好，且导热性、热稳定性等物理特性较佳, 能良好地保持砂轮工作外表的锋利性，磨削深度可大于金刚石砂轮。对于特殊的磨削工 艺，如深切缓进强力磨削，更是磨削深度可达两位数，一次通过完成。3、工件速度vw确实定：工件速度是指工

17、件被加工外表相对于砂轮工作点的相对瞬时速度，对磨削效 果仅略有影响，比其它加工参数影响要弱得多。当然，工件速度过低，在一定程度上影 响加工效率和加工外表粗糙度；工件速度过高，砂轮磨损会略有增加，而且由于机床刚 性的限制，还会加重磨削冲击力，引起噪音的加大。一般超硬磨具磨削时，工件速度建 议在1020米/分范围内选择较适当。但对深切缓进给磨削，工件速度十分缓慢，低达 每分钟几十至几百毫米。4、轴向进给速度va的选定：轴向进给速度是指单位时间内工件沿砂轮回转轴线方向相对移动的距离，超硬磨具磨削时，随着轴向进给速度的增大，磨削效率提高，磨具磨损加大，加工外表粗糙度下降，一般加工建议选用下表所列参数：

18、磨削方式轴向进给速度内、外圆磨0. 51米/分平面磨0. 52毫米/行程刃磨时，很多情况下都是由操作者手动控制工作台进行进给运动，常在12米/分范围 内。对一些特殊要求的加工，就需根据要求来调整，如要求加工外表低粗糙度的 精磨、抛光等，则必须采用很小的轴向进给速度，对于粗粒度磨具的高效率磨削，就要 采用较大的轴向进给速度。四、再次，应采用合适的磨削液在超硬磨具使用过程中，由于磨粒对工件材料的去除作用，和磨具与工件的 相对摩擦，磨削区的温度是很高的，加上超硬磨料导热系数高，很快传到磨具中，引起 磨具温度的快速提高，会影响磨削过程的正常进行，增加砂轮的磨损，工件外表粗糙度 下降，加工质量变差，温度

19、太高时，甚至会造成工件外表拉应力的极大提高，引起外表 裂致。对树脂结合剂磨具太高的磨削温度还会造成磨粒附近结合剂的热分解，破坏了其 结合强度，引起磨具磨损的极大加剧，大为降低磨削工序的经济性。所以采用超硬磨具 进行加工时，在条件允许的情况下应尽量采用磨削液，到达降低磨削区温度，加强润滑 效果，改善加工状况，充分合理使用超硬磨具的目的。选择磨削液时，除一般要求无腐蚀、无公害，符合环保要求外，还应有良好 的润滑性、洗涤性和冷却效果，对超硬磨具来说更强调其洗涤性和冷却效果。金刚石磨 具加工硬质合金和各种高合金刚时，宜采用轻质矿物油、苏打水树脂结合剂磨具不宜 及各种水溶性磨削液、弱碱性乳化液等，尤以煤

20、油、轻柴油和水溶性磨削液为佳。金刚三、砂轮硬度：软 E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、0、P、Q、R、S、 T 硬四、砂轮标示：例砂轮标示为：WA46L5V351A350X40X127其中各字母代号、数据各代表意义如下：VIA-砂轮采用的磨料材质35-砂轮使用线速度为35M/S46-砂轮的粒度1A-砂轮的形状L-砂轮硬度350T砂轮直径尺寸5-砂轮组织号40-砂轮厚度尺寸VT砂轮为陶瓷制法砂轮子127T砂轮内孔尺寸1单晶刚玉磨料单晶刚玉磨料是AI203以物理刚玉的单晶形态自熔体中析出，经化学处理而 得到的绝大多数磨粒为单晶体的磨料。它具有较高的韧性和硬度，切削能力 强。用来加工工具钢、不

21、锈钢、高饥钢等韧性大、硬度高的耐磨材料，比其 它材料优秀。主要技术性能指标：冶炼设备技术参数：1100KVA电弧炉，电极园：D=900MM;一平均晶粒尺寸：成品率：大于92%；化学成份:Ti02 (0. 27%), Si02(0.1%), Fe203 (0.16%), A1203 5=94% o2高品级棕刚玉燧烧磨料该产品具有化学成份高粒度形状好、清洁度高、堆积密度高等特点。广泛应 用于飞机、汽车、轮船、机械制造等行业。主要技术性能指标处于国内领先 地位。 石磨具加工非金属材料时，一般用水做磨削液。立方氮化硼磨具加工时，由于磨料在高 温下易和水产生水解作用，大大加剧磨具的磨损，一般不采用水溶性

22、磨削液，多数采用 轻质矿物油如煤油、轻柴油等，当必须采用水溶性磨削液时，也必须加入极压添加 剂，以减弱磨料的水解作用。五、结束语前面将使用超硬磨具进行磨削加工时，主要应该关注的几方面问题作了简要 阐述，可能拾一漏万，所述内容仅供参考，也可能有不当之处，敬请斧正。随着技术的 进步，新工艺、新技术、新材料的不断创新，磨削加工工艺也在飞跃发展，超硬磨具的 使用领域日益扩大，磨具的特性和磨削工艺参数必将涌现很多新鲜事物，有待我们去认 识、总结、提高。就超硬磨具的使用而言，还有一些使用中的重要问题也没有探讨，诸 如超硬磨具的修整、使用中对机床的要求、磨具的平衡、安装、运输、保存等问题，由 于篇幅限制，本

23、文就未作介绍了。粒度是指磨料粗细之间的区分度。按磨料的尺寸大小，将磨料分做33个型号：35/40,40/45,45/50,50/60, 60/70, 70/80, 80/100,100/120,120/140,140/170,170/ 200200/230,230/270, 270/325, 325/400；36-54, 22-36, 20-30,12-22,10-20, 8-12, 6-12,5-10,4-8, 3-6,2. 5-5, 2-4,1.5-3, 0-2, 0. 5-1 . 5,0. 5-1,0-0. 5,0-1,0-0. 5磨具粒度的选择，直接影响到工件加工的粗糙度及磨削效率。一

24、般说来，粒度细, 工件粗糙度小即光洁度高；粒度粗，工件磨削量则大。因此，在满足粗糙度的前提 下，尽可能选用较粗粒度的磨具。CBN,硬度排在金刚石之后。CBN是一种仅次于金刚石的极硬的刀具材料，通常材料 硬度大于48HRC时工作最好（加工软材料时CBN磨损很快）。温度高到2000°C是还有极 佳的红硬性。虽然和硬质合金相比更脆且导热性和化学稳定性低于陶瓷，但它有比陶瓷 刀具更高的冲击强度和抗破裂性而且对于刚性较低的机床也能切削硬金属。更进一步， 恰当的定制CBN刀具能承受大功率粗加工的切削载荷、断续切削的击打和精细加工所需 的热和磨损性能。对于指定工序恰当的定制包括机床和夹具的刚性、刃

25、口修磨大到足以防止显微剥落， 而且刀具的基体是一种CBN含量高的材质等级。CBN含量高的材质等级对这些指定工序 是必须的，因为它们具有刃口重载条件下高速加工要求的高导热性和韧性以及用于严重 断续切削。这些性能使得这种材质等级的刀具材料被用作粗加工淬硬钢和珠光体灰铸 铁。CBN含量低的材质等级和CBN含量高的相比更脆，但它们用于淬硬黑色金属加工更 好。它们的更低的热导性和相对更高的承受高速切削和负前角所产生热量的抗压强度。 切削区更高的温度软化工件材料和帮助断屑，而负前角强化刀具，使切削刃稳定，提高 刀具寿命，并允许比小的切深。pm的外表光洁度并保持同轴度士，干车淬硬工件通常是一种有吸引力的替代

26、肮脏的 强化冷却的磨削加工方案。虽然CBN是一种硬车和高速铢特别喜欢的刀具材料，但陶瓷 和CBN的应用范围有惊人的重叠，故而很必要用成本-效益分析来决定谁能得到最优结果。自1955年美国GE公司采用高温高压的方法获得人造金刚石以来，引起全世界的关切， 尤其是对缺乏天然金刚石矿藏的国家具有巨大的吸引力。1957年以高温高压的方法合 成了立方氮化硼。(CBN) o这些人造材料大大地丰富了材料宝库，特别有利于切削工具 的发展。当时这些材料在机械加工领域的主要用途是作磨料。经过20多年的努力，1977 年GE公司又成功地开发了金刚石烧结体(PCD)和CBN烧结体(PCBN),并制造成刀片， 使人造超硬

27、材料的用途进一步扩展，由磨削扩展到了切削。更可喜的是大颗粒的单晶金刚石和单晶CBN的合成，为取代天然金刚石创造了条 件。据资料说明，当前已经合成的人造单晶金刚石中，最大的竟重达34.2克拉，但是 要实际应用尚有待进一步的研究、探索，而且现在的成本也昂贵。我国在人造金刚石方面的发展也十分迅速，据统计，1993年全世界的产量为9亿 克拉，而我国已到达2.1-2. 3亿克拉，居世界首位。这说明我国在这个领域的潜力相 当大。这门技术的发展为推动超硬材料在我国的广泛应用创造了前提。化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)技术的突破，对切削工具的发展来说是 一次革命，先是涂复各种陶瓷材料，而今发展到

28、了类金刚石膜、金刚石膜、和CBN膜的 超硬材料的涂层。这种发展几乎使所有切削工具相应地提高了外表硬度。而今气相沉积 技术依然在发展，就金刚石而言，已从薄膜向厚膜扩展，其沉积的速度由一般的每小时 数微米发展到了最大每小时0. 93mm。今天科技在飞速发展，新材料大量涌现，其中相当一部分是高合金钢、高硅铝合金、 高强度的复合材料、这些都属于难切削材料，如宇航工业常用的Incone 1718 4基合金 即为一例。1由于超硬材料的发展，便大大缓解了这些材料难加工的局面。当前，工业发达的国家已将这些新材料的研究成果迅速地应用到了制造行业，从而 提高了生产率，特别是欧美和日本。我国虽然在这方面有了长足的进

29、步，但是在提高和 应用上存在着相当大的差距。面对21世圮的挑成，人造金刚石、人造CBN等超硬材料 必将发挥出巨大的作用，人们可以拭目以待。2金刚石、超硬材料的特性与作用天然单晶金刚石是世界上最硬的物质，所以作为磨料和切削工具，其性能是无与伦 比的，以金刚石车刀为例，其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜，SEM,也无 法检测，直到现在还没有一种材料能取而代之，利用它来切削加工，往往可以直接获得 镜面，当前被广泛地应用于仪表、电子、光学等领域，成为不可缺少的切削工具的材料, 但是因成本昂贵，刃磨需要高超的技艺，所以一直阻碍其广泛的应用。超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到

30、了光学玻璃加工、 石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域。天然单晶金刚石，由于具有各向异性，因此各晶面的硬度相差甚大，在刀具刃磨时， 择其软的一面作为研磨面，而将其硬的面作为前刀面或后刀面，这给研磨带来了有利的 条件，因其各向异性，所以在使用中，必须考虑到晶面的合理选择，例如，硬度计的压 砧，在使用中，利用压入或弹跳来衡量被测材料的硬度，但由于工作面的硬度不同，结 果也各异，当然采用硬的面，有利于延长寿命，又如天然金刚石制造的拔丝模，由于孔 的工作面由各晶面构成，因此硬度不一致，磨损便不均匀，同时会给线材的圆截面造成 应力差异，硬度不匀，而影响使用，金刚石烧结体和厚膜金刚石，由

31、于各向同性，在这 类产品上运用就变得非常有利。PCD、PCBN,因其晶粒不同，浓度不同，性能也就不同，必须合理选择。厚膜金刚石是纯金刚石，其硬度接近天然金刚石，而PCD、PCDN是金刚石粉与结合 剂混合在一起烧结而成，因此硬度受到结合剂的影响，其硬度不如前者。众所周知，金刚石与铁系有亲和力，只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN 即使在1000°CMMm以下。PCD和PCBN的刃磨相对而言比较容易，因为硬度相比照较低， 用金刚石砂轮就能胜任，而厚膜金刚石则不同，其硬度接近天然金刚石，并且是各向同 性的，所以刃磨比较困难。近来，金刚石切削工具的刃磨已引起人们的关切，新的刃磨方案相继提

32、出，其中热 化学方法介绍颇多，如日本东京工业大学吉川昌范教授用加热到800°CMm提高到2 4nmo1992年东芝机械的浅井昭一也曾提出过利用扫描隧道显微镜(STM)或原子力显微 镜(AFM)进行检测的建议，但是并没有再报道过，我国华中理工大学精仪系在1996年报 道了用AFM取得了进展，这是可喜的成就。金刚石切削工具的刃磨，虽已有不小的成就。但仍然是以经验为主，依旧是一个有 待解决的课题。金刚石切削工具的几何参数也许是实践不足，所以迄今还有待探索。一 般其前角为0° ,后角为56° ,其端部有两种，一是圆弧，另一为直。线，后者有时 称为修光刃，其长度根据被加工材

33、料来选择。圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单， 而平刃的调整相对而言是很费时的。如果应用在高精度的曲面加工中，圆菰的刃磨要求 就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。据资料说明，日本大阪金刚石制作所在数年 前就能到达R±pm,英国则更高，到达R±|iimo切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700°C, 否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、 Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应。金刚石烧结体(PCD)PCD的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较，价格廉 价，且刃

34、磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。在大量涌现的新材料中， 大部分都是难加工材料，如高硅铝合金，汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般, 含硅量低于10%的铝合金，用硬质合金切削工具即可，但含硅量超过10%,就只能借助 PCDo当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上，有的已达18%以上，所以非PCD莫 属。但是，由于PCD的种类很多，有合理选择的必要。其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此，在应用中也必须根据被加 工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。由于其具有各向同性，耐磨性比较 好，加工成拔丝模甚至优于天然单晶金刚石。PCD在国内外的生产已十分普及，但是质量

35、有较大的差异，因此在价格上出入很大。 国内曾用美国超细粒度的GE公司的刀片，在PneumoPrecision的SMG325超精密机 床上做了切削试验，曾到达接近镜面的外表粗糙度。立方氮化硼烧结体(PCBN)PCBN是CBN颗粒与结合剂一起烧结而成，耐高温，硬度仅次于金刚石，与黑色金 属无亲和力。从发展的角度来看，许多新材料需用PCBN来加工。比方汽车变速箱的齿 轮采用了 PCBN的齿轮滚刀，不仅获得高生产率，且明显的提高了质量，加工面甚至变 成了镜面。据资料说明，PCBN滚切过的齿轮外表由于硼的渗入，硬度也变高。这是哈 工大的实验所证实的。由于PCBN耐高温，在大气和水蒸气中，在900

36、6;C以下无任何变 化且稳定，甚至在1300°C时，和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应，更不会像金刚石那样 急剧磨损，这时它仍能保持硬质合金的硬度，因此，它不仅能切削淬火过的钢零件或冷 硬铸铁，而且能被广泛应用于高速或超高速的切削工作上。但是，PCBN不适于切削一般的钢件，因此。选择工具时必须注意。采购时必须考 虑到其粒度、浓度。PCBN的几何形状也有特殊性，一般切削刃需要倒棱成-30°或圆弧，以防护刀尖破损。生产PCBN的厂商不少，国外主要的有美国的GE公司、日本的住友电气（株）、 DIJETC黛杰）、英国的DeBeers等，国内主要有成都工具研究所、贵州第六砂轮厂、桂

37、林地质研究所等。超硬材料涂层切削工具CVD、PVD等技术的出现，是切削工具领域中的一次重大的 革命。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响，理想的切削工具应当是既有硬的 外表，又有高的韧性，涂层技术便到达了这个目标。最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质，如TiN、TiC、A1203等，近年来，涂层技 术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用，许多产品相继出现在市场上， 但国内尚处在实验阶段，预计也会很快突破，超硬材料涂层的发展，使整个现有的切削 工具的性能都明显得到了提高，面对当前大量涌现的难加工材料，这些新发展的涂层技 术将有巨大的适应能力，前景相当喜人。超硬材料涂层的种类共有三大类，

38、即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为 纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的，和PCD与PCBN相比，因不含结合 剂，所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的，只是薄膜而已，使用时与陶瓷涂 层类同。这里着重介绍类金刚石膜。类金刚石碳（Diamond-LikeCarbon,简称DLC）膜具有与金刚石膜相似的优异性能, 其抗摩擦磨损性能良好，且DLC膜制备工艺日趋成熟，可以在很低的沉积温度下获得大 面积且外表粗糙度小的DLC膜，而金刚石薄膜则要求较高的沉积温度（约800°C 1000°C）,因此，许多基体材料受到限制，如高

39、速钢，而且在大面积上沉积均匀也比较 困难，外表也粗糙。因此，DLC膜在许多场合更易获得应用，如可作磁盘的保护膜。在涂层切削工具的使用方面，和陶瓷涂层的一样，涂层基体也必须作很好的处理。 一般基体的硬质合金为YG8,其预处理工艺首先用W1金刚石微粉抛光，再进行外表脱钻 15min,脱钻液为1:3硝酸水溶液，然后在丙酮中超声波清洗10fnino基体在涂复之前， 清洗的工作极为重要。如果是切削工具，在刃磨中必须保证不能退火。由于超硬材料涂复的技术历史尚短，还处在发展之中。相信它也会和陶瓷涂层技术 一样，会更加完善。厚膜金刚石金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速，形成了 “金刚石薄膜

40、热”。在这十多年内，气相合成的方法发展到二十多种，一般沉积的速度每小时只12pm, 如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了 10Opm/h以上， 最高到达930pm/ho我们称之为厚膜金刚石。我国东方天地金刚石研究所成功地掌握了 这门技术，最大的沉积厚度到达了。现在已商品化，进入了国际先进行列。厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂，是纯金刚石，所以它的硬度高得多，与 天然金刚石不同，它具有各向同性，成本低，因此在许多方面将取代PCD。用作拔丝模 将是均勾磨损，因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高，在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能，因此颇

41、受超精密领域的重视。总之，金刚石和超硬材料的发展，对各种工业的发展将起到巨大的推动作用，前景 十分广阔。4问题与展望每一种切削工具材料在发展中都会出现一些异常，因此必须不断探索和研究。每一种材料均有不同的特性，在使用中应当根据工具和被加工材料的特性，甚至加 工条件来选择合理的加工方法。众所周知，金刚石是世界上最硬的物质，作为切削工具是很理想的材料，所以现在 应用相当广泛。但是它与黑色金属有亲和力，并且在700°C左右，会发生石墨化现象， 金刚石的磨损便会加速，所以只适合于切削有色金属和非金属材料。但是人们一直在努 力打破这种禁区，比方美国LLNL国家实验室Cassteven教授曾采用

42、富有碳的环境，直 接切削黑色金属，有一定的效果；我国哈工大采用液氮喷淋；以超低温切削黑色金属。 也同样取得一定的效果，最近有人认为含一定量硼的金刚石有可能切削黑色金属，总之 在不久的将来，是有可能会有所突破的。超硬材料涂层的切削工具出现比陶瓷涂层的早，但仍有许多问题待解决，特别是粘 接力的强弱，它直接影响到切削工具的寿命。在陶瓷涂层的方面也有这类问题的发生, 如切削工具在涂前的洁净处理；又如切削工具的刃磨中，不容许刃口退火，不容许留有 毛刺，也有采用多涂层的方法来解决，但是在超硬涂层方面还有待新的发展。3显像管专用金刚石砂轮该产品是在国内著名超硬材料专家指导下自行研制开发成功，与传统产品相 比

43、，附着力强、磨削率高、寿命长150000小时/片；与进口产品相比， 有过之而无不及，主要应用于显象管的研磨与抛光，现已投入批量生产。4金属纳米材料该产品已通过国家冶金部钢铁研究院测试中心检测。能广泛应用于电子信息 技术、机电一体化技术、生物工程技术、能源、新材料及国防科技等领域， 技术水平处于国内领先地位，并到达国外同类产品先进技术水平。其主要技 术性能指标为：粒度：用BET比外表积测定法换算的金属纳米粉平均粒度数量级W100nm;一纯度：元素含量与原材料基本一致99. 99% C氧除外；电弧额定功率：单级10kw,双级20kw,三级30kw;运行方式：连续运行，8小时；产率：Ni、CuN10

44、0 克/时；适合于各类金属纳米材料的提取。5黑刚玉磨料黑刚玉是一种物理刚玉，具有提高结晶率、成品率、品级等特点，广泛应用 于特种金属加工抛光、打磨领域。技主要技术性能指标如下：冶炼设备技术参数：电弧功率：1100KVA,电极园D=900MM工艺参数：V=102, l=9000A,冶炼时间H=12小时陶瓷涂层技术的诞生，是切削工具材料的重大发展，而超硬材料涂层的再次突破， 使几乎所有的切削工具向更理想的领域靠拢。PCD和PCBN是当前应用比较普遍的切削工具，其技术的发展仍然受到重视，比方 国外的产品，在制造中，用电火花线切割将坯料直接切成规定的形状，但是国产的坯料 只能先将其硬质合金部分切开，然

45、后切其余部分。一般这类切削工具所能到达的外表粗 糙度较低，而应用美国GE公司的细粒度刀片，则可以接近镜面，主要原因是晶粒粒径 超细化。其界面增大，能获得更平滑的切削刃。厚膜金刚石的合成是一次切削工具材料的突破，它的出现将会更多地提供取代当前 超精密加工领域中应用的天然金刚石的可能性，这不仅因为它的性能与天然金刚石接 近，而且它的成本低。对金刚石矿藏稀少的国家来说，展示了很好的前景。金刚石沉积的基体在沉积之前，须经过认真的清洗。如果是硬质合金，一般采用的 是钻基硬质合金，它影响金刚石合成时的核发生密度，密度低，的则沉积质量明显差， 涂层的粘接力就低。所以必须采取腐蚀的方法去除表层的钻。因为钻在和

46、基材的界面上沉积时，会生成石墨等非金刚石物质和气孔。很多碳扩散 在钻中，又会成为界面上龟裂生成原因。含钻的WC烧结的热膨胀系数为5X10-6/6 X10-6/°CX10-6/°C大，所以°C合成时，冷却到常温，又会成为产生残余应力的原因。从这些情况分析，要提高金钻的硬质合金上沉结金刚石的粘结力，仍然是一个值得 探索的课题。最近日本东京工业大学吉川昌范教授提出，采用放电烧结法，可能制造出 不含钻的WC粉末烧结体，使其沉积的粘结力明显提高，并且其沉积的金刚石粒径也小， 这都说明沉积的技术正在向更高层次发展。人工合成大颗粒单晶金刚石业已突破，但成本仍然很高，还有待发展。

47、总之，超硬材料的发展必将引发机械制造的巨大变革，对21世纪无疑将会作出更 大的奉献。原生金刚石是在地下深外处(130180Km)高温(9001300°C)高压(4560) X108Pa下 结晶而成的，它们储存在金伯利岩或榴辉岩中，其形成年代相当久远。南非金伯利矿， 橄榄岩型钻石约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁；而奥大利亚阿盖尔 矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，榴辉岩型的钻石虽说年轻，也分别已有15.8亿年和9.9亿年 了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发， 熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徒淀于河流沙上之中。前者形 成的是原

48、生管状矿，后者形成的则为冲积矿。这些矿体历经艰辛开采后，还需经过多道 处理谜选，才可从中获怪毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯, 而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过，要得到1ct 重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出 美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。已知现今世界上只有三十余个国家和地区产钻石，且分布极不均勾，主要集中在澳 洲、非洲，次为亚洲和南美洲。其中澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联和南非为世 界上五大钻石生产国，占全球钻坯供给量八成有多。我国钻矿开发虽有着较长历史，清道光年间湘西桃源、常德一

49、带、山东郊城区都先 后发现过钻石。20世纪中叶湖南还找到过钻石砂矿。然而，钻石原生矿床6070年代 仅在辽宁瓦房店、山东蒙阴和贵州东部地区发现。物以稀为贵。综观当今世界，钻石分布范围小，产量低。加之开采困难，自然钻石 就更显弥足珍贵了。一颗钻石，从孕育于地壳岩浆之中至佩戴于您的手上，辗转周游万 里，途经数百人之手，个中开采、加工艰辛复杂，做成精致的饰品更是艺术的创造，最 后又经您慧眼上识，佩戴，才再度炫耀于世，因此，这是一种何等奇特的福缘！什么是人造金刚石钻石由金刚石加工琢磨而成，是珠宝中的贵族，它通明剔透，散发着清冷高贵的光 芒，颇有“出淤泥而不染''的气质。天然金刚石的形成

50、和发现极为不易，它是碳在地球 深部高温高压的特殊条件下历经亿万年的“苦修"转化而成的，由于地壳的运动，它们 从地球的深处来到地表，蕴藏在金伯利岩中，从而被人类发现和开采。金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝，在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性 好，可广泛用于切削、磨削、钻探；由于导热率高、电绝缘性好，可作为半导体装置的 散热板；它有优良的透光性和耐腐蚀性，在电子工业中也得到广泛应用。18世纪末， 人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为 了许多科学家的荣耀与梦想。一个世纪以后，石墨 碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过 程，让石墨在超高

51、温高压的环境下转变成金刚石。为了缩短反应时间，需要2 000 °C 高温和5. 5万个大气压的特殊条件。1955年，美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备，得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体，从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河，现在他们的 年产量在20吨左右；不久，杜邦公司发明了爆炸法，利用瞬时爆炸产生的高压和急剧 升温，也获得了几毫米大小的人造金刚石。金刚石薄膜的性能稍逊于金刚石颗粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它 的耐磨性也是数一数二，仅5微米厚的薄膜，寿命也比硬质合金钢长10倍以上。我们 知道，唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力，同时要求极长的耐

52、磨寿命，只 要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜，它就可以轻松上阵了。如果在塑料、玻璃的外面用 金刚石薄膜做耐磨涂层，可以大大扩展其用途，开发性能优越又经济的产品。更重要的是，薄膜的出现使金石的应用突破了只能作为切削工具的樊篱，使其优异 的热、电、声、光性能得以充分发挥。目前，金刚石薄膜已应用在半导体电子装置、光 学声学装置、压力加工和切削加工工具等方面，其发展速度惊人，在高科技领域更加诱 人。一平均晶粒尺寸：成品率：92%一化学成分：Ti02(2-3%), Si02(4-8%), CaO+MgO«4%)6半脆刚玉半脆刚玉的硬度高于棕刚玉，韧性介于棕刚玉和白刚玉之间，加工的砂粒锐 角突出、

53、锋利，自锐性好。主要用于钛合金、不锈钢等加工硬化明显的合金 类。加工效率、加工质量远优于其它普通磨料。技术指标如下：色泽：浅红色结晶尺寸：N1毫米晶体纯洁，无明显碳化物杂质。化学成分：AI203 % : N±0.2Si02 % : W0.45 Fe203%: WO磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨 具，也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中 被广泛采用外，还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等 非金属材料的加工。磨具在使用过程中，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合 剂断裂，磨粒从

54、磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口， 或不断露出新的锋利磨粒，使磨具在一定时间内能保持切削性能。磨具的这种自锐性， 是磨具与一般刀具相比突出的特点。早在新石器时代，人类就已经开始应用天然的磨石 来加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了； 1872年，在美国出现了用天然磨料 与粘土相结合烧成的陶瓷砂抡；1900年前后，人造磨料问世，采用人造磨料制造的各 种磨具相继产生，为磨削和磨床的快速发展创造了条件。此后，天然磨具在磨具中所占 比例逐渐减少。磨具按其原料来源分，有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只 有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、

55、磨头、油石，砂瓦（以上统称 固结磨具）和涂附磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。固结磨具按所 用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等 普通磨料，后者用金刚石和立方氯化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如 烧结刚玉磨具等。普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一 定强度的磨具。一般由磨料、结合剂和气孔构成，这三部分常称为固结磨具的三要素。 磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机 的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中 最常用的是陶瓷、树脂和橡胶

56、结合剂。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用，并可容 纳冷却液，有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些 填充剂，如硫黄和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第四 要素。表示普通磨料固结磨具特征的项目有：形状、尺寸磨料、粒度、硬度、组织和结 合剂。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，从磨具外表脱落的难易程度，它反映了结合剂 把持磨粒的强度。磨具的硬度主要取决于结合剂加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易 脱落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等级一般分为超软、软、中软、中、 中硬、硬和超硬七大级，从这些等级中还可再细分出假设干小级。测定磨具硬度的方法,

57、 较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法和喷砂硬度计测定法。磨具的硬度与其动态弹性模量具有对应关系，这有利于用音频法测定磨具的动弹性 模量来表示磨具硬度。在磨削加工中，假设被磨工件的材质硬度高，一般选用硬度低的 磨具；反之，则选用硬度高的磨具。磨具组织粗分为紧密、中等和疏松三类。每类又可 再细分数等，用组织号来区分。磨具组织号越大，磨料在磨具中所占的体积百分率越小， 磨粒之间的间隙越宽，表示组织越松。反之，组织号越小表示组织越紧。较松组织的磨 具使用时不易钝化，在磨削过程中发热少，能减少工件的发热变形和烧伤。较紧组织的 磨具磨粒不易脱落，有利于保持磨具的几何形状。磨具的组织只在制造时按磨具配方予 以控制，一般不作测定。超硬磨料固结磨具主要是由金刚石