超硬磨料砂輪的合理使用
　　 3.1 選用合適的砂輪
　　 對不同的工件材料、不同的加工要求，應(yīng)選用不同的砂輪。即使磨削同一種工件材料，不同牌號砂輪的磨削比可能相差2~5倍，因此要選用合適的砂輪。
　　 金剛石砂輪是磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷、寶石和石材等高硬度脆性大的非金屬材料的最佳磨具。但因金剛石在700℃~800℃時(shí)容易碳化，所以它不適于 磨削鋼料。CBN的硬度稍次于金剛石，但它的熱穩(wěn)定性好（能耐1300℃~1400℃高溫），它不象金剛石那樣在高溫中會(huì)分解，即氧化和石墨化，與鐵族元 素化學(xué)惰性大，熱導(dǎo)率高（是剛玉的46倍），用其制作的砂輪壽命長（可達(dá)剛玉砂輪的幾十倍到成百倍以上），是替代剛玉砂輪磨削淬硬鋼、高速工具鋼、軸承 鋼、不銹鋼、耐熱鋼和鈦合金等高硬度韌性大的金屬材料的最佳磨具。
　　 超硬磨料砂輪的結(jié)合劑有樹脂、金屬、陶瓷、電鍍和釬焊等。樹脂結(jié)合劑砂輪主要用于刃磨刀量具、磨孔、外圓磨及平面磨；金屬結(jié)合劑砂輪用于切入磨削、光學(xué)曲 線磨床的成形磨、刃磨單刃刀具、磨削小鉆頭的螺旋槽，也適用于電解磨削；陶瓷結(jié)合劑砂輪的磨削效率高，形狀保持性好，耐用度高，易于修整，砂輪使用壽命 長，并因陶瓷結(jié)合劑本身有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐熱、耐油、耐酸堿的侵蝕，可適應(yīng)各種磨削液，磨削成本低，因而目前已成為高效、高精度磨削的首選磨具；電鍍 砂輪適于高速精磨和成形磨，也適于孔的高效磨削（濕磨）和在坐標(biāo)磨床上使用；釬焊砂輪適于超高速磨削。
　　 必須指出，不同牌號的磨料，因制造工藝不同，其晶體形態(tài)、顆粒形狀也不同，而具有不同的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和破碎特性，應(yīng)根據(jù)結(jié)合劑種類、磨削工件材料和磨削 方式，選擇不同的磨料。如用于高效、高精度磨削的陶瓷結(jié)合劑砂輪，可選用高強(qiáng)度和顆粒形狀鋒利的磨料，如DeBeers公司生產(chǎn)的PDA型（人造金剛石品 種）及ABN800型（CBN品種）或其他類似性能的牌號。
　　 超硬磨產(chǎn)表面又有鍍金屬衣（金屬鍍層可起到補(bǔ)強(qiáng)增韌，減緩熱沖擊以及在磨粒與結(jié)合劑之間起結(jié)合橋作用，可提高砂輪使用性能）和不鍍金屬衣兩種，應(yīng)根據(jù)結(jié)合 劑種類、工件材料、干磨和濕磨等不同條件選擇。干磨一般選用銅衣，如RVD-Cu、CBN-Cu；濕磨選用鎳衣，如RVD-Ni、CBN-Ni。當(dāng)前，鍍 覆金屬已由鎳、銅發(fā)展到鈦、鎢合金、非金屬陶瓷等，由單一鍍層發(fā)展到復(fù)合鍍層，并已由磨粒鍍覆發(fā)展到微粉鍍覆。
　　 起硬磨粒砂輪的濃度不能選得太低，高濃度可帶來高的磨削比，200%濃度的超硬磨料砂輪實(shí)際上是一種以超硬磨料為輔料的普通砂輪，一般不推薦命名用。目 前，高速高效磨削均采用較高濃度，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的濃度高效磨削均采用較高濃度，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的濃度一般選擇125%以上，如進(jìn)口配套的陶 瓷CBN砂輪，其濃度一般均為175%~200%。
　　 砂輪的硬度等級表示了結(jié)合劑對磨料把持力的大小。砂輪硬度均勻和穩(wěn)定及硬度高低的合理選擇，是保證磨削質(zhì)量的重要前提。國外超硬磨料砂輪一般有3~7個(gè)硬 度等級可供選擇，但我國生產(chǎn)的超硬砂輪都不標(biāo)硬度等級，GB6409中也未規(guī)定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，故質(zhì)量不易保證，給用戶帶來不便，亟待補(bǔ)充與完善。
　　 3.2 選擇合適的磨削用量
　　 超硬磨料砂輪的磨削速度應(yīng)根據(jù)砂輪類型、磨削方式和冷卻等具體條件進(jìn)行選擇。提高砂輪工作速度，可顯著提高磨削效率和磨削比（如砂輪的磨削速度提高 40%，磨削比可增加一倍），降低磨削成本。金屬和樹脂結(jié)合劑的金剛石砂輪，磨削速度通常為15~35m/s，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的磨削速度可提高到 45~160m/s，單層CBN砂輪的磨削速度可選用125~250m/s。80~125m/s的線速度已成為當(dāng)前世界CBN砂輪磨削的主流。磨削深度一 般為0.002~0.010mm，工件速度通常為10~30m/min，縱向進(jìn)給速度可取0.3~1.5m/min。粗磨時(shí)取大值，精磨時(shí)取小值。
　　 3.3 超硬砂輪磨削對磨床要求
　　 超硬砂輪磨削，尤其是高速磨削，要求加工穩(wěn)定性好、振動(dòng)小、線速度高。例如，在CIMT2001上展出的PLANOMAT系列平面和成形磨床砂輪的工作速度為170m/s。因此，對磨床有一要求：
　　 （1）砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度要高。
　　 （2）磨床剛度要好，一般要求比普通磨床高50%左右，通常應(yīng)不小于100N/μm的數(shù)量級。
　　 （3）磨床進(jìn)給系統(tǒng)的精度要高，進(jìn)給速度應(yīng)均勻準(zhǔn)確，縱向進(jìn)給最小速度應(yīng)達(dá)0.3m/min，橫向進(jìn)給（切深）應(yīng)達(dá)0.001~0.002mm/單行程，以保證磨削的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度。
　　 （4）磨床各運(yùn)動(dòng)件，如頭架主軸和軸承部分、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌部分等應(yīng)有可靠的密封，以防超硬磨料進(jìn)入，加速機(jī)件的磨損。
　　 （5）要有比較完善的磨削液過濾和供給系統(tǒng)，過濾精度應(yīng)小于0.5μm。
　　 （6）磨床各部分應(yīng)有相應(yīng)的防振和隔振措施，砂輪應(yīng)作精細(xì)動(dòng)平衡。 3.4 超硬磨料砂輪的修整
　　 超硬磨料砂輪的修整，通常分為整形和修銳兩個(gè)工序。整形是對砂輪進(jìn)行微量切削，使其達(dá)到所要求的幾何形狀和精度，并使磨料尖端微細(xì)破碎，形成微刃；修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定容屑空間，并使磨粒突出結(jié)合劑之外，形成切削刃。
　　 對于多氣孔陶瓷結(jié)合劑超硬磨料砂輪（包括金剛石和CBN砂輪），由于結(jié)合劑為疏松型，通常整形和修銳可一次完成；而對于結(jié)合劑為密實(shí)型砂輪（如樹脂、金屬結(jié)合劑），則整形和修銳須分別進(jìn)行。
　　 超硬磨料砂輪最有效的整形工具首推金剛石類修整工具。用單顆粒金剛石修整，由于修整工具磨損，常會(huì)影響型面精度。如用金剛石滾輪修整，可避免修整工具磨損 過快，并可獲得較好的砂輪形貌。修整裝置的進(jìn)給精度要高，每次進(jìn)給量應(yīng)控制在微米級。過量的修整既影響磨削質(zhì)量，又會(huì)大大降低砂輪使用壽命。
　　 修銳方法很多，一般可使用機(jī)械法（如用剛玉塊切入修銳、液壓噴射修銳法）或電加工法。后者多用于金屬結(jié)合劑的砂輪，將砂輪作為陽極通過電火花或電解法將金屬結(jié)合劑蝕除；若在結(jié)合劑中加入石墨粉，此法也適用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。
　　 近幾年來日本東京大學(xué)研制出一種旋轉(zhuǎn)型金剛石杯形輪修整工具。其機(jī)理是利用從杯形輪上脫落下來的磨料對超硬（金剛石或CBN）磨粒與結(jié)合劑之間的結(jié)合橋沖 擊，以及脫落下來的磨粒與超硬砂輪之間產(chǎn)生擠壓研磨作用而達(dá)到修整目的。采用此法，無論對多氣孔陶瓷結(jié)合劑超硬砂輪，還是密實(shí)型砂輪，整形和修銳可一次完 成，同時(shí)因杯形砂輪自旋轉(zhuǎn)，故磨損很小，修整過程中整形力幾乎可保持不變，且數(shù)值要比用單顆粒金剛石修整工具修整時(shí)小得多。
　　 3.5 正確使用磨削液
　　 超硬磨料砂輪磨削時(shí)，可用干磨或濕磨。但采用濕磨，既可延長砂輪壽命，又可防止工件產(chǎn)生磨削燒傷。不同磨削液，會(huì)使砂輪的磨削比相差幾倍、甚至十幾倍。砂 輪在磨削過程中的機(jī)械磨損、化學(xué)侵蝕和熱損傷程度，與冷卻效果密切相關(guān)。但用CBN砂輪濕磨時(shí)須注意，因CBN在高溫下會(huì)同水蒸氣及空氣中的氧氣起反應(yīng)， 生成氨和硼酸（BN+3H2O→H3BO3+NH3），這種反應(yīng)稱為水解作用，會(huì)加速砂輪磨損。因此在使用中常用水溶性油或帶有極壓添加劑的水溶液以減弱 水解作用。用不同磨削液濕磨時(shí)，CBN砂輪的相對壽命不同，以純油冷卻的砂輪壽命最長，水溶性油冷卻的砂輪壽命次之，水加防銹添加劑冷卻的砂輪壽命最低。
　　 3.6 超硬磨料砂輪的非常規(guī)使用
　　 通常人們認(rèn)為，因金剛石與鐵族元素化學(xué)惰性大，所以金剛石砂輪是不適于磨削灰鑄鐵一類工件的，然而這種情況只有在高溫時(shí)才發(fā)生。例如，用金剛石砂輪磨削 時(shí)，當(dāng)溫度達(dá)到650℃時(shí)，金剛石會(huì)在空氣中氧化，而達(dá)到700℃~800℃時(shí)它將會(huì)石墨化。在低溫時(shí)，這些材料之間是不發(fā)生反應(yīng)的。所以，只要選用合適 的磨削速度并采用濕磨方式，同時(shí)供給充足的磨削液，金剛石砂輪是完全可以磨削鑄件的，這一點(diǎn)已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到證實(shí)。采用濕磨時(shí)，金剛石砂輪磨削灰鑄鐵的 磨削比（9600）要比用CBN砂輪磨削灰鑄鐵的磨削比（2700）高得多。
　　 一般人們還認(rèn)為，CBN砂輪是不適于磨削低碳鋼一類軟材料的，因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)生的磨屑易使砂輪堵塞。但目前研究認(rèn)為，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪可采取提高砂輪線速 度，以形成細(xì)小的磨屑，再借助高壓噴射磨削液清除磨屑，以及供給充足磨削液等措施，可防止砂輪堵塞。因此，CBN砂輪是可以磨削低碳鋼（硬度大于 30HRC）一類軟材料的。但是，CBN砂輪也不是磨削任何材料都有效的。通常它不適于磨削硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金與鋼的組合件，此時(shí)用金剛石砂輪有更好的效 果。
　　 4 結(jié)語
　　 我國人造超硬磨料的生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，1997年我國人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)到5億克拉左右，CBN年產(chǎn)量為800萬克拉。目前已初步形成了超 硬磨料磨具、專用磨削液、專門修整技術(shù)和裝置及專門化磨床等一個(gè)完整的技術(shù)體系。目前我國已能生產(chǎn)RVD、CBN及鍍金屬衣高品級磨料制品，如“金屬基體 陶瓷CBN砂輪”、“65m/s陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪”等，超硬磨料砂輪的品種規(guī)格已形成系列，超硬磨料砂輪的最大直徑可達(dá)φ750mm（正在試制 φ1100mm砂輪），最高使用線速度可達(dá)80m/s，并在開發(fā)125m/s的高速砂輪，為超硬磨料砂輪的推廣使用創(chuàng)造了條件。可以預(yù)見，隨著超硬磨料砂 輪的廣泛使用，必將促進(jìn)磨床制造業(yè)的變革與發(fā)展，而高效高性能磨床的發(fā)展，又將進(jìn)一步推動(dòng)超硬磨料砂輪的使用。