[科普中国]-金刚石砂轮

结构

金刚石砂轮在结构上与普通磨料砂轮有所不同，一般的是由金刚石磨料层、过渡层与基体组成。

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夹持在磨床主轴上。一般金属结合剂制品选用钢材、合金钢粉作基体；树脂结合剂选用铝合金、电木作基体。由铝、钢或电木加工而成，起支承工作层和装卡磨具的作用。砂轮成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。1

特性金刚石砂轮是属于超硬磨粒砂轮，与普通磨料砂轮相比，具有非常明显的特点和优势：

1、金刚石磨料的硬度决定了金刚石砂轮的主要特性，其可对硬质合金、玻璃、陶瓷等难加工材料进行高效磨削，且磨削工具有着最长时间的使用寿命。

2、金刚石具有高的抗磨性，砂轮磨损较小，使用时间就越长，在磨削加工中，金刚石磨粒的尺寸、形状和形貌变化小，这样更适合高精密的加工，且生产效率高，金刚石砂轮是可以同时满足高效和精密加工的工具。

3、修锐后的金刚石砂轮能够保持磨粒长时间的微刃性，良好的切削性能保证了磨削过程中较小的磨削力，从而降低了磨削功率，节约了能量。

4、金刚石的导热性非常好，有利于热量的疏散，避免工件烧伤、裂纹及掉块等现象，大大提高了工件表面加工的质量。

分类金刚石砂轮按结合剂可分为：树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮（青铜结合剂金刚石砂轮）

金刚石砂轮按生产工艺可分为：烧结式金刚石砂轮（树脂结合剂金刚石砂轮；陶瓷结合剂金刚石砂轮；金属结合剂金刚石砂轮）；电镀金刚石砂轮；钎焊金刚石砂轮。

金刚石砂轮按磨削方式可分为：磨钻石用金刚石砂轮；磨硬质合金用金刚石砂轮（金刚石刀磨砂轮）;磨金刚石复合片用金刚石砂轮；无芯磨床用无心磨金刚石砂轮；磨陶瓷制品用金刚石砂轮；切割用金刚石砂轮（也被称为金刚石切割片）；金刚石锯片。

金刚石砂轮按外观或形状可分为：平行砂轮；筒形砂轮；杯形砂轮；碗形砂轮；碟形砂轮；磨边砂轮；磨盘等。1

用途由于金刚石磨料所具有的特性和优势，使金刚石砂轮成为玻璃、陶瓷、宝石、石材等硬脆材料及硬质合金磨削加工的理想首选工具。随着时代的进步，科学的发展，社会的需要，新型材料的研制，磨削加工向高质量、高精度、高效率、自动化方向不断发展，金刚石砂轮起的作用越来越明显，金属结合剂金刚石砂轮对磨粒的把持强度高，寿命长，磨耗少，使的金刚石砂轮在高速和超高速高效高精度磨削加工中充分发挥其耐磨性切削能力强的特点，尤其在硬脆难加工材料更显其明显优势，应用广泛。 金刚石砂轮在工业各部门各领域几乎都有应用，航空航天、模具制造业、半导体制造业、光学加工制造业等。目前，陶瓷材料、光学材料、航空发动机涡轮叶片、硅片制品等都多用金刚石砂轮磨削。1

新发展金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而生产得到了广泛应用。 金属结合剂金刚石砂轮按制造方式不同主要有有烧结、电镀两种类型。为了充分发挥超硬磨料作用，国外从20世纪90年代初开始用高温钎焊工艺开发一种新型砂轮，即单层高温钎焊超硬磨料砂轮，目前国内这种砂轮还处于研制开发阶段。

陶瓷金刚石砂轮 陶瓷结合剂金刚石砂轮具有金刚石和陶瓷结合剂的共同特点，与普通刚玉、碳化硅砂轮相比，它的磨削力强，磨削时温度比较低，砂轮磨损比较小;可以适应各种冷却液的作用;磨削时砂轮的形状保持性好，磨出工件的精度高;砂轮内有较多的气孔，磨削时有利于排屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件;砂轮的自锐性比较好，修整间隔的时间长，修整比较容易。因此陶瓷结合剂金刚石砂轮在国外一些发达国家的使用日益增多。

烧结型金刚石砂轮

烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷。因砂轮烧结过程不可避免地存着收缩及变形，所以使用前必须对砂轮进行整形，但砂轮修整比较困难。现生产常用砂轮对滚整形方法不仅修整时费时费力，而且修整过程金刚石颗粒脱落较多，修整砂轮本身消耗很大，整形精度较低。

近几年来各国学者相继开展了应用特种加工方法修整金属结合剂金刚石砂轮研究工作，主要有电解修整法、电火花修整法复合修整法等。电解修整法速度快，但整形精度不高；电火花修整法整形精度高，既可整形又可修锐，但整形速度较慢；复合修整法有电解电火花复合修整法、机械化学复合修整法等，修整效果较好，但系统较复杂，因此烧结型金刚石砂轮修整问题仍然没有得到很好解决。

此外，由于砂轮制造工艺决定了其表面形貌随机，各磨粒几何形状、分布及切削刃所处高度不一致，因此磨削时只有少数较高切削刃切到工件，限制了磨削质量磨削效率进一步提高。

电镀金刚石砂轮

电镀金刚石砂轮优点：

①电镀工艺简单，投资少，制造方便；

②无需修整，使用方便；

③单层结构决定了它可以达到很高工作速度，现国外已高达250～300m/s；

④虽然只有单层金刚石，但仍有足够寿命；

⑤对于精度要求较高滚轮砂轮，电镀唯一制造方法。正由于这些优势，电镀砂轮高速、超高速磨削占据着无可争议主导地位。电镀金刚石砂轮存缺陷：镀层金属与基体及磨料结合面上并不存牢固化学冶金结合，磨料实际上只被机械包埋镶嵌镀层金属，因而把持力小，金刚石颗粒负荷较重高效磨削易脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效；为增加把持力就必须增加镀层厚度，其结果磨粒裸露高度容屑空间减小，砂轮容易发生堵塞，散热效果差，工件表面容易发生烧伤。目前国内电镀砂轮制造尚未实现按加工条件要求而优化设计出砂轮最佳地貌，单层电镀金刚石砂轮这些固有弊端必然会大大限制它高效磨削应用。1

单层钎焊金刚石砂轮单层钎焊金刚石砂轮是一种新型的超硬磨粒砂轮，利用钎焊技术，实现金刚石磨粒、钎料结合剂和金属基体界面化学冶金结合，从根本上打破了传统砂轮结合剂对磨粒物理包裹的束缚，提高了钎焊金刚石砂轮磨粒把持强度，钎料结合剂的爬升高度维持在 20%~30%即可实现对磨粒的高强度结合，足以满足砂轮在大负荷的高速或超高速高效磨削过程。金刚石砂轮磨粒出露度高达 70%~80%，使砂轮变的更锋利，切削性能大大提升，磨削过程产生的磨削力、磨削温度、磨削功率和磨削比能大大降低，极大地提高了加工效率及钎焊砂轮的寿命。钎焊砂轮的容屑空间更加充足，不易堵塞，避免了切屑对工件的损伤，同时容屑空间可以容纳更多的冷却液，有效降低磨削工件温度，避免烧伤等现象。1

使用注意事项金刚石砂轮使用过程中的注意事项。

侧面磨削问题在砂轮机的日常使用中，我们常常可以发现有的操作者不分砂轮机的种类、不分砂轮的种类，随意地就使用砂轮的侧面进行磨削，这是严重违反安全操作规程的违章操作行为。按规程用圆周表面做工作面的砂轮不宜使用侧面进行磨削，这种砂轮的径向强度较大，轴向强度很小，操作者用力过大时会造成砂轮破碎，甚至伤人，在实际的使用过程中应禁止这种行为。2

正面操作问题在日常的使用中，许多操作者总习惯正对着砂轮进行操作，原因是这个方向上能用上劲，其实这种行为是砂轮机操作中应特别禁止的行为。按操作规程，使用砂轮机磨削工件时，操作者应站在砂轮的侧面，不得在砂轮的正面进行操作，以免砂轮出故障时，砂轮飞出或砂轮破碎飞出伤人。2

用力操作问题在砂轮机的使用时，有些操作者，尤其是年青的操作者，为求磨削的速度快，用力过大过猛，这是一种极不安全的操作行为。任何砂轮的平身都有一定的强度，这样做很可能会造成砂轮的破碎，甚至是飞出伤人，也是一种应禁止的行为。2

共同操作问题在实际的日常操作中，也有这样的情况发生，有人为赶生产任务、抢工作时间，两人共用一台砂轮机同时操作，这是一种严重的违章操作行为，应严格禁止。一台砂轮机不够用的时候，可以采用添加砂轮机的办法解决，绝对不允许同时共用一台砂轮机。2

更换注意事项金刚石砂轮更换过程中的注意事项。

磨损问题任何砂轮都有它的一定的使用磨损要求，磨损情况达到一定的程度就必须重新更换新的砂轮。不能为了节约材料，就超磨损要求使用，这是一种极不安全的违章行为。一般规定，当砂轮磨损到直径比卡盘直径大10mm时就应更换新砂轮。

有效期问题从库房领出的新砂轮不一定是合格的砂轮，甚至从厂家买进的新砂轮也不一定是合格的砂轮。任何砂轮都有它一定的有效期限，在有效期限内使用，它是合格砂轮；超过有效期使用，就不一定是合格的砂轮。规程规定“砂轮应在有效期内使用，树脂和橡胶结合剂砂轮存贮一年后必须经回转试验，合格者方可使用”。

质地问题在使用过程中，如果发现砂轮局部出现裂纹，应立即停止使用，重新更换新的砂轮，以免造成砂轮破碎伤人事故。2