CBN 砂輪制造工藝的研究與分析

CBN 砂輪作為超硬磨具的重要代表，在現(xiàn)代制造業(yè)中廣泛應(yīng)用于各種難加工材料的精密磨削。其制造工藝的優(yōu)劣直接決定了砂輪的性能與質(zhì)量，進而影響加工效率、精度以及成本。因此，深入探究 CBN 砂輪的制造工藝具有重要的現(xiàn)實意義。

陶瓷燒結(jié)法是利用陶瓷結(jié)合劑在高溫下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，將 CBN 磨粒牢固結(jié)合在一起。首先，將 CBN 磨粒與經(jīng)過合理配比的陶瓷結(jié)合劑（如長石、黏土、硼玻璃等）混合均勻，常用的混合方法有球磨、攪拌等，以確保結(jié)合劑能均勻包裹磨粒。接著，通過干壓、等靜壓或注射成型等方式，將混合物料制成所需形狀的砂輪坯體。坯體成型后，需進行干燥處理，去除其中的水分，防止在后續(xù)燒結(jié)過程中因水分急劇蒸發(fā)導(dǎo)致坯體開裂。最后，將干燥后的坯體置于高溫爐中，在特定的溫度曲線下進行燒結(jié)。一般燒結(jié)溫度在 800 - 1400℃之間，升溫速率、保溫時間以及降溫速率等參數(shù)對砂輪性能影響顯著。例如，緩慢升溫可減少坯體內(nèi)部的熱應(yīng)力，避免開裂；適當(dāng)?shù)谋貢r間能使結(jié)合劑充分反應(yīng)，增強結(jié)合強度。

陶瓷燒結(jié) CBN 砂輪具有較高的硬度和耐磨性，能適應(yīng)長時間、高精度的磨削加工。其氣孔率可以通過調(diào)整結(jié)合劑配方和燒結(jié)工藝進行控制，良好的氣孔分布有助于磨削液的滲透和磨屑的排出，從而提高磨削效率和加工表面質(zhì)量。此外，陶瓷結(jié)合劑化學(xué)穩(wěn)定性好，對 CBN 磨粒的化學(xué)侵蝕小，能有效保持磨粒的切削性能。該工藝制造的砂輪廣泛應(yīng)用于精密機械加工、光學(xué)玻璃磨削、硬質(zhì)合金刀具刃磨等領(lǐng)域，如在光學(xué)鏡片的精磨工序中，陶瓷燒結(jié) CBN 砂輪能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的表面成型。

金屬燒結(jié)法以金屬粉末（如銅、鐵、鎳等及其合金粉末）作為結(jié)合劑。首先將 CBN 磨粒與金屬結(jié)合劑粉末按一定比例混合，混合過程同樣需保證均勻性。隨后，采用模壓成型或熱壓成型等方法，在壓力作用下將混合物料制成砂輪坯體。熱壓成型時，在對坯體施加壓力的同時進行加熱，能有效提高坯體的致密度和結(jié)合強度。成型后的坯體在高溫?zé)Y(jié)爐中進行燒結(jié)，溫度通常在 800 - 1200℃。金屬結(jié)合劑在燒結(jié)過程中發(fā)生擴散、再結(jié)晶等物理冶金過程，使磨粒與結(jié)合劑之間形成牢固的冶金結(jié)合。

金屬燒結(jié) CBN 砂輪強度高、韌性好，適用于重負荷磨削，如在大型鋼鐵工件的荒磨、粗磨工序中表現(xiàn)出色。由于金屬結(jié)合劑的導(dǎo)熱性好，能迅速將磨削熱傳導(dǎo)出去，降低工件表面的熱損傷風(fēng)險。但金屬結(jié)合劑的砂輪自銳性相對較差，在磨削過程中需要及時進行修整，以保持良好的磨削性能。該工藝制造的砂輪常用于汽車零部件加工、航空航天領(lǐng)域中大型金屬結(jié)構(gòu)件的磨削加工。

電鍍法是基于電化學(xué)沉積原理。首先對金屬基體（如鋼、銅等材質(zhì)的基體）進行預(yù)處理，包括除油、除銹、粗化等步驟，以提高基體表面的活性和粗糙度，確保后續(xù)電鍍層與基體的良好結(jié)合。然后，將預(yù)處理后的基體作為陰極，放入含有金屬離子（如鎳離子、銅離子）和 CBN 磨粒的電鍍液中，同時設(shè)置陽極（通常為可溶性金屬陽極，如鎳板、銅板）。在直流電源的作用下，陽極金屬不斷溶解進入電鍍液，溶液中的金屬離子在電場力作用下向陰極遷移，并在陰極表面得到電子還原成金屬原子，逐漸沉積在基體表面，與此同時，CBN 磨粒被包裹在金屬鍍層中，從而實現(xiàn) CBN 磨粒在基體上的牢固附著。電鍍過程中的關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度、電鍍時間、鍍液溫度和 pH 值等。例如，合適的電流密度能保證鍍層的均勻性和沉積速率，電流密度過高可能導(dǎo)致鍍層粗糙、出現(xiàn)樹枝狀結(jié)晶；電鍍時間決定了鍍層厚度和磨粒的包裹程度。

電鍍 CBN 砂輪制造工藝簡單、成本相對較低，生產(chǎn)周期短，能夠快速滿足市場需求。而且可以精確控制磨粒的濃度和分布，通過調(diào)整電鍍參數(shù)可以實現(xiàn)不同的磨粒排列方式，以適應(yīng)不同的磨削要求。該工藝制造的砂輪常用于電子元件、寶石、陶瓷等材料的精密磨削，如在手機屏幕玻璃的磨削加工中，電鍍 CBN 砂輪能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的平面磨削，保證玻璃表面的平整度和光潔度。然而，電鍍砂輪的結(jié)合強度相對較低，磨粒在磨削過程中容易脫落，導(dǎo)致砂輪使用壽命有限，一般適用于輕負荷、高精度的磨削加工。

釬焊法是利用熔點低于 CBN 磨粒和基體的釬料，在加熱到釬焊溫度時，釬料熔化并潤濕 CBN 磨粒和基體表面，通過毛細作用填充磨粒與基體之間的間隙，隨后冷卻凝固，使 CBN 磨粒與基體形成牢固的連接。首先，選擇合適的釬料，釬料應(yīng)具備良好的潤濕性、合適的熔點以及與 CBN 磨粒和基體良好的化學(xué)相容性。常見的釬料有銀基釬料、銅基釬料等。然后，將 CBN 磨粒、釬料與基體按照一定的工藝要求組裝在一起，可以采用預(yù)置釬料法（如將釬料制成箔片或粉末，放置在磨粒與基體之間）或浸蘸釬料法（將磨粒和基體浸蘸在釬料溶液中）。接著，將組裝好的工件放入加熱設(shè)備中，如真空爐、感應(yīng)加熱爐等，在保護氣氛下加熱至釬焊溫度，并保持一定時間，使釬料充分熔化、鋪展和凝固。加熱過程中的溫度控制和保溫時間至關(guān)重要，溫度過高或保溫時間過長可能導(dǎo)致 CBN 磨粒熱損傷，降低砂輪性能；溫度過低或保溫時間不足則會導(dǎo)致釬料潤濕不良，結(jié)合強度不夠。

釬焊 CBN 砂輪具有較高的結(jié)合強度，磨粒能夠承受較大的磨削力，不易脫落，因此砂輪的使用壽命長。而且釬焊砂輪可以實現(xiàn)較高的磨粒裸露高度，一般可達磨粒直徑的 1/3 - 1/2，這大大增加了砂輪的容屑空間，提高了切削性能，特別適用于高效磨削和難加工材料的磨削。例如，在航空發(fā)動機葉片的磨削加工中，釬焊 CBN 砂輪能夠高效去除葉片表面的余量，同時保證葉片的精度和表面質(zhì)量。此外，由于釬焊砂輪的磨粒把持力強，可以采用更高的磨削參數(shù)，進一步提高加工效率。但釬焊工藝對設(shè)備和操作要求較高，成本相對較高，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

不同的 CBN 砂輪制造工藝各有特點，適用于不同的應(yīng)用場景。燒結(jié)法中的陶瓷燒結(jié)工藝適合精密磨削，金屬燒結(jié)工藝用于重負荷磨削；電鍍法工藝簡單、成本低，適用于輕負荷精密加工；釬焊法結(jié)合強度高、切削性能好，適用于高效磨削和難加工材料的加工。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的加工要求、成本預(yù)算以及批量大小等因素，綜合選擇合適的制造工藝，并不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，以制造出性能優(yōu)良的 CBN 砂輪，滿足現(xiàn)代制造業(yè)對高精度、高效率磨削加工的需求。未來，隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，CBN 砂輪制造工藝有望進一步創(chuàng)新和完善，推動磨削加工技術(shù)向更高水平邁進。