金刚石柔性磨轮磨削性能的试验研究
基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术
1.1 金刚石晶面特性与解理现象 如图1所示,金刚 石 晶 体 为 A4 型 晶 体 结 构,金 刚
石晶体 有 3 个 主 要 晶 面,分 别 为 (100)面、(111)面、 (110)面 。 因 为 各 个 晶 面 的 面 间 距 不 同 ,所 以 键 结 合 强 度也不 同,因 此 呈 现 出 明 显 的 各 向 异 性 特 征。 周 泳 等 对 [14–15] 金刚石各个 面 的 解 理 能 进 行 了 理 论 计 算,结
果如表1所示。
图1 金刚石晶格结构以及不同晶面的最小单元
Fig.1Crystalstructureofdiamondandthesmallestunit of different crystal planes
表 1 金刚石的3个晶面理论解理能 Tab.1Theoreticalcleavageenergyofthreefacetsofdiamond
Precision grinding technology of diamond abrasive tools based on grinding method
CUIZhongming1 FENGChangcai1 ZHUANGZhaopeng2 WANGXing1 HEQingshan1 1 Schoolof Mechanical & ElectricalEngineering Henan Universityof Technology Zhengzhou 450001 China
在复杂形 面 金 刚 石 磨 料 工 具 的 后 期 修 形 技 术 领 域,国内外学者 进 行 了 许 多 研 究。德 国 温 特 公 司 制 造 的精密复杂形面金刚石滚轮经后期修形后精度可以达 到 0.0025 mm,英 国 、美 国 、日 本 和 俄 罗 斯 等 国 家 在 修 磨金刚 石 工 具 形 面 方 面 也 达 到 了 微 米 级 的 精 度 水 平[5–6],国内也有很多研究人员开展了高精度金刚石 滚 轮制造技术的研究 。 [7] 但是在精密金刚石 磨 料 工 具 形 面 精 密 修 形 方 面 ,其 修 磨 方 法 、修 磨 机 理 和 基 本 工 艺 方 面的系统研究报道不多。
金属基金刚石砂轮不同磨削参数对磨削质量影响的试验分析
磨 削试验 ， 在 试验 中研 究分析机床运动参数对磨 削质量的影响并寻求磨削 Ａ ｌ Ｎ ｉ Ｃ ｏ 材料的工艺参数 。
关键词： 电火 花修 整 法 ； 研 究分 析 ； 金属 基 砂 轮 １试 验 设 备 介绍 由于非球 曲面加工机床是非球 曲面磨削加工 的关键环节之一 ， 下 面对试验中所用的非球 曲面加工机床主要结构加 以介绍。 Ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｙ ｓ 一 ３ ０ ０ 非球 曲面加工机床结构如图 １ 所示 ，机床采用卧 式结构 、 Ｔ形布局。 主轴箱为可移动 的整体部件 ， 采用 ｘ、 ｚ向运动分 离的结构 ， 即横 向运动（ ｘ 向） 由主轴箱 来完成 ； 纵 向运动（ ｚ向） 由磨 削主轴来完成 ， 磨削主轴的高度（ Ｙ向） 可 以通过手轮来调节 。 机床主 要由空气主轴 系统 、 ｘ — ｚ 伺 服进给系统 、微位移测量 系统和非球曲 面磨 削系 统组 成 。
摘 要： 电火 花修 整 法 是 利 用金 属 基 砂 轮 和 工具 电极 之 间 产 生脉 冲 火 花放 电的 电腐 蚀现 象来 蚀 除砂 轮 的 金 属 结 合 剂 ， 达 到 整 形 和 修 锐 目的。 目前 ， 航 空精 密机 械 研 究所 已经研 制 出 Ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｙ ｓ 一 ３ ０ ０非球 曲面加 工机 床 ， 但 是 非 球 曲 面机床 的成 形砂 轮 修 整装 置 还 没有得到很好的解决， 为保证 成形砂轮修整质量 ， 磨 削出高精度的非球 曲面 ， 文章利用修整后的成形砂轮 和非球面加工机床进行
科 技 创 新
２ ｏ １ ４ 年 第 ９ 期ｌ 科技创新与应用
金属基金 刚石砂轮不 同磨 削参数对磨 削质 量 影 响 的试 验 分析
李 连 鹏 廖 登华 胡永 辉 张 飞 虎
基于控制研磨深度的金刚石研磨质量分析
基于控制研磨深度的金刚石研磨质量分析*庞 飞1,2， 雷大江1， 王 伟2（1. 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621000）（2. 电子科技大学 机械与电气工程学院, 成都 611731）摘要 为了探究金刚石器件在机械研磨过程中原子层面的材料表面成形和亚表面损伤机制，利用分子动力学（molecular dynamics ，MD ）方法建立金刚石多磨粒研磨金刚石工件的模型，仿真研究金刚石材料表面成形的过程，并对比不同研磨深度对研磨力、材料回弹率和材料亚表面损伤的影响规律。
分析表明：堆积在磨粒之间的切屑原子具有微研磨的作用，磨粒之间的相变区在研磨的作用下逐渐融合在一起，形成金刚石材料的加工表面；分别以h =0.36 nm 、0.71 nm 、1.07 nm 、1.43 nm 的研磨深度进行研磨，研磨深度超过0.71 nm 后才能有效抑制金刚石晶体材料回弹，但增大研磨深度会增加金刚石工件表面堆积原子，不能改善其表面研磨质量；研磨深度在0.71 nm 范围内的金刚石亚表层损伤较小且稳定，超过0.71 nm 的研磨深度会使损伤快速增大，且会出现超过3.00 nm 的大纵深损伤。
关键词 分子动力学；金刚石；研磨深度；亚表面损伤中图分类号 TG58；TQ164 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)01-0118-08DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0048收稿日期 2022-04-14 修回日期 2022-07-11金刚石具备超高硬度、高导热系数和高弹性模量等优良的物理化学特性，在超精密刀具、对顶砧、光学窗口等民用和军事领域上得到很好的应用[1]。
由于自身的高刚度、高脆性和化学性质稳定等特性，金刚石也成了极难被加工的材料，当前对金刚石加工最高效的方式就是机械研磨法[2]。
在金刚石的机械研磨过程中，会产生变质层、残余应力、亚表层相变等多种类型的缺陷，并严重影响金刚石材料的加工质量和表面特性[3]。
聚酰亚胺树脂金刚石砂轮的制造和应用
第2期2002年3月湖 南 冶 金HUNAN M ETALLU R GYN o 12M ar 12002收稿日期: 2001—11—27聚酰亚胺树脂金刚石砂轮的制造和应用何 康1,孙 亦2(11江门粉末冶金厂有限公司,广东 江门 529000;21中南大学,湖南 长沙 410083)摘 要:介绍了聚酰亚胺树脂的特性和金刚石树脂砂轮的制造工艺,并对其进行了磨削试验。
结果表明,用聚酰亚胺树脂粉制造的金刚石磨具,具有优良的耐磨性能,取得了满意的实际应用效果。
关键词:聚酰亚胺;金刚石砂轮;耐磨性;应用中图分类号:T G 74+3 文献标识码:A 文章编号:1005—6084(2002)02—0028—03THE PROD UCTI ON AND APPL I CATI ONOF THE POLY I M I D E RESINO I DB OND D I AMOND W HEELH E Kang 1,SU N Y i2(1.J iangm en C ity P o w d er M eta llu rgy Co 1L td 1,J iangm en 529000,Guang d ong ;2.Cen tra l S ou th U n iversity ,Chang sha 410083,H unan )ABSTRACT :In th is papers is p resen ted the charactics of Po lyi m ide resin and them anufactu ring techn ique of the resino id bond diam ond w heel .Grinding experi m en tshow s the w ear resistance and grinding efficiency of Po lyi m ide resino id bond w heel aresatisfied .T he diam ond w heel m anufactu red w ith Po lyi m ide resin had go tten thesatisfying p ractical app lied effect .KEY WOR D S :Po lyi m ide ;the diam ond w heel ;w ear resistance ;app licati on1 前 言随着人造金刚石工业的发展和树脂砂轮的广泛应用,超硬材料磨料砂轮专用树脂也得到了迅速发展,相继出现了酚醛树脂、硅树脂、环氧树脂等多种结合剂。
金属结合剂金刚石砂轮的研究进展
3河南省科技攻关项目(项目编号:022*******)收稿日期:2003年1月金属结合剂金刚石砂轮的研究进展3李菊丽1 李长诗1 郭健明2 1郑州轻工业学院 2河南省机械设备进出口公司摘 要:介绍了用不同方式制造的金属结合剂金刚石砂轮的工艺特点及其应用,着重分析了单层高温钎焊金刚石砂轮的工艺优势、存在的问题及发展前景。
关键词:金属结合剂, 金刚石, 砂轮, 电镀, 钎焊R esearch and Development of Metal Bonded Diamond G rinding WheelLi Juli Li Changshi G uo JianmingAbstract :The technological characteristics and applications of metal bonded diam ond grinding wheels made in different ways are introduced.The technological advantages ,the existent shortcomings and the application prospects of the brazed m onolayer dia 2m ond grinding wheel are summarized.K eyw ords :metal bond matrix , diam ond , grinding wheel , electroplate , brazed 1 引言由金刚石或立方氮化硼(C BN )磨料制作的超硬磨料砂轮,因其优良的磨削性能,已广泛用于磨削领域的各个方面。
金刚石砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料的特效工具。
近几年来,随着高速磨削和超精密磨削技术的迅速发展,对砂轮提出了更高的要求,陶瓷和树脂结合剂的砂轮已不能满足生产的需要,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在生产中得到了广泛的应用。
金刚石砂轮磨削蓝宝石晶片加工过程实验研究
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一种金刚石柔性磨轮胶粘剂的改性实验研究
关 键词
金 刚石柔性 磨轮 ； 填料 ； 改性
Ｔ ６ Ｔ ７ 文献 标识 码 Ｑ１４；Ｇ ４ Ａ ＤＩ Ｏ 编码 １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ８ ２ ．０ ０ ０ ． １ ０ ３６ ／．ｓ ．０ ６— ５ Ｘ ２ １ ．３ ０ ７ ｓ
ｓ ｅ ｇｈ ａ ｄ ｗｅ ｒ ｒｓ ｔｎ ｅ ｃ ｅｆ ｉｎ ｆｔｅ ｒｓｎ ｃ ｍｐ ｓｔ ｔｒ ｌ ｅｏｅ ａ ｄ ａｔｒｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ， ｔｅ ｔ ｎ ｎ ａ ｅ ｉ ａ ｃ ｏ ｆｃｅ ｔｏ ｈ ｅｉ ｏ ｏｉ ｍａｅ ａｓ ｂ ｆｒ ｎ ｆ ｄｆ ａｉ ｒ ｔ ｓ ｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｏ ｈ
（ ｕｌ ｅ ａｃ ｎｔｕ ｅｌ ｙ ｏ ｎｒｌ ｅｏｒ ｓ Ｇ ｉｉ ５ １０ ，Ｃ ｉ ） Ｇ ｉｎＲ ｓ ｒ Ｉｓ ｔｔ ｏ Ｇ ｏ ｇ ｆ ｒ ｅａ Ｒ ｓｕｃ ， ｕｌｎ ４ ０ ４ ｈ ａ ｉ ｅ ｈ ｉ ｅｆ ｏ Ｍｉ ｅ ｉ ｎ
Ａｂｓｒ ｔ ｔａｃ
Ｓｕｄ ｅ ｒ ｍａ ｅ ｏ ｈ ｄ ｆｃ ｔ ｎ ｆ ｒ ｓｎ ｄ ｓｖ ｏ ｄａ ｎ ｆ ｘ ｔ ｉｓ ｗｅ ｅ ｄ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｉ ａ ｉ ｏ ｅ ｉ ａ ｈｅ ｉｅ ｆ ｒ ｉｍｏ ｄ ｌ ｗｈ ｅ ｕ ｉｇ ｊ ｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｅ ｅ ｔｏ ｆｒ ｓｎ ａ ｈ ｓｖ ｔ ｄ ｎ ｍｏ ｉ ａ ｉｎ ｏ ｅ ｉ ｄ ｅ ｉ ｅ ｉ
ｆ ｒ ｄｉ ｍ ｏ ｅ ０ ａ ｎｄ ｆ ｘ ｗｈｅ ｌ ｌ ｅ
Ｗ ａ ｇ Ｊｎ ａ Ｌｕ Ｚ ｉｕ ｎ Ｘｉｏ Ｌ ｙｎ ｎ ｉｂ ｏ ｉ ｈｈ ａ ａ ｅ ｉ
文章编号 ：０ ６— ５ Ｘ（００ ０ ０７ ０ １０ ８ ２ ２ １ ） ３— ０ ６— ５
金刚石磨轮及玻璃磨削技术
在玻璃 磨削过程 中， 想得 到一个好的磨边质量 。 要 首 先 要 选 用 一 个 好 的 金 刚 石 磨 轮 ， 次 是 要 根 据 磨 边 其 的要 求 选 用 合 适 的 磨 削 速 度 并 在 一 定 压 力 的冷 却 液 作
用 下 ， 能 达 到 所 要 求 的效 果 。 才
—
２Ｏ Ｏ ｌ标 准 要 求 。根 据 各 种 材 料 相 容 性 实 验 ， 种 防 该
火 凝 胶 可 以用 金 属 材 料 做 间 隔 条 生 产 防 火 玻 璃 。该 膨
分 别 由单 独 的 硼 酸 盐 、 酸 盐 制 成 水 凝 胶 防 火 玻 磷
胀 型 防 火 玻璃 具 有 工 业 生 产 的 价 值 。
５ ３ 含 有 ５ ｗｔ ～６ ｗｔ 水 的 阻燃 剂 具 有 低 黏 稠 特 ． ０ ０
矾盐 ， 当矾 加 热 到 ２ ０Ｃ失 去 １ ０ ２个 结 晶 水 变 成 白 色 海
绵 状 无 水 物 的 过 程 吸 收 大 量 的 热 。膨 胀 型 水 凝 胶 防 火
玻 璃 的 隔 热 性 能 一 方 面 是 水 蒸 发 吸 热 实 现 ， 一 方 面 另 需 要 吸 热 分 解 ， 时 分 解 产 物 为 膨 胀 性 材 料 。 结 构 上 同 在
水 凝 胶 防火 玻 璃 。纯 水 凝 胶 防火 玻 璃 的 隔 热 性 能 靠 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 中大 量 游 离 的 水 蒸 发 吸 热 实 现 ， 水 量 当 降 低 到 一 定 程 度 ， 度 逐 步 升 高 。 全 物 高 分 子 长 链 上 温 聚
的酰 胺 侧 基 分 解 （ ０ ～ ３ ０Ｃ） 聚 丙 烯 酰 胺 熔 融 （ ３ ２０ ５ 、 ４０ ～ ５ ０Ｃ左 右 ） 氧 化 放 热 及 碳 化 （ ５ ～ ７ ０Ｃ） 至 玻 ０ 、 ５０ ５ 直
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磨耗比 11.6 0.65
宝石表面粗糙度 （um）
0.665
0.904
鉴于以上优点，同时由于金刚石价格的下降，因 因此将金刚石应用于涂附磨具，开发金刚石柔性磨轮 奠定了基础。
二、金刚石柔性磨轮的应用领域
1、可用于宝石、玉石等贵重装饰品打磨加工，磨 削时不会改变宝玉石曲面现状； 2、可用于锆石、各种人工晶体、玻璃工艺品等表 面打磨抛光；
⑵ 金刚石柔性磨轮磨削效率 随时间的变化及磨损形式分析
磨削效率(g/h)
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1.5
3
4.5
67Βιβλιοθήκη 59磨削时间(h)
1号磨轮磨削效率 2号磨轮磨削效率
图四 金刚石柔性磨轮磨削效率随时间的变 化情况
从图四总的趋势来 看，两种磨轮的磨削效 率都是随磨削时间的增 加而减少的，在磨削初 期，磨轮的切削作用很 强，具有很高的材料去 除能力，但随磨削时间 的增加，磨轮的切削作 用逐渐减弱，磨轮的材 料去除能力降低。
磨削试验用CM6125车床
TR200型手持式表面粗糙度仪
胶粘剂对磨轮磨削性能的影响
⑴Ⅰ号和Ⅱ号金刚石柔性磨轮磨削性能的对比
磨轮的损耗以磨削前后砂带的总体质量减少为准，主要 包括胶粘剂的磨损和金刚石（600目）的磨损，磨削前后， Ⅰ号Ⅱ号金刚石柔性磨轮砂带质量的变化如表一所示。
本次实验中每个磨轮分别磨削了6块玻璃，每块 玻璃磨削了1.5个小时，玻璃的损耗量如表二所示。
金刚石柔性磨轮是金刚石树脂砂带的一个衍生 产品，主要由三部分构成：
金刚石树脂砂带
金刚石柔性磨轮
目前，我院研制的柔 性磨轮主要有6英寸和8英 寸两种规格，为了区分不 同粒度的金刚石柔性磨 轮，通常以不同颜色来加 以区分，同时也是为了产 品商品化的需要，更加美 观。
粒度与颜色的对应关系
金刚石粒度
60目 140目 280目 600目 1200目 3000目 8000目 14000目
产品颜色
绿色 棕红色
黑色 深棕色 灰白色 玫瑰色
蓝色 乳白色
2、金刚石柔性磨轮的主要类型
Flexible diamond sanding wheels Nova diamond sanding wheels
主要区别：（1）外形（平面型和毛刺型） （2）磨削效率
国外主要生产厂家： 3M公司、Eastwind公司、Pacific公司
Ⅰ号磨轮
Ⅱ号磨轮
图六 金刚石柔性磨轮磨削后的SEM图片
磨削9个小时后，我们发现：粘结剂与金刚石之间有明显的裂纹， 随裂纹的逐渐扩大，金刚石极易脱落而留下的空洞，从而使磨削效率 都随磨削时间的延长而下降。同时，我们还可以发现Ⅰ号磨轮工作层 表面，金刚石脱落的要多一点，Ⅱ号磨轮金刚石脱落的要少一点，从 而表现出Ⅰ号磨轮磨削后期磨削效率要大于Ⅱ号磨轮。
第三届中国金刚石相关材料及应用学术研讨会
金刚石柔性磨轮磨削性能的 试验研究
肖乐银
国家特种矿物材料工程技术研究中心
报告的主要内容
31
金刚石柔性磨轮的简要介绍
2
磨轮的应用领域
3
磨削性能的研究
4
结论
一、金刚石柔性磨轮的简要介绍
1、金刚石树脂砂带及金刚石柔性磨轮
金刚石树脂砂带是指用胶粘剂把金刚石磨料粘 附在柔性、可挠曲基材上的磨具。
3、可用于陶瓷工艺品、金属挂件、木制品等小型 工艺品表面磨削加工； 4、可用于皮鞋加工厂、修鞋店铺等皮革加工； 5、可用于玻璃镜片的磨制抛光； 6、可用于手镯加工。 7、金属材料加工。
金刚石柔性磨轮可加工对象
宝石加工车间 宝石加工设备
切片 成品
粘泥
粗 磨
细磨 抛光
“心”形宝石的加工过程
柔性磨轮在皮鞋修理中的应用
同时，通过图六我们可以看到，金刚石表面上 很少出现磨损小平面，而金刚石与胶粘剂之间出现 较明显的缝隙，说明柔性磨轮的磨损形式主要以金 刚石脱落为主，伴随着磨耗磨损和破碎磨损等形式。
金刚石表面改性对磨轮磨削性能的影响
通过以上磨损机理的分析，我们应想办法提高粘结剂 对金刚石的把持力和润湿性，减少金刚石的脱落，从而提 高其使用寿命和磨削效率，我们可以考虑尝试使用镀覆金 刚石或者添加偶联剂，通过胶粘剂与金刚石之间的过渡层 的桥梁作用，使得磨料与结合剂的结合强度大为提高。
分别在两磨轮磨削9小时后剪取一段制作 样本进行扫描电镜（SEM）分析，其中图五为 金刚石柔性磨轮磨削前的表面形貌图，图六 为磨轮磨削后的局部形貌情况。
Ⅰ号磨轮
Ⅱ号磨轮
图五 金刚石柔性磨轮未磨损时的SEM图片
金刚石柔性磨轮未磨损时，磨粒形状各异，粘结剂与 金刚石之间无裂纹，表面有少量的气孔，其中Ⅰ号磨轮金 刚石出刃较多，从而在磨削初期Ⅰ号磨轮比Ⅱ号磨轮表现 出更好的磨削效率。
柔性磨轮在金属焊口抛光中的应用
三、磨削性能的研究
金刚石柔性磨轮磨削性能的评定指标：
评定指标
材料切除率
磨耗比
工件表面粗糙度
影响磨轮磨削 性能的因素
胶粘剂本身的耐磨性和柔软性
胶粘剂对金刚石的把持力和润湿性 金刚石（浓度、粒度等） 磨削参数 （法向压力、线速度、磨削液等）
实验过程 金刚石柔性磨轮规格： 6英寸 磨轮转速： 2000r/min 磨削对象：玻璃、宝石和玛瑙 金刚石粒度： 280目和600目 冷却液：自来水
磨轮
磨耗比 玻璃表面粗糙度
Ⅰ号磨轮 77.21
0.359μm
Ⅱ号磨轮 69.25
0.354μm
通过对比发现两个磨 轮的耐磨性和表面粗糙度 相差不大，但Ⅰ号金刚石 柔性磨轮磨削量较大，砂 带表面硬度大，磨削玻璃 和宝石时，适合初期的粗 磨；而Ⅱ号磨轮磨削玻时 磨削量较少，砂带表面柔 韧性好，更适合宝石的精 磨和抛光。
国内生产厂家较少
3、与普通磨料柔性磨轮比较的优越性
⑴ 磨削效率高、使用寿命长； ⑵ 加工精度高、工件表面粗糙度小； ⑶ 适合加工硬脆材料； ⑷ 产生的粉尘少，对环境污染小。
同一粒度（280目）金刚石和白刚玉柔性磨轮 磨削红宝石的磨削性能对比
磨料
磨削效率（g/h）
金刚石 白刚玉
2.94 0.69
本组试验柔性磨轮所用金刚石为280目，分别磨削玻 璃和玛瑙。
磨轮
表面处理 方式
植砂方式
Ⅰ号磨轮 未处理
静电植砂
Ⅱ号磨轮 分散液
静电植砂
Ⅲ号磨轮
镀镍刺 金刚石 重力植砂
Ⅳ号磨轮
添加 偶联剂 重力植砂
（1）镀镍金刚石对柔性磨轮磨削性能的影响