树脂结合剂金刚石工具性能的研究
聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮的制造与应用简介
聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮的制造与应
用简介
聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮是一种新型的超硬材料切削工具，具有高硬度、高耐磨性、高热稳定性和低热膨胀系数等优点，被广泛应用于加工高硬度、高强度、高耐磨材料的工业中。
该砂轮的制备方法包括选择合适的金刚石颗粒和聚酰亚胺树脂作为原料，采用特定比例的混合工艺制备金刚石砂轮药坯，再经过热压成型、回火处理、切割和精加工等工艺步骤，最终形成符合要求的聚酰亚胺树脂结合剂金刚石砂轮。
在应用方面，该砂轮适用于高硬度陶瓷、晶体材料、钢化玻璃、陶瓷基材料、合金材料等的深孔加工、平板加工、槽加工、内外圆加工等领域。
并且，该砂轮具有损耗小、耐用性高、加工效率高、加工质量好等特点，能够满足工业生产中对于高精密度、高质量的加工要求。
自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究
值列于表２。 这里，我们采用的磨削比值为质量比值，其计算式如下：
，Ｅ６：。訾面
（０１１）Ｊ
其中，Ｅ为磨削比，△帆数据
第３期
史冬丽等：自锐性金刚石树脂砂轮磨削性能的研究
６ｌ
造成这种情况的主要原因是：（１）ｃｓＤ金刚石相对ＲＶＤ— Ａ和ＲｖＤ—Ｂ金刚石来说，其外形较不规则，表面粗糙，有凹人 角，因而与结合剂的结合力强；（２）ｃｓＤ金刚石内部为许多单个 亚晶所组成的嵌式结构，在强大磨削力下，ｃｓＤ晶体易于沿亚 晶间的界面破裂。小的不规则的碎片从晶体颗粒脱离后，在表 面留下许多锋利的切削刃。而ＲＶＤ—Ａ和ＲＶＤ—Ｂ多为晶形 较完整的晶体，其强度较高，缺陷较少。由Ｇ珊Ｒｔｈ断裂力学理 论”１可知，ＲＶＤ—Ｂ的亚晶间结合部分是其薄弱环节，在高速磨 削时，由于应力的逐步集中，会使应力沿亚晶间的结合部分逐 步扩展，最后沿亚晶界面发生疲劳断裂。所以其断裂强度低于 ＲｖＤ—Ａ，也低于ＲＶＤ—Ｂ。故在相同磨削力的条件下，其自锐 性较好。即使在相同的结合剂把持条件及磨削条件下，ｃｓＤ可 以多次自锐并参与磨削，而普通ＲＶＤ则由于其自身强度远高 于树脂结合剂对其的把持力而尚未完全发挥作用即已脱落。 以上两因素使自锐性金刚石砂轮的磨削比值比相同条件下的 其它砂轮高。 ３．３表面粗糙度
石砂轮表面 万的磨方粒数数据量较普通金刚石砂轮的磨粒数量多，所以
４结论 】）自锐性金刚石为表面粗糙，有凹人角的不规则亚晶晶
体，与树脂结合剂有较强的粘结力； ２）在试验条件相同的条件下，白锐性金刚石树脂砂轮对硬
质合金ＹＧｌｏｘ的磨削比值比普通金刚石树脂砂轮高出６０％以 上：
３）自锐性金刚石树脂砂轮所磨的硬质合会工件比同条件 下的普通金刚石砂轮所加工工件的表面光洁度高。
蓝宝石加工用树脂金刚石砂轮的研制
面 ，甚 至使 其产 生深 的划 痕 和碎裂 ，因磨 具需要经常返修 ，也导致生产效率低下。 为此 ，针 对上述 问题 ，我 公 司通过 几 年的 努力 ，成 功研 制 出了蓝 宝石 加工用 树脂 金 刚石 砂 轮 。在 玉溪 蓝 晶 、２９８厂 、２１１所 等单 位推 广使 用 ，取得 了较好 的效果 。
蓝宝石 （Ａ１ Ｏ３） 晶体 ，是最硬 的氧 化 物晶 体 ，是 氧化 铝 （Ａ１ Ｏ，） 最 基 本 的 单 晶体形 状 ，它具有 高强 度 、高硬 度 、耐 高 温 、耐 摩擦 、耐 腐蚀 ，透光 性能 好 ，电 绝缘 性能 优 良等一 系 列 优 良的 物 理特 性 。 因此可广 泛用 于 国防 、民用 工业等 各种 要 求 苛刻 的领域 。蓝 宝石 主要化 学成 分 为三 氧化二 铝 ＡＩ２０，，晶形 为 ０【一 ＡＩ：Ｏ，，分 子 量 为 １０１．９４，硬 度 为 莫 氏 ９级 ，仅 次 于 最 硬 的金 刚 石 。因 其 耐 磨 系 数 高 （对 比 钢 为 １：５） ，因此 ，对 蓝宝 石进 行 深 加 工 变得异 常 困难 。传 统 的金属 结合 剂 的金刚 石磨具 自锐 性 差 ，加 工 时 表 面 易 被 阻 塞 ， 给莫 氏 ９级 的蓝宝 石磨 削加 工带来 很 多 的 不 利 。磨 具 表面钝 化后 ，易 拉伤 蓝宝 石表
对于树脂结合剂宜配用三乙醇胺作性在磨削工艺和工件磨削相同的条件为湿润剂它能起到类似偶联剂的作用下磨具自锐性的好坏与磨具的磨损量成40云光技术2009vo141no2正比所以还需兼顾到其使用寿命确保是表征可磨削性的重要参数是选择砂轮最终制品具有较高的性价比
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《云光技术》２００９ ＶｏＬ４１ Ｎｏ２
２．实验 部 分
２．１原 材料 品种 的选择 磨 具 磨 料 层 的原 材 料 包 括 三 类 ：磨
金刚石砂轮树脂结合剂含量
金刚石砂轮树脂结合剂含量金刚石砂轮树脂结合剂含量对砂轮性能的影响金刚石砂轮作为一种重要的磨削工具，在其制备过程中，树脂结合剂的含量对砂轮的性能产生着显著的影响。
以下将探讨树脂含量对砂轮气孔率、硬度、抗压强度、磨削比以及对硅片表面质量的影响。
气孔率的影响：结合剂含量在一定范围增大时，砂轮的气孔率呈下降趋势。
这是因为适量的结合剂能够填充磨料颗粒之间的空隙，减小气孔的形成。
然而，当结合剂含量超过一定浓度时，气孔率趋于稳定，变化不大。
硬度的影响：随着结合剂含量的增加，砂轮的硬度也呈上升趋势。
这是因为结合剂在一定程度上影响砂轮的结合力，增加了对磨粒的把持力。
这种情况下，即使金刚石数量相同，树脂结合剂的增加也使得硬度提高。
抗压强度的影响：在一定范围内，随着树脂结合剂的增多，砂轮的破碎力增大，抗压强度逐渐提高。
这是由于树脂结合剂的增加增强了对磨粒的把持力，从而提高了整体的抗压强度。
磨削比的影响：砂轮树脂结合剂的增加导致砂轮的磨削比提高，即在相同条件下能够更有效地进行磨削。
然而，当结合剂含量超过一定范围时，磨削比的增速开始放缓，可能出现不同程度的饱和现象。
对硅片表面质量的影响：树脂结合剂的含量对硅片表面质量同样产生重要影响。
适量的结合剂有助于提高砂轮的磨削效率，从而改善硅片的表面质量。
然而，过量的结合剂可能导致砂轮性能的饱和，对硅片表面质量的提升效果不再显著。
总体而言，树脂结合剂在金刚石砂轮中的含量调节对砂轮性能具有重要意义。
合理的结合剂含量可以优化砂轮的气孔率、硬度、抗压强度等性能，提高磨削效率，为工业生产和加工提供更加可靠的磨削工具。
在实际应用中，需要根据具体的工艺和要求精确调控结合剂含量，以达到最佳的砂轮性能。
树脂砂轮和金刚石砂轮的区别在哪里？
树脂砂轮和⾦刚⽯砂轮的区别在哪⾥？
树脂砂轮是⽤树脂做成的砂轮，这种砂轮在强度上⾮常⾼，制作简单，具有⼀定的弹性，⼯艺周期短，耐热性低。
⾦刚⽯砂轮是以⾦刚⽯磨料为原料，分别⽤⾦属粉、树脂粉、陶瓷和电镀⾦属作结合剂制成的，它是超级强硬的，⼀点弹性也没有，其耐热性⾮常的好，但制作复杂，同时⼯艺周期长等。
总体⽽⾔，这两种砂轮的区别在于，⾦刚⽯砂轮较为⼴泛的运⽤是在于混凝⼟切割作业上，在⽽树脂砂轮则偏向于⼀些⾦属制品的磨削。
⾦刚⽯树脂砂轮
另外还有⼀种叫⾦刚⽯树脂砂轮的，其实是上⾯两者的结合体。
它的⼯作层是由⾦刚⽯和树脂结合剂组成，树脂结合剂主要成分是树脂及辅料，与⾦刚⽯粉粒混合，经加压加热固化与基体牢固结合⽽成的砂轮。
这样混合切割可在切割的时候增加它的强度，以及在有些材料的切割及打磨中，能够有效的控制切割效果等，更加适合于⼀些⾦属制品的打磨与切割。
树脂结合剂金刚石砂轮设计及应用
树脂结合剂金刚石砂轮设计及应用刘伟;刘一波;尹翔;葛科【摘要】树脂结合剂金刚石砂轮(resin bond diamond grinding wheel)由于具有自锐性好、胎体柔性和易于修整等特点而广泛用于各种难加工材料精密加工.文章主要就树脂结合剂金刚石砂轮的设计思路、性能影响因素以及加工应用进行简单综述,最后对提高我国树脂结合剂金刚石砂轮性能提出了几点建议.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2016(028)004【总页数】4页(P47-50)【关键词】树脂结合剂;金刚石砂轮;精密加工;修整【作者】刘伟;刘一波;尹翔;葛科【作者单位】安泰科技股份有限公司,北京100081;北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司,北京 102200【正文语种】中文【中图分类】TQ164树脂结合剂超硬材料工具主要是以金刚石或cBN为磨料，以树脂粉为粘接剂，加入适当的填充材料，经过配方设计、称混料、热压成型、二次固化、后续加工处理等工艺过程制成的适用于不同磨削要求的超硬工具[1]。
与陶瓷结合剂或金属结合剂超硬磨具相比，它具有制造工艺简单，原材料易得，成本低等特点，且能够大量适用低品质超硬磨料，加工对象广泛，如各种难加工钢材、硬质合金、玻璃、陶瓷、石材等。
由于树脂超硬磨具在磨削过程中具有较好的自锐性，不易堵塞，磨出的工件具有表面质量好，砂轮易于修整等优点而得到广泛的应用。
树脂金刚石工具所用的树脂结合剂主要分为酚醛树脂和聚酰亚胺树脂两大类，其种酚醛树脂金刚石工具实际工作温度不超过120℃，聚酰亚胺树脂耐热性稍好，可在260℃下长期使用。
由于聚酰亚胺树脂的价格相对昂贵，尤其是近年来科学家对酚醛树脂进行改性使其实际工作温度也能到达200℃以上，如英国Advanced Resins Limited 公司的939P，故酚醛树脂的使用日益广泛。
本文将主要介绍树脂金刚石工具的设计思路及影响因素。
树脂结合剂金刚石工具的设计主要基于如下五个方面[2]：(1)粘结性必须好。
树脂磨具的结构与性能
D
磨削方法 机 床 砂轮名称
K值 v≤40 40＜v≤63 63＜v≤100
mm
平形砂轮 手提砂轮机 斜边砂轮 钹形砂轮 双头砂轮机
—
0.40
0.32
0.25
粗
磨
平形砂轮 摆动式砂轮机 重负荷树脂 重负荷磨床 荒磨砂轮 平面磨床 平形砂轮 外圆磨床
—
0.63
0.50
3 1 ρ v2 gR 2
（1-3）
式中：p—最大抗拉强度值，MPa； R—砂轮半径，cm； r—砂轮内孔半径，cm； ρ —砂轮密度，g/cm3； v—砂轮破裂速度，m/s； g—重力加速度，9.8m/s2。 一般，在同样条件下，砂轮的抗拉强度值越高，其破裂速度也越高。因此，可以通过实 验室“8”字块试样测出的抗拉强度，近似计算出砂轮回转破裂速度。有利于砂轮制备工艺 配方设计。 砂轮的回转实验方法按国家标准 GB/T 2493-1995 进行。要求最高工作速度小于等于 50m/s 的砂轮，其回转试验速度应是最高工作速度的 1.6 倍。最高工作速度大于 50m/s 的砂 轮，其回转试验速度应是最高工作速度的 1.5 倍；由此可知：砂轮的回转破裂速度、回转检 验速度和最高工作速度，这三者之间的关系如下： V 破裂＞V 回转＞V 最高工作 三、树脂磨具的特征及其标记 根据国家标准 GB/T 2484-1995 和 GB/T 2485-1997 及国际标准 ISO525：1986《固结磨 具 总则 名称、牌号和标记、外径尺寸范围和公差》 ，对普通磨具形状、磨料粒度、硬度、 组织、结合剂的代号和产品标记进行了规定。从而直接反映了磨具的基本性能，便于使用人 员加以选择应用，充分发挥其效能。 普通磨具的特征及标记顺序为： 形状代号、尺寸（外径 X 厚度 X 孔径） 、磨料、粒度、硬度、组织号、结合剂、最高工 作速度。 标记示例
基于修整力的树脂结合剂金刚石砂轮机械修整
基于修整力的树脂结合剂金刚石砂轮机械修整仇中军;邹大程;闫广鹏【摘要】研究了树脂结合剂金刚石砂轮修整过程中修整力与修整效果的关系,基于修整力的变化表征了砂轮的表面形貌及磨削性能.首先,对碳化硼、碳化硅、白刚玉3种砂轮修整工具进行实验,并采集了修整过程中修整力的变化;然后,利用白光干涉仪观测修整后砂轮的表面形貌;最后,对修整后砂轮进行磨削验证实验,得到不同修整工具修整后砂轮的磨削性能.基于上述实验,分析并验证了修整力的变化与砂轮表面形貌和砂轮磨削性能的关系.结果表明,法向力Fn能够表征砂轮的磨粒切削刃密度以及磨粒突出高度;修整比率β反映了砂轮的锋锐程度,当β稳定时,砂轮达到充分修整.因此修整力反映了砂轮表面形貌和磨削性能,根据修整力的变化可以把握砂轮的修整进程.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】8页(P996-1003)【关键词】磨削;机械修整;树脂结合剂金刚石砂轮;修整力;表面形貌【作者】仇中军;邹大程;闫广鹏【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TG580.61 引言目前，磨削仍然是工业上用于硬脆材料零部件加工制造的主要方式之一［1］，其中基于树脂结合剂金刚石砂轮的超精密磨削方法由于能够获得更好的硬脆材料表面质量和材料去除效率，在复杂光学型面的磨削加工中得到了广泛应用［2］。
不过，树脂结合剂砂轮在磨削过程中其形状容易受到破坏，保持能力较差，同时砂轮堵塞、磨粒磨钝等会导致砂轮的材料去除能力下降，甚至会破坏工件表面，因此磨削过程中针对砂轮进行修整就显得尤为重要，它直接影响着被加工硬脆材料工件的加工质量、生产效率和制造成本［3－4］。
树脂结合剂金刚石砂轮修整的常用方法主要有机械修整、特种修整等。
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树脂结合剂金刚石工具性能的研究
树脂结合剂金刚石磨具是金刚石磨具中使用量最大的一类。
和金属结合剂金刚石磨具和陶瓷结合剂金刚石磨具相比,树脂结合剂金刚石磨具有磨具硬化温度低,只需200℃左右,远远低于金属结合剂和陶瓷结合剂金刚石磨具的热压成型
温度;生产周期短,生产设备简单,生产能耗少,规模生产可降低成本;形成自锐性,提高磨具锋利性;被加工工件的表面光洁度高,适用于镜面磨削;其缺点是寿命短,耐热性差,易老化。
其中最根本原因是:树脂结合剂胎体对金刚石的把持力小。
为了提升树脂结合剂磨具的寿命,通常采用两种方法进行改进。
一种方法是尝试新型树脂或者对现有树脂进行改性,提高树脂的耐热性;另一种方法是对金刚石进行镀覆,提高树脂对金刚石的把持力。
镀覆金刚石在金属结合剂和陶瓷结合剂的磨具中应用的相应研究较多,但镀覆金刚石在树脂结合剂中的研究却鲜有报道。
本文通过采用对无镀层金刚石、镀覆刚玉金刚石和金属镀层金刚石制备的金刚石树脂结合剂磨具性能进行对比分析,研究镀覆种类对两种树脂结合剂磨具的锋利性、耐用性、力学性能以及对树脂结合剂的结构和致密度的影响,获得如下结论:(1)采用聚酰亚胺树脂(PI)作为结合剂,在金刚石、聚酰亚胺(PI)、氧化铬等组分确定的前提下,实验填料的最佳配比为碳化硅微粉30(vol)%,合金粉
4(vol)%,冰晶石4(vol)%,此时,树脂金刚石磨具磨削比最大,达到2.286,具备良好的磨削性能,使用性价比较高。
(2)按照最佳填料配方,采用无镀层金刚石、镀覆金属(钛、铜、镍)镀层金刚石和镀覆刚玉镀层金刚石压制两组平行实验试样进行性能对比分析。
结果表明:在其他组分含量保持不变的前提下,对金刚石进行表面镀覆处理可以明显提高磨具的磨削比,提高磨具的磨削效率,并且可以提高试样的抗弯强度、硬度等力学性能。
三种金属镀层(钛、铜、镍)中,钛镀层的镀覆效果最好,对树脂磨具的磨削性能和力学性能提升明显,无机物刚玉镀层镀覆效果优于金属镀层。
(3)使用无镀层金刚石的配方试样,聚酰亚胺(PI)树脂结合剂金刚石磨具拥有更好的耐磨性和锋利性;使用含镀层的金刚石配方试样,情况相反。
在无水冷磨削条件下,酚醛树脂(PF)树脂结合剂使用镀覆镀层的金刚石对树脂磨具的磨削性能提升幅度更大。
(4)对金刚石进行表面镀覆可以影响到热压后酚醛树脂(PF)结合剂的结构和致密度,并且表面更粗糙的刚玉镀层影响更大。
靠近金刚石的酚醛树脂(PF)更为致密,对金刚石形成保护性包裹,远离金刚石的酚醛树脂(PF)更为稀疏。