天然金刚石滚轮制造与修整

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基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术

1 金刚石磨料工具精密修磨机理
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。

金刚石刀具图片

尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.1 2.38 0.2 0.4 0.1 3.97 0.2 0.4 0.4 4.76 0.8
订货代号内接圆(A) VCMW160404 VCMW160408 9.525
尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.4 4.76 0.8

尺寸mm 厚度(T) 2.38 刀尖圆弧(R) 0.1 0.2 0.4 0.1 2.38 0.2 0.4 尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.1 2.38 0.2 0.4 0.1 3.97 0.2 0.4

订货代号内接圆(A) CCMW060201 CCMW060202 CCMW060204 CCMW09T301 CCMW09T302 CCMW09T304 CCMW120404 CCMW120408 12.7 9.525 6.35

七、PCD麻花钻头及石材雕刻刀具：（新产品）

八、砂轮修整工具系列
单点修整笔
四点修整笔
四点混合修整笔
五点混合修整笔

砂轮成型刀一
砂轮成型刀二
金刚石精修滚轮
12 12 12
33
33 33 33
6
6 11 11
90
120 140 160
订货代号
尺寸mm
B
10 L＊B＊H 12
H
10 12
L
50 60
a
120 140
14
14
65
160

六、其他类型刀具介绍：

二、金刚石修整工具（Dressers) 本公司专业生产各种类型的CVD金刚石及天然钻石砂轮修整工具，可应用于各种规格砂轮的粗修、半精修和精度。其中单晶与条状CVDD混合型修整笔为我公司专利产品。三、轴承支撑器用于高精度轴承的加工制造。应用PCD或者CVD金刚石作为耐磨面，制作出的轴承支撑器体现出高平整度、高光洁度、超长使用寿命和极低廉的价位等优越特性。四、陶瓷结合剂金刚石砂轮我公司专业生产的陶瓷结合剂金刚石砂轮主要用于磨削PCD、PCBN、CVD金刚石、硬质合金、陶瓷刀具以及其它刃具，具有磨削效率高、损伤小、价格低等优点。

齿轮式金刚石修形滚轮在珩齿加工中的应用

修整，整时间与珩磨工件的时间相同，磨轮转速修珩低于加工速度，次修整量为００每．１～０．５ｍ，磨０ｍ珩轮经过修整后可获得较好的精度和自锐性。该修形方法的啮合原理为渐开面二次包络原理，以修形滚轮齿面的渐开面为母面，形（络）即修包
加工方法。珩磨轮的基体材料为表面均匀密布锐利
工件齿面。修形为第一次包络，工为第二次包络。加根据齿轮啮合理论分析ｌ可知，形和加工时齿面ｌＪ修
出珩磨轮的齿面，用珩磨轮的齿面加工（络）再包出
２珩齿原理及珩磨轮修形机理
珩齿加工是采用齿轮形珩磨轮与被珩齿轮作自由啮合运动（当于一对交错轴斜齿轮传动）利用相，其齿面间的相对滑动速度和压力进行珩削的齿面精
难度最大的一种，制造误差会经过二次加工传递其并放大到工件上。齿轮式金刚石修形滚轮对内珩磨
轮的修形方式与工件加工方式滚轮代替工件，时对珩磨轮的齿面及齿根进行同
ＹｕＴａＦａＹｕｘｉｏＷａｇＳｙｔａｏｎｎａｎｕｕｅｌ
Ａｂｔａｔｈｒｓｉｇｐｉｃｐｅｏｏｉｇｗｈｅｓｂｈｅｒｔｐｉｍｏｄｄｅｓｒｉａａｙｅｈｅｗｈｅｒｓｉｎｅｓｒｃ：Ｔｅｄｅｓｎｒｉｌｆｎｎｅｌｙｔｅｇａ－ｅｄａｎｒｓｅｓｎｌｚｄ．Ｔｅｌｅｓｎａｄｇａｎｈｙｄｇｒｈｎｎｅｔｒａｒｄｏｔｎａｎｅｎｌｈｎｎｃｉｅａｄａｘｅｌｈｎｎｃｎｔｅｈｍｅｄａｎｒｓｅ．ｏｇｔｓｓａｅｃｒｉｕｉｔｒａｏｇｍａｈｎｅｔｍａｏｇｍｈｅｗｉｔｉｅｏｎｉｎｎｉａｉｈｈｏｍａｅｄｍｏｄｄｅｓｒｉＴｓｅｕｔｐｏｅｔａｈｒｓｉｇｐｅｉｉｎｏｅｄａｎｒｓｅａｅｈｈｌｎｅｏｅｏｎｅｔｓｌｒｖｔｔｅｄｅｓｎｒｃｓｆｔｍｏｄｄｅｓｒｃｎｍｅｔｔｅｃａｌｇｆａｈｎｇ．ｒｓｈｏｈｉｅｇｒｉＫｅｗｏｄ：ａｎｒｓｒｙｒｓｄｍｏｄｄｅｓ，ｉｅｉｄ￣ｓ，ｉｇｎｇａｏｎ，ｅｈｎｇｒｉｇａｔａｄｎＵａｅｅｗｉｈｒｅｅＳｌｃｒｈｄ￣

砂轮寿命、表面形貌、磨损及修整

粗糙度增大。
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3
⑴磨耗磨损型
当磨粒发生严重磨耗磨损，在磨粒顶面出现明显的
磨损平面后，砂轮表面平坦光滑。此时切刃的磨损总面
积增大，摩擦砂加轮剧，寿切命刃难终以切结入的工件形表式面。但砂轮硬
度偏高，致使磨粒不能及时产生破碎和脱落。若继续使用，会使磨削力、磨削热显著增大，并出现明显的振动和噪声，不能有效地切除材料，此时就必须对砂轮进行
除砂轮偏心及表面波动对触
针读数的影响。
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圆锥形触针可获得砂轮某
一剖面内磨削前后的实际
轮廓。记录的部分廓形可
能是由磨粒侧面描划出来
的实虽磨有粒凸切峰刃形，貌故但获并得非的触真单针法
位长度上的切刃数大于实
际切刃数。刀口形触针可
获得刀口宽度范围内的综合廓形。刀口形触针与高
轮的磨损逐渐增大；对砂轮的磨损
与金属材料磨除体积之间的关系，以以往大量研究表明规律如图
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初期磨损阶段：砂轮磨损主要是磨粒的破损和整体脱落。砂轮刚刚修整过，砂轮工作表明上的磨粒受修整工具的冲击而产生裂纹，甚至整个磨粒都已松动。在磨削力作
用下，产生裂纹的磨粒砂整会体轮出脱现磨落大。损块碎裂，松动的磨粒会
主要由车削法、滚压法、磨削法三种。
车削法㈠是将普修通整工磨具料视砂轮的修整
为车刀，被修砂轮视为工件，对砂轮表面进行修整；滚压法是将滚轮以一定压力与砂轮接触，砂轮以其接触面间的摩擦力带动滚轮旋转而进行修整；磨削法修整是采用磨料圆盘或金刚石滚轮仿效
磨削过程来修整砂轮。
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缺陷的地方则失掉了切刃，造成

747 数控轴承磨床砂轮修整装置设计

但是，必须注意保持砂轮表面与电极表面间的间隙尺寸。应配备砂轮直径变化检测传感器和间隙尺寸补偿精密定位机构，以闭合控制回路。
现在也出现了一些替代设计方案，如图25所示。对于小直径砂轮，在ELID磨削中随着砂轮直径周围磨损而减小，间隙尺寸在电极上的变化增大。变化的增大影响修整系统的性能。因此，建议采用分段电极，分别由单独的间隙补偿机构加以控制。
1 绪论
1.1 数控轴承磨床的应用
现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。
2 砂轮修整的分类 2.1 常规机械修整方法
2.1.1 离线修整
修整砂轮的最初方式是用单刃金刚石车削砂轮。图21为100多年前使用的实用修整装置。目前，单刃金刚石仍在使用，而且可以安装在机动滑板上，以提高位置控制精度。对于成形砂轮，为维持砂轮形状精度，通常采用单点式车削修整工具。离线修整仍在工业界使用。尽管手动离线修整不准确，高精度设计的离线修整系统仍能产生良好的砂轮修整效果。在线修整意味着每台磨床装备一台修整装置，因此其经济效益可能低于所有磨床共同使用的高精度离线修整系统。手植金刚石、金属结合剂旋转修整工具的效果优于单刃金刚石工具，常常用于批量生产磨削的磨床上。显然，这些工具比较昂贵，往往与比较昂贵的电气的或液压的精密定位滑板和主轴组件联合使用。对于成形磨削，成形修整滚轮是修整成形砂轮的一种有效方式。由于旋转修整装置费用高且需要相应的位置控制系统，小型机械车间一般不予采用。

金刚石、CBN无心磨砂轮简介

磨凸轮轴、曲轴砂轮
磨制冷配件砂轮
顾客至上
锐意进取
二、金刚石、CBN无心磨简介
顾客至上
锐意进取
二、金刚石、CBN无心磨介绍
金刚石、CBN无心磨砂轮可应用于各种棒材、管材、圈套的外圆加工。包括硬质合金棒材、高速钢棒、钨钢棒、陶瓷棒(管)、磁性材料棒、轴承套圈外圆、轴承滚柱(滚针)外圆等。如下图：
顾客至上
锐意进取

一、金刚石、CBN磨料简介
由于天然金刚石在自然界中储量极少，通常在工业上采用高温高压
技术来合成制备金刚石，这为金刚石砂轮的普及奠定了基础。目前金刚石砂轮的主要应用领域有：硬质合金、热喷涂、宝石、陶瓷、磁性材料、玻璃等。
磨硬质合金刀具
磨热喷涂、磁材
宝石抛光
磨陶瓷材料
顾客至上
锐意进取

一、金刚石、CBN磨料简介
金刚石是碳的同素异形体，与铁族元素具有较好的亲和力，所以金
刚石砂轮不适宜加工钢件。由此，人类合成的另一种材料CBN(立方氮化硼)，硬度仅次于金刚石，是目前加工高硬度淬火钢的首选磨料。目前 CBN 砂轮在替代刚玉系砂轮、 SG 砂轮上潜力巨大。 CBN 砂轮的应用行业主要有：凸轮轴曲轴、工量具（丝锥、卡尺等）、高速钢、制冷配件等。
题。由于金刚石、CBN砂轮的硬度非常高，所以同样高硬度的金刚石笔
或金刚石修整滚轮不适宜对其修整。
顾客至上
锐意进取

四、金刚石、CBN无心磨的修整
通常情况下，金刚石、CBN无心磨砂轮一般有两种修整方式：
1、专用修整器
某些机床上配套有专门修整金刚石、CBN无心磨砂轮的修整器，其上安装有高速旋转的GC砂轮，以实现对无心磨的修整；
顾客至上

金刚石相关标准

CBN砂轮的修整方法及其应用

C BN砂轮的修整方法及其应用东北大学机械工程与自动化学院(沈阳110004)　冯宝富　蔡光起山东齐鲁石油化工公司催化剂厂(周村255300)　盖全文摘　要:综合评述了C BN砂轮的整形和修锐方法,分析了各种方法的特点和应用。

关键词:C BN砂轮,　整形,　修锐Dressing Methods of CBN Wheels and Their ApplicationsFeng Baofu et alAbstract:The truing and sharpening methods of C BN wheels are summarized.The characters of the truing and sharpening methods as well as their applications are analyzed.K eyw ords:C BN wheel,　truing,　sharpening 1　引言C BN砂轮以其优良的磨削性能和磨削表面质量在高速、超高速磨削、难加工材料的高性能磨削、高效成型磨削等加工领域获得了广泛应用。

在磨削过程中,由于磨削力和磨削区域高温、粘附等作用,砂轮工作表面的磨粒会逐渐钝化;同时,砂轮工作表面的磨粒会因不均匀磨损而失去正确的原始几何形状;此外,由于高速磨削的磨屑非常细小,很容易堵塞砂轮工作表面空隙。

为使C BN砂轮始终保持良好的磨削状态,在磨削过程中必须对砂轮进行修整。

C BN砂轮的整形、修锐技术是C BN砂轮应用领域一个相当重要的研究课题。

C BN砂轮的修整可分为整形和修锐两个步骤。

整形是通过改变砂轮的宏观形状,使砂轮达到要求的几何形状和尺寸精度,并使磨粒尖端微细破碎形成锋利的磨刃;修锐则是通过去除砂轮磨粒间的结合剂,使磨粒凸出结合剂表面,形成必要的容屑空间,使砂轮具有最佳磨削能力。

根据具体情况,整形和修锐可统一进行或同时完成,也可分步进行。

2　CBN砂轮的整形方法C BN砂轮的整形方法较多,常用的有车削整形法、滚压整形法、磨削整形法、电加工整形法等,近年来又出现了激光整形法。

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天然金刚石滚轮制造与修整
自从生产金刚石滚轮以来就一直在生产人造金刚石滚轮，为了延长滚轮的使用寿命，满足客户的需求，我们又开始制造天然金刚石滚轮，并首先应用在民品生产上。

同时又对金刚石滚轮的精度修整进行了初步探讨和尝试。

文章详述其制造与修整工艺。

标签：天然金刚石滚轮；制造方法；修整工艺
1 引言
人造金刚石滚轮的研制成功，推动了缓进给磨削的发展。

然而，就其人造金刚石滚轮的应用范围、使用寿命、生产效率而言，它有很多不足之处。

而天然金刚石滚轮是成型修整工具的发展方向，在许多方面都优于人造金刚石滚轮。

为了发展金刚石滚轮的科研成果和进一步增加经济效益，提出研制天然金刚石滚轮课题。

现将我们研制过程及精度修整工艺综述如下。

2 天然金刚石滚轮的制造原理
目前国内外采用三种制造方法，即外镀法、粉末冶金烧结法、内镀法。

2.1 外镀法
虽然天然金刚石在使用前经过严格筛选，但是金刚石晶型不一样，在工件表面上随机排列后产生不等高现象，见图1。

所以用此方法生产的金刚石滚轮精度很低，一般适用于无精度要求的简单型面工件加工上。

如工件有精度要求，需对滚轮进行修整后才能使用。

2.3 内镀法
内镀法制造金刚石滚轮采用两种工艺方法进行。

2.3.1 随机埋砂法
将天然金刚石随机地分布在阴模内型面上，然后进行镀镍，在阴模中间放入钢制芯轴，在芯轴与镍层之间加入填充物，然后加工芯轴并去除阴模。

用此方法制造的金刚石滚轮能获得很高精度，在一般情况下滚轮不需要修整，是目前制造高精度复杂型面滚轮的唯一办法。

2.3.2 手置上砂法
手置上砂法与随机埋砂法所不同的就是用人工将金刚石按一定方向摆放在阴模内型面上。

手置上砂工具是自设的，其工作原理是利用负压原理将天然金刚
石吸附在注射针头上。

将金刚石放置在阴模内壁上。

此方法适用于较大颗粒的金刚石滚轮制造上。

其优点是：金刚石摆放均匀并可根据改变不同间距来控制金刚石密度，达到砂轮理想的表面粗糙度，这一点对于加工不同材料、不同硬度、不同精度的零件是非常必要的。

但是用此方法制造的滚轮精度不如随机埋砂法，其原因是：①胶层厚度一般为0.005mm左右，是影响滚轮精度的主要原因。

一般情况下，用手置上砂的滚轮精度最好时只能达到±0.005mm，再高的精度必须靠修整来保证。

②手置法对一些小的圆弧和尖角是无法摆放金刚石的。

所以这种置砂法是有局限性的。

3 金刚石滚轮的修整
以上所论述上砂方法，如：外镀法、粉末冶金烧结法和手置法所制造的金刚石滚轮精度较低，如想达到高精度必须对滚轮进行修整。

而对埋砂法制造的滚轮，虽然能达到较高精度，但是在整个加工过程中，影响精度的因素很多，如：样板刀的弹性变形，车床精度与刚性不足，镀层应力变形等等。

虽然在加工过程中给予严格控制，但也往往由上述原因造成滚轮尺寸超差。

根据西德WINTER公司资料介绍，金刚石滚轮有以下几种修整方法：
3.1 采用碳化硅砂轮修整法：选用砂轮粒度为100～180#绿碳化硅，硬度为中软。

修整砂轮速度为Vs=30～40米/秒，被修滚轮速度为Vd=10米/秒。

3.2 挤压修整法：采用YG8硬质合金滚子对准被修型面，轻轻滚压。

3.3 电火花修整法：采用卧式双轴电火花设备，并附投影光学系统。

3.4 金刚石砂轮修整法：目前国外已有专门的金刚石滚轮修整设备，根据我们公司现有条件，我们只能采用金刚石砂轮修整法对滚轮进行修整，这只适用于简单型面，对复杂型面还无法修整。

举例如下：
3.4.1 被加工零件技术条件
名称：轴；材料：40Cr；硬度：HRC40～45；尺寸：4-R2.06+0.05、R深0.43±0.005；R中心距10±0.003；4-R中心距60±0.005；R着色检查85%以上。

3.4.2 修整滚轮原因：
经试磨后检查工件，发现4-R2.06小0.01mm，需给予修整至R2.08，见图3、图4。

4 结束语
因为修整砂轮是金属结合剂制造的，无论是结合剂的硬度和金刚石的强度粒度均不如金刚石滚轮，所以在修磨时修整砂轮磨损很快，需经常对其进行修整。

因上述原因我们没有采用程序控制，用手动进给方法进行跟踪修整。

修整后的滚轮需经外圆磨床对砂轮进行修磨，再用砂轮磨削试棒，然后用仪器和着色检查，如此反复数十次，最终达到了技术要求。

综上所述，通过研制天然金刚石滚轮和对天然金刚石滚轮的修整，从中学到了很多知识，也积累了许多经验。

同时也了解了我们的工艺水平、设备均存在许多问题，目前公司某型号滚轮尚存在质量问题，我们还需要研究修整工艺，这对今后确保公司生产任务合格产出，发展金刚石滚轮的科研成果，增加经济效益都是非常重要的。

参考文献
[1]电镀原理.机械工业出版社.。