CBN及CBN砂輪磨削技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

1、CBN及 CBN砂輪磨削技術(shù)參數(shù)優(yōu)化CBN （Cubic Boron Nitride）是繼人造 金剛石問世之后，于1957年，由美國GE公司首先合成出的又一種超硬材料。我國在1966年試制成功CBN至今已有四十余年的歷史了。CBN的硬度僅低于金剛石，除了高硬度、高耐磨性、低摩擦系數(shù)等性質(zhì)外，還具有比金剛石優(yōu)越的耐熱性 和對鐵族金屬材料的化學(xué)惰性。利用它這些優(yōu)異的性能作研磨材料所制成的CBN磨具，特別適合于各類鐵族金屬材料的磨加工。它和金剛石用于加工硬而脆的非鐵系材料相互補充，使超硬材料的應(yīng)用范圍大大拓 寬。和普通磨料的磨具相比，CBN磨具具有高速、高效、高加工質(zhì)量、長壽命、低成本的特點，可作為

2、高 速數(shù)控磨床高效、高精度磨削的首選工具。在汽車、壓縮機、機床、工具、軸承等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1 CBN的性質(zhì)1- 1 CBN的晶體結(jié)構(gòu)六方氮化硼（hBN經(jīng)高溫高壓合成，晶體結(jié)構(gòu)由層狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎浇Y(jié)構(gòu)， 密度由2.25g/cm3增加到3.48g/cm3， 各種性質(zhì)都發(fā)生了突變。1- 2 CBN的主要特性在將CBN作研磨材料使用時，我們主要關(guān)注 CBN的硬度、耐磨性、強度和導(dǎo)熱性等性質(zhì)。1- 2-1硬度CBN的硬度僅次于金剛石，而遠高于其它普通磨料。高的硬度意味著切削能力更強、更鋒利。1- 2-2耐磨性CBN有高的耐磨性，意味著它比普通磨料更難磨損，保持磨粒形狀的能力是CBN作為高性能磨料的

3、主要特性之一。1- 2-3抗壓強度CBN的抗壓強度很高，這意味著在高強度、大去除量磨削等惡劣條件下使用時，它能保持顆粒完整而不易破碎，因而使CBN磨具壽命更長。1- 2-4導(dǎo)熱性CBN有良好的導(dǎo)熱性，在磨削時可實現(xiàn)冷切削。從而大大減少被磨工件燒傷的可能性。另外，CBN還有高的熱穩(wěn)定性和較低的熱膨脹系數(shù)。特別是CBN與鐵、碳沒有明顯的化學(xué)親和力，決定著它在磨削鐵族金屬時的價值。而金剛石在一定溫度下與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使其結(jié)構(gòu)破壞，這就是金剛石不能加工鐵族金屬材料的原因。由于CBN和金剛石某些性質(zhì)的不同，它們加工材料的范圍也不同。CBN適合加工的材料：工具鋼、軸承鋼、合金鋼、超級合金鋼、鑄鐵等。金剛

4、石適合加工的材料：硬質(zhì)合金、有色金屬、玻璃、陶瓷、金屬陶瓷、鑄鐵等。2 CBN磨具的特征CBN磨具是用不同類型的結(jié)合劑將 CBN磨料粘接在一起并制成一定形狀的一種工具。按結(jié)合劑類型、磨具的形狀和用途的不同，可將 CBN磨具分為不同的品種。CBN磨具的特征是由其形狀、尺寸、CBN磨料粒度、濃度、結(jié)合劑類型和使用速度等參數(shù)來描述的。2- 1 CBN磨料國內(nèi)外CBN磨料有許多牌號，可根據(jù)需要進行選擇。2- 2結(jié)合劑類型CBN磨具常用的結(jié)合劑有樹脂、金屬、陶瓷和電鍍四種。它們的特性及應(yīng)用范圍各不相同。2- 3濃度根據(jù)規(guī)定，磨料在磨具中濃度為 100%寸，每cm3含4.4克拉（0.88克）的磨料，此值相

5、當(dāng)于體積 25%濃 度代號規(guī)定見下表。濃度代號規(guī)定代號磨料含量（克拉/立方厘米）濃度25 1.1 25%50 2.2 50%75 3.3 75%100 4.4 100%150 6.6 150%200 8.8 200%2- 4形狀尺寸按GB/T6409.2-1996標(biāo)準(zhǔn)可分為平行、杯形、碗形、碟形、磨頭、油石等形狀。磨具的主要形狀及其代號可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2- 5標(biāo)記磨具的標(biāo)記按GB/T6409.1-1994標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行標(biāo)記。3 CBN磨削系統(tǒng)CBN磨具是一種工具。它只有通過合理的磨削工藝、依靠磨床的優(yōu)越性能，才能最大地發(fā)揮作用。在研究和應(yīng)用CBN磨削技術(shù)時，必須把 CBN磨具、磨床、工件、修整、

6、冷卻、磨削工藝等因素納入一個系統(tǒng)里來 進行優(yōu)化，才能獲得最佳的技術(shù)和經(jīng)濟效果。下面簡述CBN磨削技術(shù)的幾個重要影響因素。3- 1 CBN磨具在制造和選擇磨具時主要考慮下面四個方面因素的影響。3- 1-1 結(jié)合劑在CBN磨具的四種結(jié)合劑中，以陶瓷結(jié)合劑的CBN磨具發(fā)展最快。在世界范圍內(nèi)，陶瓷CBN磨具的比例已上升到50%以上,呈迅速增長之勢。這是由于陶瓷CBN磨具磨削效率高，形狀保持性好，耐用度高，易于修整，砂輪使用壽命長，因而成為高效、高精度磨削的首選磨具。3- 1-2磨料選擇磨削時，磨料是磨具中的主體，它的性能好壞直接影響著磨削的效果。不同牌號的CBN磨料，因制造工藝的不同，其晶體形態(tài)、顆粒

7、形狀也各不相同，它們各自具有不同的強度、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)侵蝕性和破碎 特性。應(yīng)根據(jù)工藝和使用要求選擇不同牌號的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高溫下易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使其結(jié)構(gòu)受到破壞，這是在選擇磨削液時必須要考慮的因素。3- 1-3 濃度砂輪濃度的高低表示了在磨削時砂輪工作面上參與磨削的磨粒數(shù)的多少。高濃度可帶來高的磨削比，還可 降低工件表面粗糙度，但同時會增加磨削力和產(chǎn)生較高的磨削熱。3- 1-4 硬度磨具的硬度等級表示了結(jié)合劑對磨料把持力的大小，它是制造商工藝控制的重要指標(biāo)，也是用戶選擇磨具性能的主要參數(shù)。國內(nèi)目前的CBN砂輪還未制訂岀硬度檢驗的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。3-2 工件工件材料、硬度、磨除

8、余量、磨削質(zhì)量要求（表面粗糙度，尺寸精度、形位公差等）是系統(tǒng)中需要考慮的重要因素。它直接影響著參數(shù)的選擇。3-3 磨床磨床是磨削體系的中心，磨床的性能對磨削效果有最重要的影響，對CBN磨削來說尤其如此。3-3-1高速度提高砂輪工作線速度，可明顯提高磨削效率和磨削比，提高砂輪耐用度和工件表面質(zhì)量。80-125m/s的使用速度已成為目前國內(nèi)進口的CBN專用磨床基本特征之一。在條件允許的情況下，盡可能使用高的速度是提高CBN磨削的技術(shù)性和經(jīng)濟性的重要前提。3-3-2 高剛性的抗振性高速磨削和CBN砂輪磨削的特點，要求機床主軸和整體要具有高的剛性和良好的抗振性。從而保證磨削工件的精度和表面質(zhì)量，這是C

9、BN高速磨削技術(shù)中對磨床的基本要求。不具備這樣的條件，在使用CBN砂輪時，要想獲得更高的金屬去除量，工件的幾何精度和表面質(zhì)量就會變差。波紋是常見的表面質(zhì)量缺陷，它 是由振動產(chǎn)生的?？梢鹫駝拥脑蛑皇菣C床剛性低、抗振性差或砂輪參數(shù)設(shè)計不合理造成磨削力過大。3-4 修整使用金剛石滾輪修整，不僅可提高修整效率，更重要的是可獲得較好的砂輪形貌。使用其它修整工具，很難完成對高硬度砂輪表面的修整。修整裝置的進給精度要高，每次進給量應(yīng)能達到微米級。過量的修整及不合理的修整工藝既影響磨削質(zhì)量又會大大減少砂輪使用壽命。3-5 冷卻磨削中，90%以上的能量轉(zhuǎn)化為熱能，這些熱必須被冷卻液最大限度地吸收并帶走，否則工件就會產(chǎn)生燒傷。對CBN砂輪來講，還要考慮 CBN磨料與水在高溫下所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)對磨料的破壞。正確選擇冷卻液種類和冷卻工藝參數(shù)，往往會收到事半功倍的效果。實驗結(jié)果