超硬材料砂带的刚柔特性分析

　　1.引言
　　
　　高效、精密、节能、节材、环保是现代制造业发展的总趋势。超硬材料（金刚石与立方氮化硼）工具，包括超硬材料砂带，将在这个发展过程中扮演重要的角色，本文将就大力发展超硬材料砂带的重要性、必要性和可行性谈点粗浅的看法。
　　
　　金刚石、立方氮化硼是目前已知的世界上硬度最高的两种材料，由于其硬度高、耐磨性好、导热率高等，是普通磨料（刚玉和碳化硅）无法比拟的。西方发达国家从对人体健康和环保的目的出发，已兴起使用超硬材料砂纸、砂布等涂附磨具，并有逐步取代刚玉、碳化硅等普通磨料涂附磨具的趋势。目前美国、德国、英国、瑞士等囯家均有相关产品的生产与销售，而且形成系列超硬材料涂附磨具产品。
　　
　　用超硬磨料加工硬脆和硬韧性难加工工件时，其消耗量极小，而且可以较长时间保持其锋利度和磨具外形，不仅可以保证工件的加工精度，而且大大提高了加效率，同时解决了对环境的污染问题，符合囯家在制造业中所推行的节能、节材、环保、低碳等发展战略。

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　　2.超硬材料砂带的现状
　　
　　超硬材料涂附磨具是指用粘结剂把超硬材料（人造金刚石或立方氮化硼）磨粒粘附在柔性可挠曲基材上的磨具，也就是“砂布或砂纸”。
　　
　　随着现代机械加工的不断发展及各种新型材料的不断出现，对加工精度和表面粗糙度要求越来越高，其先进的磨削技术和磨具，尤其是涂附磨具向高效率、高寿命和超精密的方向发展。因此，超硬材料涂附磨具的研制和应用悄然兴起，在汽车、电子、石材、建材、玻璃、宝石、不锈钢及淬火钢等难加工材料的特殊加工领域得到了广泛应用。
　　
　　世界著名的磨具公司，如3M公司、NORTON公司产品目录中有大量的超硬材料涂附磨具产品，从汽车车身的抛光到发动机曲轴、凸轮轴、发动机的加工都是需要CBN、金刚石砂轮和聚酯薄膜砂带进行加工。
　　
　　值得指出的是，近年来，我国汽车工业和机械制造业蓬勃发展，按理需要使用大量超硬材料涂附磨具，例如，汽车曲轴、凸轮轴、万向轴的抛光、硅铝合金发动机都需要用CBN和金刚石涂附磨具。但是目前国内所有汽车合资企业大部份采用进口涂附磨具，主要进口美国3M公司的涂附磨具产品。
　　
　　我国超硬材料涂附磨具是最近发展起来的新产品，尚未有一个系统完整的产品分类。如按磨粒材料不同分为金刚石涂附磨具和立方氮化硼涂附磨具两大类。尤其值得注意的是，超硬材料砂带的成功应用，在磨削难加工材料如硬质合金、石材、陶瓷、铁基合金等方面。超硬材料砂带则显示出其独特的优势，从用作一般精度要求的工件磨削发展到高精密、超高精密零件的磨削。由于超硬材料砂带的应用，使砂带工作寿命大幅度提高，使砂带磨削领域扩大，可用于湿磨、干磨、高速磨、重负荷磨削以及高精度精密零件磨削抛光，享有“万能磨削”的美誉。

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　　3.超硬材料砂带磨削技术
　　
　　超硬材料砂带分树脂粘结剂和金属结合剂两种，树脂超硬材料砂带与普通磨料砂带在结构上基本相同，而金属结合剂砂带则采用电镀工艺制造，但砂带的主要结构基本相同，均由基材、磨料、粘结剂所构成。
　　
　　3.1超硬材料砂带磨削的主要特点：
　　
　　3.1.1砂带磨削是一种柔性磨削技术，具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工技术。
　　
　　3.1.2砂带磨削的效率非常髙，因为超硬材料砂带磨粒分布方式的特殊性，对于有磨削量要求的40#~240#砂带，砂面磨粒分布图型为箭头状分布（见图1），基体采用X—WT、Y—WT和PU，磨削锋利、效率高、排屑性好、粉尘少;对于精细磨削选用320#~2000#粒度的砂带，且砂面磨粒分布图型则采用圆点状分布（见图2），基体采用J—WT，其产品具是砂带柔软，排屑性好、噪声小、粉尘少、加工精度和光洁度高等诸多特点。

　　3.1.3砂带磨削表面质量高。这是因为砂带磨削除了具有磨削、研磨和抛光的多重作用外，砂带磨削还具有“冷态”效应、平衡状态易于控制、磨削速度稳定等。

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　　3.1.4砂带磨削精度高，高精度已可达到0.1μm。
　　
　　3.1.5砂带磨削成本低，设备简单、操作简便，辅助时间少、磨削比大，机床功率利用率高，切削效率高。
　　
　　3.1.6砂带磨削安全性好，噪声小、粉尘少、环境效益好。
　　
　　3.2砂带磨削的应用范围
　　
　　3.2.1金刚石砂带的应用范围
　　
　　金刚石砂带特别适用于硬脆非金属材料和非铁金属的加工，因此广泛用石材、建材、玻璃、特种陶瓷、单晶硅、多晶硅、宝玉石及硅铝合金、硬质合金等硬脆材料制品复杂形面的磨抛加工。随着我国建筑业、电子工业、光伏产业的高速发展，一定会为国产金刚石砂带及各种异形制品的发展和应用创造勃勃生机。
　　
　　3.2.2CBN砂带的应用范围
　　
　　由于CBN的硬度仅次于金刚石，加之砂带磨削时磨削力小、磨削温度低、磨削比高、化学稳定性好等优势，特别适合对又硬又韧的铁基合金的加工，如含钒合金钢、钴合金钢等特种高速钢刀具的刃磨粗磨加工;耐热钢、不锈钢和高硬度的合金结构钢制成的精密零件的精磨和终磨;因其有磨削力小、磨削温度低的特点，是钛合金磨加工的理想磨具，因不引起机床导轨的变形，更适用于机床导轨、仪表和微型轴承零件的精磨和终磨;复杂型面工件（插齿刀，高精度齿轮，靠磨，叶片等）的加工;其他刚淬火工具的精磨及对局部热应力和热冲击敏感的各种材料零件的磨削。
　　
　　3.2.3适用于对复杂形面的磨抛加工
　　
　　超硬材料砂带制品有环形砂带、砂圈、磨片、手擦磨块等（见图3、图4、图5），能加工表面质量及精度要求高的各种形状的工件。不但使用寿命较长,而且磨削效率高。例如郑州瑞特金刚石砂带有限公司开发的100#电镀金刚石涂附磨具软磨片，加工石材的使用寿命是树脂金刚石软磨片的8-10倍;郑州瑞特金刚石砂带有限公司所开发的CBN砂带，经重庆三磨海达用六轴联动砂带磨床加工耐热不锈钢汽轮机叶片，一条CBN砂带可连续加工18-20小时，并且工件表面质量好，而采用德国VSM产718普通堆积磨料砂带，一条仅可连续加工2个小时。
　　

超硬材料砂带　　

超硬材料砂圈
　　

超硬材料手擦块

　　4.超硬材料砂带的发展趋势　　

　　4.1专用粘结剂的开发。由于超硬材料砂带不同的使用领域对粘结剂性能要求不同，因此针对具体使用领域专用粘结剂的开发,将是必要的;
　　
　　4.2微粉级超硬磨料植砂的研发。国内现在采用手工植砂，其缺点是磨料的分布均匀性、定向性不能得到有效控制，美国3M公司采用点胶机制造树脂点胶型砂带，能较好解决磨粒分布均匀性、砂带柔软性等问题，并能节省超硬磨料的用量，降低成本。
　　
　　4.3高精密与超精密超硬磨料砂带的研制。目前，精密磨削通常是指加工精度为3～0.3μm和表面粗糙度为Ra0.3～0.03μm的加工技术，超精密磨削则要求加工精度达到0.3～0.03μm，粗糙度达到0.03～0.05μm。由于超硬材料砂带的基本特性，将其应用于精密与超精密磨削是未来的主要方向之一。
　　
　　5.结论

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　　5.1超硬材料砂带具有超硬材料“硬”和涂附磨具“柔”的双重特性，是“刚”和“柔”的最佳组合。符合现代高速、高效、精密、节材、节能、环保加工技术发展的战略要求，把涂附磨具推向顶峰，具有重要的技术经济价值。
　　
　　5.2超硬材料砂带不仅是高科技的涂附磨具产品，也是高附加值高效益的产品，它的质量和水平往往标志一个国家涂附磨具生产加工水平,努力发展超硬材料涂附磨具是可行的,也是必要的。
　　
　　5.3具有庞大的石材、陶瓷、玻璃、IT、光伏、汽车工业和机械工业，内需的空间巨大，因此，大力发展超硬材料砂带制品是十分必要的。
　　
　　5.4我国是世界超硬材料生产超级大国，品种齐全、价格低廉，货源充足，为大力发展超硬材料砂带制品奠定了可靠的物质基础与保障。
　　
　　5.5超硬材料比普通磨料要贵得多，但从高性能、高寿命、高性价比考虑，使用超硬材料砂带才是高效率、高效益和高性价比的工具，因此，我们认为，超硬材料的所谓价格贵，不应成为大力发展超硬材料砂带产品的障碍。而是应该充分利用其它国家无法比拟的，价格低廉的超硬材料资源优势，大力发展我国的超硬材料砂带，促进国内外制造业的发展!