超硬材料砂轮基体未来发展趋势：更轻便 更高效

使用高性能的磨削工具，高效率的生产出高附加值、高质量零件对于很多用户来说已经势在必行。为此，砂轮采用特殊的基体结合磨料涂层的形式。砂轮的基体一般为钢的材质，然而，由于钢的自重过大，在磨削过程中会有一定的弊端。目前，轻量化的基体材料，为绝大部分的磨削应用提供了一个更加合适的解决方案-特别是在汽车行业，轴承行业和医疗器械行业。

现阶段，提高磨削工艺的效率，往往只能通过使用更高硬度的砂轮来实现。然而，CBN或金刚石超硬磨料的砂轮比传统的砂轮，例如：刚玉或碳化硅砂轮，要昂贵得多。鉴于这个原因，这类砂轮往往只有几毫米厚的工作磨料涂层，并附着在金属或陶瓷的基体上。基体必须满足一系列的要求，例如：吸收振动、传导热量和保证砂轮的稳定性。因此，砂轮生产商一直都非常重视开发和生产创新的高性能基体。

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对于汽车行业、轴承行业和医疗器械行业的一些高性能要求的磨削应用， CBN砂轮的工作转速，甚至会超过100米/秒。为此，磨削时的高金属材料切削率，将对砂轮产生高的机械负载。由于这些原因，在磨削过程中使用钢基体的CBN砂轮，可以确保磨削加工时，所需要的安全性和刚度。但是，钢基体的弊端在于它的自重很大，难以搬运和装卸，特别是对于大尺寸的CBN砂轮，重达100公斤及以上，该砂轮已无法再由手动搬运和装卸。因此，辅助的搬运和装卸装置，必须配备，而且装卸的时间大大增加，停机时间也相应增加。此外，机床负载增加，特别是主轴上的负载显著增加，最终导致主轴轴承的使用寿命缩短和维修费用的提高。当砂轮重量超过机床主轴的负载极限时，由于惯性原理，主轴不再能稳定地控制砂轮的加速和减速，整个磨削过程将不再安全。最终，必须额外增加能耗，才能使砂轮达到既定的工作转速。

对于这些有高性能要求的磨削应用，使用自重轻的复合纤维基体是一个解决方案。这些碳纤维复合材料的优点是高比强度和低密度相结合，相对于钢基体，完美解决了砂轮基体过重的弊端。碳纤维基体的CBN砂轮(见图2)已经广泛应用于各种曲轴加工或齿轮轴加工，当客户需要大直径的砂轮，或者需要使用多个平行砂轮组合拼装使用时，例如无心磨工艺，碳纤维基体的CBN砂轮就会是一个优选方案。

与钢基体相比，碳纤维基体的CBN砂轮可显著降低砂轮重量至70%以上。这不仅便于搬运和装卸，还大大减少了机床主轴的负载。碳纤维基体还具有较好的减振性能，可以抵消磨削过程中的不稳定性，有效地改善了磨削表面质量，碳纤维基体还可以运用于较小直径的的磨削工具(如医疗器械行业中的一些磨削应用)。

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然而，使用碳纤维基体的一个弊端是其轴向刚度低，因此，只能应用于径向和切向受力的磨削加工工艺中。另外，用于接触检测和过程控制的声频发射(AE)传感器，在碳纤维基体上也不再适用。基于上述这些提到的原因，以及其它未提及的原因，赫美斯开发了一种全新的砂轮基体。赫美斯这种全新的轻量化的基体，独特之处在于其是由现代化的制造工艺生产，并可以为不同的磨削应用量身定制。设计和选择既定的磨削应用工艺，是预测和计算磨削负载的基础。利用有限元分析方法，可以对不同的砂轮基体设计进行有针对性的强度分析。这样的话，就可以获得一个经过特殊载荷优化设计后的轻量级金属材质的基体。而且，这个金属材质的基体可以保持和碳纤维基体一样的重量，与此同时，角切入磨削应用和其它有轴向负载的磨削应用也变成了可能，并且还可以保持使用声频发射(AE)传感技术（见图3)。