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(wèn)世之后，于1957年，由美國(guó)GE公司首先合成出的又一種超硬材料。我國(guó)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(duì)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(bǔ)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(zhǎng)壽命、低成本的特點(diǎn)，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(jī)、機(jī)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(shí)，我們主要關(guān)注 CBN的硬度、耐磨性、強(qiáng)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(yuǎn)高于其它普通磨料。高的硬度意味著切削能力更強(qiáng)、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(qiáng)度CBN的抗壓強(qiáng)度很高，這意味著在高強(qiáng)度、大去除量磨削等惡劣條件下使用時(shí)，它能保持顆粒完整而不易破碎，因而使CBN磨具壽命更長(zhǎng)。1- 2-4導(dǎo)熱性CBN有良好的導(dǎo)熱性，在磨削時(shí)可實(shí)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(méi)有明顯的化學(xué)親和力，決定著它在磨削鐵族金屬時(shí)的價(jià)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(jí)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(lái)描述的。2- 1 CBN磨料國(guó)內(nèi)外CBN磨料有許多牌號(hào)，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。2- 2結(jié)合劑類型CBN磨具常用的結(jié)合劑有樹(shù)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(hào)規(guī)定見(jiàn)下表。濃度代號(hào)規(guī)定代號(hào)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(hào)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(jìn)行標(biāo)記。3 CBN磨削系統(tǒng)CBN磨具是一種工具。它只有通過(guò)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(shí)，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(gè)系統(tǒng)里來(lái) 進(jìn)行優(yōu)化，才能獲得最佳的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。下面簡(jiǎn)述CBN磨削技術(shù)的幾個(gè)重要影響因素。3- 1 CBN磨具在制造和選擇磨具時(shí)主要考慮下面四個(gè)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(zhǎng)之勢(shì)。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(zhǎng)，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(shí)，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(hào)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(qiáng)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(hào)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(shí)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(shí)砂輪工作面上參與磨削的磨粒數(shù)的多少。高濃度可帶來(lái)高的磨削比，還可 降低工件表面粗糙度，但同時(shí)會(huì)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(jí)表示了結(jié)合劑對(duì)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(guó)內(nèi)目前的CBN砂輪還未制訂岀硬度檢驗(yàn)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(duì)磨削效果有最重要的影響，對(duì)CBN磨削來(lái)說(shuō)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(guó)內(nèi)進(jìn)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(jì)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(diǎn)，要求機(jī)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(duì)磨床的基本要求。不具備這樣的條件，在使用CBN砂輪時(shí)，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(huì)變差。波紋是常見(jiàn)的表面質(zhì)量缺陷，它 是由振動(dòng)產(chǎn)生的?？梢鹫駝?dòng)的原因之一是機(jī)床剛性低、抗振性差或砂輪參數(shù)設(shè)計(jì)不合理造成磨削力過(guò)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(duì)高硬度砂輪表面的修整。修整裝置的進(jìn)給精度要高，每次進(jìn)給量應(yīng)能達(dá)到微米級(jí)。過(guò)量的修整及不合理的修整工藝既影響磨削質(zhì)量又會(huì)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(huì)產(chǎn)生燒傷。對(duì)CBN砂輪來(lái)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(duì)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(huì)收到事半功倍的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果