隨著加工制造業迅速發展的飛速發展，航空航天、醫療器械、儀表制備、電子產品、寶石等領域對工件的表面光潔度、尺寸精度都提出了新的要求，一些精密儀器的加工精度需要達到微米甚至是亞納米級，磨削加工技術越來越朝著超精密，高效率方向發展。為提高精密磨削加工效率，自銳性好，磨除率高，加工工件表面光潔度好的堆積磨料得到了越來越廣泛的應用，堆積磨料制品也越來越廣泛地應用于磨削加工領域。

精密零件拋光

堆積磨料切削拋光機理

堆積磨料是通過特殊的造粒方式，用粘接劑把細顆粒磨料粘接起來，通過燒結使其成為具有一定強度和形狀的磨料聚集體。因此，每一個堆積磨粒在磨具中都相當于一個微型砂輪，磨削過程中每個微型砂輪相互獨立起磨削作用，微型砂輪中結合劑牢固把持著磨粒，磨具中結合劑又牢固把持著微型砂輪。

類多晶（堆積）磨料切削原理圖

相對于單顆粒磨料磨具，堆積磨料磨具的出露高度較高，每個微型砂輪中有多個磨粒表面露出，磨削工件時每個磨粒都參與磨削。

堆積磨料相比于普通磨料，主要有以下優勢：

1.特殊的磨粒結構和自銳性

堆積磨料從外觀上看是由一系列粗大的磨粒構成，實際上每個大磨粒都是由很多微細的氧化鋁、碳化硅、超硬材料等磨料組成，大顆粒上的微細磨料隨機排列，這樣在整個磨削過程中細顆粒就一點一點地磨損，殘砂隨機脫落，露出嶄新的完整磨料繼續作工，形成的多層磨料磨削，這種多層次連續作業的磨削方式大大優于傳統的單顆粒磨削方式。

2.效率高使用壽命長

堆積磨料將磨料進行了聚合，所以單位面積參加磨削的磨料更多，提高加工效率和工件加工質量，確保產品質量的穩定性、可靠性，制備成的磨具使用壽命也更長。

3.磨削質量好

堆積磨料磨削工件時不會隨時間的推移而出現磨削量下降和粗糙度差別，前后比較穩定。這說明堆積磨料磨削表面效果更穩定，一致性更好。

4.磨削熱低

通常磨削的瞬間溫度過高且集中在工件表面層的局部部位，將造成工件表面金相組織的局部變化，形成磨削燒傷。燒傷現象將引起工件表面機械性能下降，降低工件硬度和耐用性，縮短工件的使用壽命。普通磨料隨著磨削時間的推移，磨粒不斷被磨鈍，而無法自銳，因而磨削狀態漸漸由切削狀態變為滑擦狀態，從而導致磨削區溫度上升，造成工件表面燒傷；堆積磨料因有多層磨粒，在磨削過程中會不斷脫落，露出新的砂粒銳角，從而使整個過程處于切削狀態，避免了工件表面產生過量的磨削熱，同時脫落的磨粒，也能帶走大量的磨削熱和切屑，保證了工件的表面質量。

堆積磨料的應用

堆積磨料因自銳性好、磨除率高、耐磨性好、與結合劑潤濕性好的特點，被越來越多的應用于磨具制品并起到了良好的磨削效果，目前廣泛應用于固結磨具、涂附磨具、拋光液中。國內對超硬材料堆積磨粒的應用還處于研發階段，天津大學、南京大學、南京航空航天大學、河南工業大學等對堆積磨粒的應用展開了大量研究，目前在研磨墊(FAP)、砂帶、拋光液的應用方面取得了階段性成果。國外應用堆積磨料的磨具主要有砂帶、磨頭等，發展比較好的有美國3M、德國VSM、德國赫美斯、日本牛頭、韓國路牌等。

1.堆積磨料在固結磨料研磨墊中的應用

固結磨料研磨技術是目前光學元件、半導體、精細陶瓷、藍寶石等工件超精密加工的主要方法之一，相比傳統游離磨料研磨加工，固結磨料研磨技術具有更高的磨削效率和更低的成本。固結磨料研磨墊是將一定比例的磨料及輔助添加劑與所需硬度的樹脂混合均勻，再在磨具中固化成型，制成一個以PC板為支撐，混合物為磨料層的扁平狀磨料墊。

固結磨料研磨墊

利用單顆粒金剛石作為固結磨料研磨墊(FAP)磨料，雖然能夠獲得較高的工件磨除率，但是由于單顆粒金剛石硬度極高，對工件表面劃傷嚴重，極大地影響了工件的表面質量，而且由于FAP中結合劑硬度較低，容易磨損，會造成金剛石浪費。將陶瓷結合劑堆積磨料應用于FAP就很好地解決了這一難題，且具有很好的自銳性，單顆粒磨料鈍化時只有鈍化的金剛石脫落而不影響其他金剛石參與磨削。在一些硬脆工件的超精密加工中，堆積磨料FAP獲得了較好的磨削效果，特別是在氟化鈣、氧化鋯陶瓷、石英玻璃超精密加工中效果顯著，不僅獲得了高的磨除率，而且工件的表面質量、亞表面損傷程度都較單顆粒磨料FAP有所改善。

2.堆積磨料在涂覆磨具中的應用

砂帶是一柔性涂覆磨削工具，將磨粒固定在一個彈性基體上，以傳動設備使其繃緊，并使其以一定的速度轉動，工件在砂帶表面材料的磨粒切削作用下不斷減少。由于砂帶磨削溫度低，富有彈性，且磨料之間空隙大，所以以砂帶作為磨削工具加工出的工件表面質量好，磨削過程不易阻塞。但是砂帶中結合劑對磨粒的把持力不高，磨削過程中磨粒極易從砂帶上脫落而造成砂帶壽命很低。

堆積磨料砂帶

將堆積磨料用于砂帶很好地解決了砂帶壽命短，連續磨削困難的問題，并且以樹脂或陶瓷為結合劑的堆積磨料在磨削工件時獲得了較單顆粒磨料更高的磨削效率和表面質量，尤其是在難磨金屬的磨削、打磨、拋光中獲得了較好的磨削效果。難磨金屬材料是指一些硬度高、易粘連的金屬，如鈦合金、鋁合金、高硬度金屬、高溫合金、不銹鋼等，這類材料是典型的難加工材料，并且廣泛應用于國民生產的各個行業，解決這類材料的加工問題，可以提高整個行業的生產效率。

難磨金屬精密零件拋光

3.堆積磨料研磨液的應用

研磨液就是將磨粒通過分散劑分散到液體介質中形成的具有磨削作用的液體，磨削液的磨粒游離在工件與磨具之間，通過滾動滑擦起磨削作用，加速工件去除，并且起修整工件表面的作用。

傳統的金剛石拋光液在對陶瓷、玻璃、石材、硬質合金等硬脆性材料的拋光過程中存在拋光效率低、工件表面一致性較差等問題，因而限制了其在研磨拋光領域中的應用。將堆積磨料應用于研磨液，有效解決了這些問題，目前堆積磨料研磨液應用于藍寶石襯底的研磨拋光，獲得了較好的磨削效果。

藍寶石襯底拋光

總結

堆積磨料在FAP、砂帶、研磨液中發揮獨特的優勢，特別是在硬脆材料、難磨

金屬材料的精密加工中提高了磨具的磨削效率，改善了工件的表面質量。當然，堆積磨料的應用并不局限于上述三類磨具制品，也可以應用于樹脂或金屬結合劑砂輪中，以解決樹脂結合劑砂輪把持力小、耐熱性差和金屬結合劑砂輪自銳性差等問題。相信隨著工業技術的發展，堆積磨粒的應用會越來越廣泛，將會起越來越重要的作用。

參考來源：

1.堆積磨料制備技術及堆積磨料砂帶應用現狀，劉鵬展、鄒文俊、彭進（超硬材料工程）；

2.堆積磨料的研究開發與應用，栗正新、王兆武（中原工學院學報）；

3.新型微晶磨料的研究，劉霏（天津大學）。

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