“磨料”是砂輪中負責研磨切削的粒子,通常都具備銳利、堅硬的特點。最早磨料可根據(jù)來源被分為天然磨料和人造磨料,不過天然磨料由于性能不太穩(wěn)定,因此在很多應用上已經被人工磨料所取代。
而在人工磨料中,其實還有“一般磨料”和“超級磨料”的差異。超級磨料這個名,一聽就特別牛逼。但有道是沒有金剛鉆就別攬瓷器活,超級磨料到底“超級”在哪里,下面便來了解了解。
“超級磨料”的定義
“超級磨料”一詞,來源于通用電氣(GE)公司在1970年代時開發(fā)的一種用于切削工具的多晶金剛石(PCD)材料。在當時,這種非常堅硬且易碎的材料被認為是對切削工具的重大改進。
目前,業(yè)界一般將金剛石和CBN(立方氮化硼)稱為超級研磨顆粒,而WA(白色氧化鋁)、A(褐色氧化鋁)、GC(綠色碳化硅)等則稱為一般研磨顆?!陀捕榷?,金剛石可視為碳化硅系的最高級,而CBN則是氧化鋁系的最高級。
金剛石磨料
超級磨料之所以能夠成為磨料屆一霸,主要原因在于制造業(yè)為了提高關鍵零部件性能,不斷地改進金屬合金材料的結構,導致這些材料越來越硬。而一種材料要想拋光另一種材料,就必須得比它硬,因此一般磨料逐漸變得有心無力,而硬度更高的超級磨料則脫穎而出。
“超級磨料”的分類及應用
超級磨料主要可分為以下幾類:
區(qū)別 | 種類 | 代號 | 制造方法及性狀 |
金剛石 | 天然金剛石 | D | 天然金剛石是在地球內部的高溫、高壓下形成的立方晶系的結晶物,在天然形成的礦物中最為堅硬,努氏硬度達到7000,在高溫下會與鐵、鎳等發(fā)生化學反應,因此不適用于鐵系金屬的磨削 |
合成金剛石 | SD | 碳粉加上金屬催化劑,在高溫、高壓下形成的人工制品 | |
鍍金屬合成金剛石 | SDC | 將上述金剛石鍍上Ni、Cu等金屬的產品 | |
CBN | 立方氮化硼 | BN | 在六方氮化硼中加入金屬催化劑,在高溫高壓下形成的人工制品。它與金剛石有同樣的結晶構造,努氏硬度為4700。能在高溫下也保持穩(wěn)定,因此多用于鋼類材料的磨削。 |
鍍金屬立方氮化硼 | BNC | 將上述的CBN鍍上Ni、Ti化合物等物質的產品。 |
不同于一般磨料可以整個砂輪都由磨料和粘接劑構成,超級磨料的砂輪由于超級磨料成本較高,切削力強(切削力是一般磨料的2~5倍),消耗量也較少,因此只會有最外圈一層磨料,中心部則由金屬或陶瓷構成。
CBN砂輪
但超級磨料硬度高,不代表它就是萬能的。由于不同的磨料具有不同的特性,因此原則上來說,氧化鋁系適合抗拉強度高的工件,砂輪與工件接觸面積大時使用WA;碳化硅系適合抗拉強度低的工件,工件為硬脆材料或砂輪與工件接觸面積大時使用GC;特別難切削的材料則適用鉆石(D)或立方晶氮化硼(CBN)。
其中,金剛石磨具是磨削硬質合金、光學玻璃、陶瓷等硬脆材料的最佳磨具,但因其在700℃~800℃時容易碳化,所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。CBN磨料能耗承受1300℃~1400℃的高溫,對鐵族元素化學惰性大,導熱性好,磨鋼料時的切除率高,磨削比大,磨具壽命長,是磨削淬硬鋼、高速鋼、高強度鋼、不銹鋼和耐熱合金等高硬度韌性大的金屬的最佳磨料。
“超級磨料”的其他特點
磨削加工屬于工件材料的去除,因此會產生很高的能耗——磨料顆粒同工件的摩擦、包裹磨料的結合劑同工件的摩擦,這些能量在磨削區(qū)會以磨削熱的形式表現(xiàn)出來的。通常情況下,磨削產生的切削熱80%以上傳入工件,10-15%傳入砂輪,其余由磨屑帶走。這些高溫往往會引起工件表面熱損傷的產生,影響工件質量。
但超級磨料有一個優(yōu)勢,就是它研磨熱的傳導方向多半會往磨料方向釋放。這是因為超級磨料往往都具有良好的熱傳導性(CBN磨料的導熱率大約是氧化鋁的30多倍),因此會有更多的磨削能傳遞給了砂輪本身,對工件的傷害較少。
(圖片來源:生堯砥研)
但超級磨料要想做成砂輪,在成型上會比較困難,修整也耗時,價格也偏高,因此到底使用哪種砂輪,最終還是要針對不同的研磨需求及加工材質來選擇,最終才能發(fā)揮事半功倍的效果。
粉體圈 小榆整理
作者:粉體圈
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