超精磨金属结合剂CBN砂轮

　　实验以陶瓷结合剂为基础结合剂，通过添加金属粉和陶瓷空心球改善砂轮性能，制备适合端面超精密的CBN金属陶瓷砂轮。

　　实验首先将临时粘结剂加入，待临时粘结剂溶解后，再将填料、磨料、结合剂、空心球，机械搅拌均匀。将混合料在冷压机上以80Mpa的压力成型，再把坯体放在真空炉中烧结至所需温度。烧结好的砂轮样品黏结基体后经粗加工，精磨，检测后即得砂轮产品，如下图所示。

　　以砂轮的寿命和加工工件表面粗糙度为考察目标，首先确定CBN磨料的粒度及陶瓷空心球的粒度，以此保证加工出工件表面粗糙度，再调整各组分的添加量，尽量提高砂轮的寿命。

CBN粒度对砂轮性能的影响

　　如果加工工件表面粗糙度要求比较高，就要选择细一些的磨料。在保证表面粗糙度的前提下，还尽量选择粒度粗一些的磨料，以提高砂轮的锋利性，提高加工效率。不同粒径的CBN磨料，对砂轮寿命和工件表面粗糙的影响见下图。

　　从上图可以看出，20μm和40μm的CBN磨料加工出的工件表面粗糙度较好，Ra都在0.1μm以下，但60μm的磨粒加工出来的工件表面粗糙度偏高，不适合选用;而20μm的CBN微粉制备的砂轮的寿命低于40μm磨料制备的砂轮寿命。综合考虑砂轮寿命及加工工件表面粗糙度，实验优选40μmCBN磨料。

空心球粒度对砂轮性能的影响

　　陶瓷空心球的粒度对砂轮寿命及加工工件表面粗糙度的影响见下图。

　　从上图可以看出，当添加的空心球的粒度达到120mesh时，加工出来的工件表面粗糙度Ra高达0.15μm，已不能满足表面粗糙度Ra为0.1μm的要求。陶瓷空心球粒度的增加使砂轮的锋利性降低，加工出来的工件表面粗糙度随之降低，且砂轮寿命增加。这可能是由于粗粒度的空心球在砂轮中产生的空隙较大，影响结合剂对磨粒的把持力，导致部分磨料的提前脱落。所以，要综合考虑砂轮的性能，保证砂轮加工出工件表面粗糙度及寿命上达到要求的情况下，尽量选择锋利性好的配方。实验结果表明，添加的陶瓷空心球最佳粒径为120mesh。

空心球体积分数对砂轮性能的影响

　　空心球体积分数对砂轮寿命及加工工件表面粗糙度的影响见下图。可以看出，随着空心球体积分数的增加，砂轮的寿命急剧下降，当空心球体积分数达到35%时，砂轮加工工件不到3000件，同时加工工件表面粗糙度Ra达到0.15μm时。空心球体积分数为15%时，砂轮锋利性略差，加工一定数量的工件后需要修正，所以，兼顾砂轮的锋利性、寿命及加工工件表面粗糙度，陶瓷空心球体积分数为20%。

金属粉体积分数对砂轮性能的影响

　　金属粉体积对砂轮寿命及加工工件表面粗糙度的影响见下图。

　　从上图可以看出，工件表面粗糙度随着金属粉体积分数添加量的增加逐步改善，但砂轮的寿命却随金属粉体积分数的增加而下降。当金属粉体积分数增加至12%时，砂轮的寿命已经较大下降。过多的金属粉还会使砂轮的锋利度降低，使得砂轮在切削过程中，容易粘屑，甚至烧伤工件。综合考虑砂轮的性能优选添加体积分数为9%的金属粉。