鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司  安建民

鄭州磨料磨具磨削研究所  王光祖、劉金昌 

摘  要：本文介紹了金剛石、立方氮化硼砂帶所具有的特性及國內外發展情況。因超硬材料砂帶具有高效、精密、節能、節材、環保的特點。加之我國既是超硬材料大國，又是機械制造大國，具有開發和應用超硬材料涂附磨具的優勢，目前我國已研制成功超硬材料砂帶，為開展超硬材料砂帶磨削試驗創造了條件，促進我國制造業的發展。

Abstract:This article introduces the characteristics and development at home and abroad of diamond and CBN abrasive belts. With the particular advantages on superhard material coated abrasives, China has developed superabrasive belts successfully. This has created favorable condition for grinding experiment of superabrasive belts and promoted the manufacturing development. The characteristics of superabrasvie belts are high efficient, precise, energy-saving, material-saving, environmental-friendly.

關鍵詞：金剛石砂帶、砂帶磨削、高效、節能、環保。

Keywords: Diamond abrasive belt, abrasive belt grinding, high efficient, energy-saving, environmental-friendly

1.  引言

　　高效、精密、節能、節材、環保是現代制造業發展的總趨勢。超硬材料（金剛石與立方氮化硼）工具，包括超硬材料砂帶，將在這個發展過程中扮演重要的角色，本文將就大力發展超硬材料砂帶的重要性、必要性和可行性談點粗淺的看法。

　　金剛石、立方氮化硼是目前已知的世界上硬度最高的兩種材料，由于其硬度高、耐磨性好、導熱率高等，是普通磨料（剛玉和碳化硅）無法比擬的。西方發達國家從對人體健康和環保的目的出發，已興起使用超硬材料砂紙、砂布等涂附磨具，并有逐步取代剛玉、碳化硅等普通磨料涂附磨具的趨勢。目前美國、德國、英國、瑞士等囯家均有相關產品的生產與銷售，而且形成系列超硬材料涂附磨具產品。

　　用超硬磨料加工硬脆和硬韌性難加工工件時，其消耗量極小，而且可以較長時間保持其鋒利度和磨具外形，不僅可以保證工件的加工精度，而且大大提高了加效率，同時解決了對環境的污染問題，符合囯家在制造業中所推行的節能、節材、環保、低碳等發展戰略。

　　２.超硬材料砂帶的現狀

　　超硬材料涂附磨具是指用粘結劑把超硬材料（人造金剛石或立方氮化硼）磨粒粘附在柔性可撓曲基材上的磨具，也就是“砂布或砂紙”。

　　隨著現代機械加工的不斷發展及各種新型材料的不斷出現，對加工精度和表面粗糙度要求越來越高，其先進的磨削技術和磨具，尤其是涂附磨具向高效率、高壽命和超精密的方向發展。因此，超硬材料涂附磨具的研制和應用悄然興起，在汽車、電子、石材、建材、玻璃、寶石、不銹鋼及淬火鋼等難加工材料的特殊加工領域得到了廣泛應用。

　　世界著名的磨具公司，如3M公司、NORTON公司產品目錄中有大量的超硬材料涂附磨具產品，從汽車車身的拋光到發動機曲軸、凸輪軸、發動機的加工都是需要CBN、金剛石砂輪和聚酯薄膜砂帶進行加工。

　　值得指出的是，近年來，我國汽車工業和機械制造業蓬勃發展，按理需要使用大量超硬材料涂附磨具，例如，汽車曲軸、凸輪軸、萬向軸的拋光、硅鋁合金發動機都需要用CBN和金剛石涂附磨具。但是目前國內所有汽車合資企業大部份采用進口涂附磨具，主要進口美國3M公司的涂附磨具產品。

　　我國超硬材料涂附磨具是最近發展起來的新產品，尚未有一個系統完整的產品分類。如按磨粒材料不同分為金剛石涂附磨具和立方氮化硼涂附磨具兩大類。尤其值得注意的是，超硬材料砂帶的成功應用，在磨削難加工材料如硬質合金、石材、陶瓷、鐵基合金等方面。超硬材料砂帶則顯示出其獨特的優勢，從用作一般精度要求的工件磨削發展到高精密、超高精密零件的磨削。由于超硬材料砂帶的應用，使砂帶工作壽命大幅度提高，使砂帶磨削領域擴大，可用于濕磨、干磨、高速磨、重負荷磨削以及高精度精密零件磨削拋光，享有“萬能磨削”的美譽。

　　３.超硬材料砂帶磨削技術

超硬材料砂帶分樹脂粘結劑和金屬結合劑兩種，樹脂超硬材料砂帶與普通磨料砂帶在結構上基本相同，而金屬結合劑砂帶則采用電鍍工藝制造，但砂帶的主要結構基本相同，均由基材、磨料、粘結劑所構成。

　　３.1.  超硬材料砂帶磨削的主要特點：

　　３.1.1.砂帶磨削是一種柔性磨削技術，具有磨削、研磨、拋光多種作用的復合加工技術。

　　３.1.2.砂帶磨削的效率非常髙，因為超硬材料砂帶磨粒分布方式的特殊性，對于有磨削量要求的40^#~240^#砂帶，砂面磨粒分布圖型為箭頭狀分布（見圖1），基體采用X—WT、Y—WT和PU，磨削鋒利、效率高、排屑性好、粉塵少；對于精細磨削選用320^#~2000^#粒度的砂帶，且砂面磨粒分布圖型則采用圓點狀分布（見圖2），基體采用J—WT，其產品具是砂帶柔軟，排屑性好、噪聲小、粉塵少、加工精度和光潔度高等諸多特點。

圖1  呈箭頭狀分布的金剛石砂帶  

圖2  呈圓點狀分布的金剛石砂帶 

　　３.1.3.砂帶磨削表面質量高。這是因為砂帶磨削除了具有磨削、研磨和拋光的多重作用外，砂帶磨削還具有“冷態”效應、平衡狀態易于控制、磨削速度穩定等。

　　３.1.4．砂帶磨削精度高，最高精度已可達到0.1μm。

　　３.1.5．砂帶磨削成本低，設備簡單、操作簡便，輔助時間少、磨削比大，機床功率利用率高，切削效率高。

　　３.1.6．砂帶磨削安全性好，噪聲小、粉塵少、環境效益好。

　　３.2． 砂帶磨削的應用范圍

　　３.2.1.金剛石砂帶的應用范圍

　　金剛石砂帶特別適用于硬脆非金屬材料和非鐵金屬的加工，因此廣泛用石材、建材、玻璃、特種陶瓷、單晶硅、多晶硅、寶玉石及硅鋁合金、硬質合金等硬脆材料制品復雜形面的磨拋加工。隨著我國建筑業、電子工業、光伏產業的高速發展，一定會為國產金剛石砂帶及各種異形制品的發展和應用創造勃勃生機。

　　3.2.2.  CBN砂帶的應用范圍

　　由于CBN的硬度僅次于金剛石，加之砂帶磨削時磨削力小、磨削溫度低、磨削比高、化學穩定性好等優勢，特別適合對又硬又韌的鐵基合金的加工，如含釩合金鋼、鈷合金鋼等特種高速鋼刀具的刃磨粗磨加工；耐熱鋼、不銹鋼和高硬度的合金結構鋼制成的精密零件的精磨和終磨；因其有磨削力小、磨削溫度低的特點，是鈦合金磨加工的理想磨具，因不引起機床導軌的變形，更適用于機床導軌、儀表和微型軸承零件的精磨和終磨；復雜型面工件（插齒刀，高精度齒輪，靠磨，葉片等）的加工；其他剛淬火工具的精磨及對局部熱應力和熱沖擊敏感的各種材料零件的磨削。

　　３.2.３. 適用于對復雜形面的磨拋加工

　　超硬材料砂帶制品有環形砂帶、砂圈、磨片、手擦磨塊等(見圖3、圖4、圖5、圖6)，能加工表面質量及精度要求高的各種形狀的工件。不但使用壽命較長,而且磨削效率高。例如鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司開發的100^#電鍍金剛石涂附磨具軟磨片，加工石材的使用壽命是樹脂金剛石軟磨片的8-10倍；鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司所開發的CBN砂帶，經重慶三磨海達用六軸聯動砂帶磨床加工耐熱不銹鋼汽輪機葉片，一條CBN砂帶可連續加工18-20小時，并且工件表面質量好，而采用德國VSM產718普通堆積磨料砂帶，一條僅可連續加工2個小時。

　　4． 超硬材料砂帶的發展趨勢

　　4.1.專用粘結劑的開發。由于超硬材料砂帶不同的使用領域對粘結劑性能要求不同，因此針對具體使用領域專用粘結劑的開發,將是必要的；

　　4.2.微粉級超硬磨料植砂的研發。國內現在采用手工植砂，其缺點是磨料的分布均勻性、定向性不能得到有效控制，美國3M公司采用點膠機制造樹脂點膠型砂帶，能較好解決磨粒分布均勻性、砂帶柔軟性等問題，并能節省超硬磨料的用量，降低成本。

　　4.3.高精密與超精密超硬磨料砂帶的研制。目前，精密磨削通常是指加工精度為3～0.3μm和表面粗糙度為Ra0.3～0.03μm的加工技術，超精密磨削則要求加工精度達到0.3～0.03μm，粗糙度達到0.03～0.05μm。由于超硬材料砂帶的基本特性，將其應用于精密與超精密磨削是未來的主要方向之一。

　　5. 結論

　　5.1.超硬材料砂帶具有超硬材料“硬”和涂附磨具“柔”的雙重特性，是“剛”和“柔”的最佳組合。符合現代高速、高效、精密、節材、節能、環保加工技術發展的戰略要求，把涂附磨具推向頂峰，具有重要的技術經濟價值。

　　5.2. 超硬材料砂帶不僅是高科技的涂附磨具產品，也是高附加值高效益的產品，它的質量和水平往往標志一個國家涂附磨具生產加工水平,努力發展超硬材料涂附磨具是可行的,也是必要的。

　　5.3.具有龐大的石材、陶瓷、玻璃、ＩＴ、光伏、汽車工業和機械工業，內需的空間巨大，因此，大力發展超硬材料砂帶制品是十分必要的。

　5.4.我國是世界超硬材料生產超級大國，品種齊全、價格低廉，貨源充足，為大力發展超硬材料砂帶制品奠定了可靠的物質基礎與保障。

　　5.5.超硬材料比普通磨料要貴得多，但從高性能、高壽命、高性價比考慮，使用超硬材料砂帶才是高效率、高效益和高性價比的工具，因此，我們認為，超硬材料的所謂價格貴，不應成為大力發展超硬材料砂帶產品的障礙。而是應該充分利用其它國家無法比擬的，價格低廉的超硬材料資源優勢，大力發展我國的超硬材料砂帶，促進國內外制造業的發展！

　　參考文獻：

1、黃云、黃智編著，現代砂帶磨削技術及工程應用[M]。重慶大學出版社，2009；

2、呂智、鄭超等著，超硬材料工具設計與制造[M]冶金工業出版社，2010；

3、劉志環、王進保等，超硬材料砂帶的研究現狀和發展趨勢[C]中國超硬材料發展論壇論文集，2008，6：86~89

4、陳富田、呂智等，兩種磨料柔性磨輪加工性能對比分析[C] 中國超硬材料發展論壇論文集，2008，6：157~169

　　5、康士臣，砂輪磨削與砂帶磨削的比較[J]機械工程師，1999，9：48

6、鄭超、呂智，超硬材料涂附磨具現狀[C]第五屆鄭州國際超硬材料及制品研討會論文集，2008，9：202~208

注：本文完成于2010年8月，由鄭州瑞特金剛石砂帶有限公司安建民、鄭州磨料磨具磨削研究所王光祖、劉金昌共同完成。