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1、超硬材料涂附磨具摘要：文章介绍了当代涂附磨具尤其是超硬材料涂附磨具的发展情况，在指出涂 附磨具尤其是超硬材料涂附磨具的发展方向，分析我国涂附磨具产品的存在问题的基础上， 依次介绍分析了砂带的磨削机理与特点，超硬材料涂附磨具的类型和规格，超硬材料涂附磨 具生产工艺流程，超硬材料涂附磨具生产设备以及当前研制超硬材料涂附磨具的着重点。关键词：超硬材料涂附磨具；金刚石工具；综述，集体；磨料；粘接剂超硬材料涂附磨具是指用粘接剂把超硬材料（人造金刚石或立方氮化硼）磨粒粘附在柔 性，可挠曲基材上的磨具。目前，磨料固结磨具，涂附磨具和超硬材料磨具（包括固结磨具和涂附磨具）行业已发 展为规模大，品种多，门类齐全
2、的工业体系。涂附磨具由于其产品的多样性，涉及使用范围 极广，如航空航天，汽车，机械加工，木材加工，玻璃，造船，建筑，自行车，不锈钢制品, 硬质合金制品等制品，零件的表面磨削，抛光，修饰，均要选用涂附磨具，所以国际市场占 有率在不断上升。美国2002年的磨具工业产值是32亿美元，其中涂附磨具（包括超硬材 料涂附磨具）相关产品为16亿美元，占50%。在我国，涂附磨具工业也逐步成为磨料磨具 行业中新的经济增长点，并随我国经济的高速发展而得到突飞猛进的发展。随着现代机械加工工业的不断发展及各种新型材料的不断出现，对制品，零件的加工精 度和表面粗糙度的要求越来越高，这就要求相应的先进的磨削技术和磨具，尤
3、其是涂附磨具 向更高效，高寿命和超精密的方向发展。为此，超硬材料涂附磨具的研制和使用异军突起， 在涂附磨具中的占有率逐年增加，在汽车工业，电子工业，玻璃加工，宝石加工，不锈钢， 淬火钢等难加工材料的特殊加工领域得到了广泛的应用。世界著名的磨具公司，如美国3M 公司，NORTON公司的产品目录中有大量的超硬材料涂附磨具产品。国外在汽车工业中， 汽车车身的抛光和发动机曲轴，凸轮轴的加工否是用高档超硬材料砂纸和聚酯薄膜圆片进行 的，而我国目前在汽车制造行业，正在大量使用进口的高档涂附磨具，其中很大比例是超硬 材料涂附磨具。近20年来，我国许多大中型企业相续引进了德国，美国，瑞士等先进工业国家的砂带
4、成套设备和专业技术，使我国涂附磨具品种和质量都提高到一个新的水平。但与世界先进水 平相比仍有很大差距，而且在超硬材料磨具产品生产方面几乎是空白。我国是世界上超硬材 料生产的超级大国，相信经过努力，我们一定会逐步缩小与国际先进涂附磨具产业之间的差 距，在不久的将来，赶上世界先进水平。1涂附磨具的发展方向涂附磨具制造中常涉及的三大要素是基体，磨料和粘接剂，三种要素中任一种的改进, 都会使涂附磨具产品性能发生变化。当今涂附磨具正朝着专用，精密，强力高效的方向发展, 而高效则以高速，强力，重负荷打磨为主，因此仅材料性能的改进已很难使产品同时具备各 项优点，这就要求从根本上改变植砂，上胶等在内的涂附磨具
5、产品基本结构。涂附磨具三大 要素的发展如下：1. 1基体基体是涂附磨具中磨料和粘接剂的承载体，是提供磨削或抛光加工的基础材料。基体材 料主要有4种：纸基，布基，复合基和无纺布。纸基是最早出现的基材，但由于负载能力 和耐水性等因素的限制，现多用于木材加工的宽砂带和手工打磨。目前我国国产纸基的强度, 均匀性，耐水性均达不到砂带生产的要求，砂带用纸多半进口，目前砂带纸基中耐水纸已经 从浸渍纸发展到乳胶纸。布基产品的各种性能均优于纸基，而且随着涂附磨具朝着高效，高 速，重负荷及向专用精密方向发展，也经历了一个从普通棉布基材到合成纤维基材的研制和 使用过程，并逐步以人造纤维代替了传统的棉布。现在布基材的
6、种类有棉，麻，人造纤维, 合成纤维和聚酯纤维等。近10年来在大面积强力磨削方面大力发展了人造棉和聚酯纤维布, 特别是后者，它具有更好的抗拉强度和较低的延伸率，延伸率小于1.5%，耐热性，耐水性 好，表面平整，经处理后径向断裂强度高，径向断裂强度大于3500N/5cm，最高径向断裂 强度达5000N/cm,纬向断裂强度大于600N?cm，因此使用它作为砂带和其他涂附磨具基材 是目前的一个趋势。聚酯布目前有100%短纤维聚酯布和65%短纤维聚酯布和35%棉混合 布三种。在精密磨削领域，轻型柔软基材和聚酯透明薄膜基材引人注目，特别是用聚酯薄膜 基材制成的砂带和超硬材料涂附磨具，可用于精度要求高的曲轴
7、抛光、磁头精加工及光纤头 的表面抛光，这类产品以美国3M公司的SMSD系列产品为代表。图1为金刚石聚酯薄膜 圆片、砂带等产品图。图2为金刚石砂带、聚酯薄膜圆片和软磨轮的产品以及被加工的汽 车抛光轴、凸轮轴和光导纤头等产品图片。无纺布使将天然纤维和合成纤维分别或混合制成 的一种纤维网，再通过加热、加压或粘和的方法形成的宽幅大卷。它必须粘在布基或纸基上 才能制成砂带或无纺布轮。它表面弹性及抛光性能好，常用于金属表面的研磨与抛光。图1薄膜圆片、砂带图Fig.1 Diam ond gri nding discs and belts with mylar basef图2超硬材料涂附磨具和被加工零件图Fi
8、g.2 Coated superhard abrasives tools and the parts being processed1.2磨料磨料是涂附磨具上起磨削、研磨和抛光作用的一种粒状物质。磨料总的来说分为天然磨 料和人造磨料，天然磨料有火石，石榴石，天然刚玉等，人造磨料分锆刚玉，棕刚玉等刚玉 类磨料，黑、绿碳化硅等碳化硅类磨料及金刚石、立方氮化硼等超硬材料磨料等。由于涂附 磨具加工领域不断扩展，现已涉及钢件，铸铁件，铝铜件，不锈钢，合金钢，高中密度纤维 板，胶合板，刨花板，玻璃，皮革等，所以传统的磨料已不能满足要求，需改进磨粒性能以 适应各类材料加工的需要。目前值得注意的是已发展起来的
9、锆刚玉和陶瓷型磨料两种。近年 来，由于我国超硬材料产量的大幅度提高和成本的下降，为涂附磨具应用超硬材料提供了有 利的条件。金刚石砂带的寿命远远长于碳化硅砂带的寿命，尤其适合硬脆的难加工材料或者 特殊用途的高精度、超高精度产品的加工，诸如硬质合金零件的抛磨加工、宝石，陶瓷的软 磨轮异型抛光和牙科的临床应用等。立方氮化硼砂带更适合于砂带磨削机床对零件的加工， 从一般的砂带平面磨床，内外圆磨床到数控多工位自动砂带磨床都可以使用，尤其使在机械 制造工业、汽车制造业的应用与日俱增，与之相应的使立方氮化硼砂带的研究和提高必然要 受到业内行家的青睐和重视。美国3M公司已经有许多成熟的产品。反之，我国已经成为
10、世 界超硬材料涂附磨具磨料的最大出口国，却没有本国生产的超硬材料涂附磨具产品。1. 3粘接剂将超硬材料磨粒粘附在基材上的粘接剂是涂附磨具的重要组成部分。粘接剂的种类目前 有水溶性酚醛树脂改性和脲醛树脂改性两大类。在涂附磨具上大多是多种树脂粘接剂混合使 用，并且加入足量的填料以增强粘接剂本身的韧性。改善粘接剂性能和改进磨削性能。作为 粘接剂的附属。超涂层的应用又是涂附磨具产品中的一大创新。在超涂层中粘接剂含量很少， 主要成分是含硫或其他卤素元素组成的化学添加物，超涂层能很有效的改善加工性能，对研 磨磨削中的堵塞和表面烧伤问题均有很大改善作用，在磨不锈钢、钛合金钢时具有特殊的优 越性。1. 4砂带
11、磨削技术的发展砂带磨削技术已进入现代化发展的新阶段。欧美工业发达国家十分重视砂带磨削技术的 开发研究和应用，尤其值得注意的是超硬材料砂带的成功应用，使其在磨削难加工材料如硬 质合金、宝石、陶瓷、钛合金等方面显示出独特的优势。从用一般精度要求的工件磨削发展 到高精度、超高精密零件的磨削，再到成功地应用于磁盘、磁头、录像机、复印机和光导纤 头等精密零件的磨削抛光，超硬材料砂带的应用领域日益扩大。此外，就砂带磨床的种类而 言，由起初的手工砂带磨床，发展到电动砂带磨床，再到及你一步研制出自适应控制的自动 砂带磨床，在生产效率和自动化程度提高的同时，加工精度也实现了可控化。由于超硬材料 砂带的应用，在砂
12、带的工作寿命大幅度提高的同时，磨削加工领域也不断扩大，可用于湿磨、 干磨、高速磨、大吃刀深度的重磨削以及高精度精密零件磨削抛光。总之，国外先进国家的 砂带磨削技术发展迅速，应用日益广泛，而超硬材料砂带不仅是高科技的涂附磨具产品，也 是高附加值高效益的产品，它的质量和水平往往标志一个国家涂附磨具生产加工水平，也能 带来很高的经济效益。尽管如此，国外学者仍在加强对砂带磨削机理的研究，不断探索高效， 高寿命的磨削技术，使之与特种加工方法和现代化技术紧密结合，如自适应控制、CNC自 动控制和PLC的人工对话等。同时还研究超声砂带磨削技术、点解砂带磨削技术和电镀砂 带磨削技术的应用。金刚石或立方氮化硼电
13、镀砂带已经是成熟的产品，并应用于各相关领域。图3所示为美国3M公司超硬材料涂附磨具各类产品：砂带、研磨盘、手用研磨条、抛 光块和聚酯薄膜圆片等等；图4显示在装有金刚石研磨盘的机械上加工宝石。图3美国3M公司超硬材料涂附磨具各类产品Fig.3 Various products of costed superhard abrasive tools made by 3Mcorporati on in USA图4在装有金刚石圆磨盘的机械上加工宝石Fig.4 Process ing a gem by using the mach ine with diam ond gri nding plate bei
14、ng in stalled2我国涂附磨具发展现状我国生产和使用涂附磨具历史悠久，但真正运用砂带磨削始于上实际50年代末由 航空工业部从苏联引进仿形窄砂带磨床用于加工发动机叶片。当时我国试验生产了用圆筒布 为基体的无接头砂带，但由于设备、工艺技术水平等的限制，只能生产宽度在600mm以下， 长度在3000mm以内的小型布基无接头砂带，且长期以来，已知局限在少数航空和军工部 门使用。直至上世纪80年代第二砂轮厂（现白鸽集团股份有限公司）和上海砂轮厂、济南 砂轮厂、北京东升砂布厂等国营大中型企业相续引进了德国、瑞士等国家的砂带成套设备和 专业技术，才使我国的涂附磨具品种和质量提高到一个新的水平，目前
15、，白鸽集团已成为国 内最大的砂布生产厂商，它引进的德国全套高档涂附磨具什产线包括棉布处理线，涂附磨具 制造线和砂带转换线，使用了多种棉布基材、各种纸基材、全树脂R/G的多种粘接剂以及 采用静电植砂工艺，多方向柔曲工艺，超涂层工艺，砂带搭接和对接工艺等，从基体的处理 到砂带和涂附磨具的转换等都应用了当今世界上先进的设备和技术，基本上达到了上世纪 80年代的国际水平。我国涂附磨具企业正在引进新的投资。2005年创元科技对苏州远东砂轮有限公司增资 1.3亿元用于实施涂附磨料技改项目。该项目采用国际先进的涂附磨具制造生产线及工艺技 术生产涂附磨具中的高端产品。项目建成生产后，可年产各种涂附磨具产品10
16、00万平方米 其中布基类产品500万平方米，纸基类产品500万平方米。该项目生产的各种涂附磨具产 品主要用于漆面加工、不锈钢及钢坯表面加工、木质密度板表面加工等行业，可填补国内高 档涂附磨具产品的空白，部分替代进口，环节国内对高档涂附磨具的需求紧张的局面。项目 达产后，创元科技将成为国内最大的中高档涂附磨具产销龙头企业。我国的涂附磨具生产也有了长足的进步，产品已扩大到砂带、砂盘、砂卷、叶轮、叶片 式砂盘、砂圈等，可以生产的砂带品种有：基体有布基、纸基、复合基以及钢纸等，粘接剂 有动物胶，半树脂，全树脂和耐水产品;砂带规格宽度从10mm到1600mm,长度从400mm 到12500mm,还可以根据用户要求生产更宽更长或更特殊的砂带。尽管在涂附磨具的生产研究上我国已取得了可喜的成就，但我国涂附磨具产品还比较 少，产品质量仍然逊于国外同类产品，新型、高效、重负荷强力和精密磨削用涂附磨具很大 部分仍以来进口。因此，我国涂附磨具还应在质量的
