金剛石電鍍砂帶的特點(diǎn)及應(yīng)用①

肖樂銀，王進(jìn)保，周衛(wèi)寧，劉心宇

（1.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，廣西桂林541004；2.國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，廣西桂林541004；3.桂林電子科技大學(xué)，廣西桂林541004）

0 引言

金剛石電鍍砂帶是指以鍍鎳金屬作為結(jié)合劑，精選金剛石粉為磨料，由背襯材料、撓性金屬基材及有序排布金剛石鍍層三個(gè)部分構(gòu)成，背襯材料和柔性金屬基材粘結(jié)成環(huán)形的一類新型超硬涂附磨具產(chǎn)品［1～2］。與普通磨料砂帶相比，金剛石電鍍砂帶具有超硬材料“硬”和涂附磨具“柔”的雙重特性［3］，其工作層表面有序排布磨削小單元之間的縫隙形成了較大的容屑空間，有利于散熱，提高了加工質(zhì)量、砂帶柔韌性及排屑能力，在使用過程中同時(shí)具有粉塵少、噪音低的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中，金剛石電鍍砂帶以多面刀刃的特殊結(jié)構(gòu)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，并享有“萬能磨削”的美譽(yù)［3］。隨著對(duì)工件質(zhì)量要求逐漸提高，原有砂帶工藝的加工已不能滿足嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，金剛石電鍍砂帶早已普遍應(yīng)用于玻璃、石材、陶瓷、復(fù)合材料、水晶、航空航天、硅材料等硬脆材料的磨拋加工。

1 金剛石電鍍砂帶的磨削特點(diǎn)

1.1 與金剛石砂輪相比

金剛石固結(jié)砂輪屬于剛性磨具，在磨削加工過程中，存在著自銳性差、易崩邊、產(chǎn)品廢品率高等問題，特別對(duì)于汽車擋風(fēng)安全玻璃等需要加工為曲面的硬脆材料工件，采用剛性砂輪磨削，很難使被加工面保持原來的形狀。

如在對(duì)玻璃進(jìn)行直底邊磨削操作時(shí)使用砂輪磨邊機(jī)需6個(gè)金剛石砂輪才能完成，且磨削進(jìn)給速度慢，效率低，易造成3mm以薄玻璃的開裂，如果要進(jìn)行弧形磨削，還需采用倒角機(jī)或者圓邊機(jī)；而使用交叉磨帶機(jī)只需使用兩條金剛石電鍍砂帶即可完成直邊和弧形邊線的磨削，整個(gè)操作在安裝有萬向輪的工作臺(tái)面完成，磨削速度快，更適合流水線工業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 與金剛石樹脂砂帶相比

金剛石樹脂砂帶（圖1，圖2）采用樹脂作為粘結(jié)劑，亦具有傳統(tǒng)涂附磨具的柔軟和金剛石高硬度的雙重優(yōu)勢(shì)。但在磨削過程中，熱量在金剛石旁邊積聚，如果不能被馬上導(dǎo)出或排出，這里的溫度會(huì)立即升高，導(dǎo)致粘結(jié)劑熔化，金剛石還沒有完全發(fā)揮作用就脫落了，使用壽命短。因此，金剛石樹脂砂帶必須加水冷卻進(jìn)行磨削，且性價(jià)比遠(yuǎn)不如金剛石電鍍砂帶，而使其應(yīng)用和推廣受到限制。

圖1 金剛石樹脂砂帶Fig.1 Resin bond diamond abrasive belts

圖2 金剛石樹脂砂帶衍生產(chǎn)品（金剛石毛刺柔性磨輪）Fig.2 Resin bond diamond nova wheels

1.3 金剛石電鍍砂帶不同涂覆圖案性能差異

金剛石電鍍砂帶的磨削效率髙，不僅因?yàn)榻饎偸チ媳旧淼挠捕龋€因?yàn)槠渫扛矆D案的特殊性。目前市場(chǎng)出售的圖案形式主要有圓點(diǎn)型、箭頭型、半月型、X型等（圖3）。

圖3 金剛石電鍍砂帶不同涂覆圖案Fig.3 Different coating patterns of diamond electroplating belts

圓點(diǎn)圖案：鍍點(diǎn)大小主要有1mm和1.6 mm兩種規(guī)格，此圖案砂帶柔韌性好，磨削相對(duì)柔和，邊部細(xì)膩無爆邊，但磨削鋒利度不及其它圖案的砂帶。

箭頭型及其它圖案：磨削性能很強(qiáng)，磨邊速度更快，壽命增加20%，效率提升20%～30%（CNC設(shè)備磨削玻璃測(cè)試結(jié)果），但砂帶柔韌性能稍差，張緊軸直徑小時(shí)容易造成箭頭開裂。

2 金剛石電鍍砂帶的應(yīng)用

金剛石電鍍砂帶磨削是一種利用柔性磨削工具，進(jìn)行磨削、研磨、拋光多種作用的復(fù)合加工技術(shù)，具有“冷態(tài)”效應(yīng)［4］，特別適用于硬脆非金屬材料和非鐵金屬的加工。

2.1 玻璃加工

汽車擋風(fēng)玻璃、建筑玻璃及水晶玻璃等的磨邊都可用到金剛石電鍍砂帶，其中汽車擋風(fēng)玻璃廠家是大型金剛石砂帶的主要買家。不管使用的是單獨(dú)運(yùn)行的人工交叉磨帶機(jī)，或是自動(dòng)生產(chǎn)線，例如：ASHTON的水平型設(shè)備、Lisec KSL、利江特能等垂直型設(shè)備、以及OEM自行組裝的大型砂帶磨邊設(shè)備。并且隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，也將不斷增加對(duì)金剛石電鍍砂帶的需求。

圖4 1800mm長(zhǎng)×50 mm寬金剛石電鍍砂帶Fig.4 The diamond electroplating belts with 1800mm×50 mm

圖5 玻璃磨邊加工Fig.5 Glass edging process

2.2 超硬金屬合金涂層

專為替代金剛石砂輪研磨系統(tǒng)和薄膜拋光系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，一套超級(jí)砂帶系統(tǒng)可以完成研磨和拋光整套工序，被普遍應(yīng)用于熱噴涂行業(yè)、液壓油缸和渦輪葉片的生產(chǎn)和修復(fù)等（圖6、圖7）。如在磨削鋼鐵廠的大型碳化鎢輥，用戶通常需要3.0μ～4.2μ的粗糙度，此類棍略微帶有錐形，通常采用金剛石砂輪的話需要8小時(shí)完成磨拋，如果采用金剛石電鍍砂帶只需不到一個(gè)小時(shí)便可完成所有工作，包括安裝過程到達(dá)到要求的效果，可以很大程度上節(jié)約時(shí)間，電耗和降低對(duì)環(huán)境的污染［5］。

圖6 碳化鎢超硬涂層研磨拋光Fig.6 Superhard coating of tungsten carbide polishing

圖7 飛機(jī)渦輪葉片磨削加工Fig.7 Aircraft turbine blade grinding

2.3 硅錠的研磨和倒角

硅錠在切片之前需對(duì)其表面進(jìn)行研磨以清除蝕刻產(chǎn)生的裂縫，可以大幅提升利用線鋸進(jìn)行切片時(shí)的成品率。使用一種粒度的金剛石砂帶即可完成所有工序，可以實(shí)現(xiàn)約為以往3倍的高速處理，以及R a0.07的表面粗糙度，有利于硅錠加工中的自動(dòng)化操作。近年來，隨著對(duì)能源，環(huán)境問題的日益重視，全世界對(duì)太陽(yáng)能電池的需求不斷增大，金剛石砂帶將有廣闊的市場(chǎng)前景［5］（圖8、圖9）。

圖8 蝕刻產(chǎn)生的裂縫Fig.8 Etching crack

圖9 硅錠的研磨和倒角Fig.9 Silicon ingot grinding and chamfering

2.4 陶瓷石材方面的應(yīng)用

為了克服傳統(tǒng)金屬閥門耐磨性、耐腐性差的弱點(diǎn)，目前市場(chǎng)逐漸興起采用陶瓷閥門，然而陶瓷本身的“脆”及難加工限制了它的應(yīng)用，隨著金剛石工具尤其是金剛石電鍍砂帶的興起，陶瓷閥門優(yōu)勢(shì)更加明顯，使用性能越來越得到閥門行業(yè)人士的認(rèn)同。同時(shí)，在大理石、花崗巖等工程石材的表面和邊部拋磨處理也大量采用金剛石砂帶。

2.5 其它異形產(chǎn)品及應(yīng)用

（1）磨片

用于較復(fù)雜立體形狀的噴涂陶器的最后磨光工序，如航空工業(yè)；還適用于大張或異形的玻璃，一般現(xiàn)成設(shè)備難以加工的——包括膠合玻璃、裝飾玻璃，甚至含金屬夾網(wǎng)的；針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器可以制作各種直徑的磨片，快速拆貼鉤環(huán)，以顏色區(qū)分金剛石粒度。

（2）手持磨塊

采用聚乙烯泡末塑料塊，以顏色區(qū)分金剛石粒度，規(guī)格有90×55、75×75、85×50mm等，在玻璃纖維、碳纖維和化合物上的應(yīng)用頗受歡迎。

（3）金剛石砂圈

與延展橡膠鼓配套使用，主要用于廚房裝修、石材邊緣修飾、雕刻或雕塑、玉石或?qū)毷窨痰刃袠I(yè)。

圖10 不同異形產(chǎn)品Fig.10 Different shaped products

3 結(jié)語(yǔ)

金剛石電鍍砂帶可以根據(jù)用戶要求制造各種粒度和尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，同時(shí)磨片、手持磨塊和砂圈等各種異形產(chǎn)品繁多，所有產(chǎn)品均可在有水或無水狀態(tài)下使用，磨削性能卓越，應(yīng)用面廣，性價(jià)比高。同時(shí)，由于鎳鍍層對(duì)磨料有較強(qiáng)的把持力，使電鍍砂帶拓展于cBN領(lǐng)域成為可能，相對(duì)金剛石磨料，cBN砂帶可應(yīng)用于鋼鐵、鐵合金等含鐵族元素難加工材料的磨拋，特別是高碳鋼、合金鋼、淬火鋼等高硬度鋼材表面研磨與拋光，以及要求自動(dòng)控制、精密與超精密研拋的場(chǎng)合。

因此，隨著國(guó)家高效高精加工要求的提高以及加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的迫切要求，加之超硬材料行業(yè)設(shè)備水平和產(chǎn)品開發(fā)水平的不斷進(jìn)步，金剛石電鍍砂帶將有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。

［1］ 呂智，鄭超，莫時(shí)雄，章兼植.超硬材料工具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 呂智，鄭超.超硬材料涂附磨具［J］.超硬材料工程，2008（2）：33－34.

［3］ 安建民，王光祖，劉金昌.共鑄超硬材料砂帶“剛”“柔”組合的輝煌［J］.海峽兩岸超硬材料技術(shù)發(fā)展論壇論文集，2010，275－278.

［4］ 康士臣.砂輪磨削與砂帶磨削的比較［J］.機(jī)械工程，1999（9）：48.

［5］ 謝志剛，劉志環(huán)，等.超硬材料涂附磨具的應(yīng)用前景和研究現(xiàn)狀［J］.超硬材料工程，2011（2）：42－46.