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一、引言

在現(xiàn)代精密制造領(lǐng)域，對零部件的加工精度和表面質(zhì)量要求越來越高。磨削加工作為一種重要的精密加工方法，其磨具的性能直接影響著加工效果。立方氮化硼（CBN）磨具憑借其優(yōu)異的特性，在精密磨削加工中逐漸占據(jù)重要地位，為實現(xiàn)高精度、高質(zhì)量的磨削加工提供了有力保障。

二、CBN 磨具的結(jié)構(gòu)與特性

（一）結(jié)構(gòu)組成

CBN 磨具通常由 CBN 磨料、結(jié)合劑和氣孔三部分組成。CBN 磨料是磨具的切削主體，其粒度、形狀和濃度等參數(shù)對磨削性能有著重要影響。結(jié)合劑起到將 CBN 磨料粘結(jié)在一起并固定在磨具基體上的作用，常見的結(jié)合劑有陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑等。氣孔則有助于磨削過程中的排屑和散熱，改善磨削條件。

（二）特性

1. 高硬度
   CBN 的硬度使其能夠有效地磨削各種高硬度材料。其硬度僅次于金剛石，在磨削硬質(zhì)合金、陶瓷等材料時，能夠保持良好的切削能力，不易發(fā)生磨粒的過快磨損和變形，保證了磨削的精度和效率。

2. 高耐磨性
   CBN 磨具具有出色的耐磨性，在長時間的磨削過程中，磨粒的磨損速度較慢，能夠保持較為穩(wěn)定的磨削性能。這使得 CBN 磨具的使用壽命長，減少了磨具的更換頻率，降低了加工成本并提高了生產(chǎn)效率。

3. 良好的熱穩(wěn)定性
   CBN 在高溫下依然能保持穩(wěn)定的物理和化學性能，其耐熱溫度可達 1300℃以上。在磨削過程中，尤其是高速磨削時，能夠有效抵御磨削熱的影響，減少因熱變形導致的工件精度損失，同時也降低了磨具自身因熱應(yīng)力而產(chǎn)生的破損風險。

4. 化學惰性
   與許多材料具有良好的化學相容性，在磨削過程中不易與工件材料發(fā)生化學反應(yīng)，避免了因化學腐蝕而引起的磨具磨損和工件表面質(zhì)量下降，有利于獲得高質(zhì)量的磨削表面。

三、CBN 磨具在精密磨削中的應(yīng)用

（一）磨削陶瓷材料

陶瓷材料具有高硬度、高脆性和低導熱性等特點，傳統(tǒng)磨具磨削時容易產(chǎn)生裂紋、表面燒傷等缺陷。CBN 磨具在磨削陶瓷時，由于其高硬度和良好的切削性能，能夠以較小的磨削力實現(xiàn)高效磨削。在磨削過程中，CBN 磨粒對陶瓷表面進行微切削和劃擦作用，使陶瓷材料以脆性斷裂和塑性變形的方式去除。通過合理選擇磨削工藝參數(shù)，如采用較低的磨削深度和適當?shù)倪M給量，可以有效控制磨削表面的質(zhì)量，減少裂紋的產(chǎn)生，獲得高精度、低粗糙度的陶瓷表面。例如，在電子陶瓷元件的制造中，CBN 磨具用于對陶瓷基片的精密磨削，滿足了其對表面平整度和粗糙度的嚴格要求，提高了電子陶瓷元件的性能和可靠性。

（二）磨削硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金廣泛應(yīng)用于刀具、模具等制造領(lǐng)域，其硬度高、耐磨性好。CBN 磨具在磨削硬質(zhì)合金時表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。其高硬度能夠有效地去除硬質(zhì)合金表面的材料，并且由于 CBN 的化學惰性，避免了與硬質(zhì)合金中的鈷等粘結(jié)相發(fā)生化學反應(yīng)。在磨削機理方面，CBN 磨粒主要通過微切削和微破碎的方式去除硬質(zhì)合金材料。通過優(yōu)化磨削參數(shù)，如提高磨削速度、選擇合適的 CBN 磨料粒度等，可以提高磨削效率，降低表面粗糙度，延長磨具壽命。在硬質(zhì)合金刀具的刃磨中，采用 CBN 磨具能夠獲得鋒利的切削刃和良好的刀具表面質(zhì)量，提升刀具的切削性能。

四、CBN 磨具的磨削機理

（一）材料去除方式

在 CBN 磨具磨削過程中，材料去除主要通過磨粒的微切削、微破碎和滑擦等方式進行。對于較軟的材料，微切削作用占主導地位，CBN 磨粒像微小的刀具一樣切除工件材料；對于硬而脆的材料，如陶瓷和硬質(zhì)合金，微破碎機制較為顯著，磨粒的擠壓作用使工件材料產(chǎn)生脆性斷裂而去除；同時，滑擦作用也伴隨著整個磨削過程，它雖然不能直接去除大量材料，但會影響磨削力、磨削溫度和表面質(zhì)量。

（二）磨削力與磨削溫度

CBN 磨具的磨削力相對較小，這是由于其高硬度和鋒利的磨粒能夠有效地切入工件材料，減少了磨削過程中的摩擦和犁耕作用。在磨削溫度方面，盡管磨削過程中會產(chǎn)生熱量，但 CBN 的高導熱性和良好的熱穩(wěn)定性使得熱量能夠較快地散發(fā)出去，從而降低了磨削區(qū)域的溫度。較低的磨削力和磨削溫度有利于減少工件的變形和表面燒傷，提高磨削精度和表面質(zhì)量。例如，在磨削航空發(fā)動機葉片用的高溫合金時，CBN 磨具能夠在保證加工精度的前提下，有效控制磨削溫度，避免了高溫合金因熱影響而導致的組織和性能變化。

五、CBN 磨具的磨損特征與規(guī)律

（一）磨損特征

1. 磨粒磨損
   CBN 磨粒在磨削過程中與工件材料不斷摩擦，會逐漸發(fā)生磨損。初期表現(xiàn)為磨粒的微刃逐漸變鈍，隨著磨削的繼續(xù)，磨粒可能會發(fā)生破碎或脫落。磨粒磨損會導致磨具的切削能力下降，磨削力增大，表面粗糙度變差。

2. 結(jié)合劑磨損
   結(jié)合劑在磨削過程中也會受到磨損。陶瓷結(jié)合劑可能會因磨削熱和磨削力的作用而發(fā)生開裂、剝落；樹脂結(jié)合劑在高溫下容易軟化、分解；金屬結(jié)合劑則可能因與工件材料的摩擦和化學作用而產(chǎn)生磨損。結(jié)合劑的磨損會影響磨粒在磨具中的固持力，進而影響磨具的整體性能。

3. 堵塞
   在磨削過程中，切屑和工件材料中的微粒容易填充在磨具的氣孔和磨粒間隙中，造成磨具堵塞。堵塞會降低磨具的切削能力，使磨削溫度升高，加劇磨具的磨損，同時也會影響工件的表面質(zhì)量。

（二）磨損規(guī)律

CBN 磨具的磨損規(guī)律與磨削工藝參數(shù)、工件材料性質(zhì)以及磨具自身的結(jié)構(gòu)和特性密切相關(guān)。一般來說，隨著磨削時間的增加，磨具的磨損量逐漸增大。在磨削初期，磨粒磨損相對較慢，磨具的磨削性能較為穩(wěn)定；隨著磨削的進行，當磨粒磨損到一定程度后，磨損速度加快，磨削力和表面粗糙度也會發(fā)生明顯變化。此外，磨削速度越高、進給量越大、磨削深度越深，磨具的磨損速度越快；而工件材料硬度越高、韌性越好，磨具的磨損也越嚴重。

六、磨削工藝參數(shù)對 CBN 磨具磨削效果的影響

（一）磨削速度

提高磨削速度可以增加單位時間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)量，從而提高磨削效率。但同時也會使磨削力和磨削溫度升高，加速磨具的磨損。因此，需要根據(jù)工件材料和磨具的特性選擇合適的磨削速度，在保證磨削效率的前提下，盡量降低磨具的磨損和工件的熱損傷。

（二）進給量

進給量的大小直接影響磨削力和表面粗糙度。增大進給量會使磨削力增大，可能導致磨具的過度磨損和工件表面質(zhì)量下降。在精密磨削中，應(yīng)選擇較小的進給量，以獲得較低的表面粗糙度，但過小的進給量會降低磨削效率，需要綜合考慮。

（三）磨削深度

磨削深度對磨削力和磨具磨損影響顯著。增加磨削深度會使磨削力大幅增加，容易引起磨具的破損和工件的變形。在精密磨削中，通常采用較小的磨削深度，以保證工件的精度和表面質(zhì)量，同時延長磨具的使用壽命。