（凱吉斯金剛石（廣州）有限公司,廣州 510663）

　　摘要：本論文以介紹金剛石砂帶在歐洲的發展和應用為主要思路，介紹了金剛石砂帶的類別和性能。對傳統的電鍍金剛石砂帶和新型的硬樹脂金剛石砂帶做了性能比較，以及對可干、濕磨的硬樹脂金剛石砂帶在精密磨輥行業的應用做了系統介紹和測試參數和結論，并提供了金剛石砂帶在碳化鎢，TBC等涂層表面處理應用實例。本論文內容圖片和測試參數由瑞士 KGS公司提供。

　　關鍵詞：金剛石砂帶；樹脂砂帶；精密磨削；碳化鎢表面處理

　　1金剛石砂帶的分類

　　隨著行業的發展，在工業應用領域中，對柔性超硬的材料需求也來越大，同時要求也越來越嚴。在成熟的工藝經驗條件下如何不斷的創新，以適應日趨復雜的加工工藝以及苛刻的使用環境，是我們在現今和將來需要不斷提升的方向和目標，也是我們一起共同探討，共同進步的議題。

　　為了滿足日新月異的要求，歐美日以及國內都先后開發出相應的產品，下面是瑞士 KGS公司精密工具部門開發出的不同系列型號的金剛石砂帶涂覆產品，以及主要的分類，見圖 1。

　　1.1按結合劑分類

　　1.1.1金屬鎳電鍍形式；

　　1.1.2軟樹脂結合形式；

　　1.1.3硬樹脂結合形式；

圖1 KGS公司的主要涂覆應用圖案

　　1.2按圖案分類及特點

　　1.2.1 Telum箭鎖圖案，特點是鋒利耐用；

　　1.2.2 Flexis圓點圖案，特點是柔軟；

　　1.2.3 Swiflex波浪形，特點是鋒利經濟；

　　1.2.4 Telum CH十字，特點是可干濕磨；

　　1.2.5 SDA方格，特點是可干濕磨、經濟；

　　1.3按背基材料分類及特點

　　1.3.1 BP背基，特點是基材比較厚，適合重型磨削；

　　1.3.2 BPG背基，特點是基材相對較薄，可滿足 3D形狀重型磨削；

　　1.3.3 BPR背基，特點是基材柔軟；

　　1.3.4 FSB背基，特點是基材超柔軟；

　　1.3.5 BYW背基，特點是基材耐溫性好，更適合干磨；

　　1.3.6 QRS背基，特點是可快速更換拆裝；

　　1.4 按照磨料目數分類

　　根據不同顏色對不同的目數進行區分，見圖 2.

圖 2 KGS公司的目數及顏色對應分類

　　1.5按照其他形式分類

　　還有按磨料類型、接口形式、植入深度等細分

　　2金剛石砂帶的固結形式以及特點分析

　　2.1 固結形式分類

　　2.1.1 電鍍形式，見圖3；

圖 3 電鍍固結圖示

　　2.1.2軟樹脂形式，見圖4；

圖 4 軟樹脂固結圖示

　　2.1.3硬樹脂形式，見圖5；

圖 5 硬樹脂固結圖示

　　2.2 不同固結形式的特性

　　2.2.1電鍍形式 

　　金剛石顆粒通過電鍍鎳固結在要求的涂覆圖案上，柔軟性好，形成整齊一致的尖銳磨料層，具有非常強的磨削力，不同的植埋深度，可滿足鋒利度和重型磨削的要求；而使用過程如果操作不當，很容易造成金剛石顆粒的鈍化，見圖 6；由于電鍍形式的金剛石研磨料層只有單層，防止金剛石的鈍化就更顯得尤為重要。

圖6 金剛石顆粒鈍化過程圖示

　　可導致電鍍金剛石砂帶鈍化的原因：

　　2.2.1.1 接觸壓力不夠或者砂帶線速度過低導致金剛石晶體的韌部無法破碎而鈍化；

　　2.2.1.2 在打磨韌性金屬時因產生熱量過大導致金剛石切割點碳化。

　　車間操作員必須有意識的避免電鍍金剛石砂帶的鈍化問題，從而降低電鍍砂帶的使用成本。

　　2.2.2 軟樹脂形式

　　軟樹脂的柔軟度好，涂覆的圖案也能彎折，能夠更好的貼合工件表面，拋光性能更為優越；由于該類樹脂較軟，耗損也先對較快，耐溫性較差，因此不適宜制作成粗號的砂帶；同時該形式固結的砂帶必須采用濕磨，這也在一定條件下限制了其使用場合。

　　2.2.3 硬樹脂形式

　　硬樹脂的耐磨性相對軟樹脂有明顯的提升，同時耐溫性更好，因此填補金剛石砂帶干磨的應用空缺，很好的滿足了一些防水防油的產品加工要求；更厚更開放的樹脂磨料層也使砂帶可以制作成各種不同的目數，形成粗磨-細磨-拋光的系統應用，但相對柔軟性較差，適合較大曲徑的輥件。

　　2.3 電鍍砂帶和樹脂砂帶的磨削比較

　　3 KGS樹脂結合金剛石砂帶的性能測試

　　為了避免應用不當而導致的電鍍金剛石砂帶鈍化浪費問題，瑞士 KGS集團針對精密軋輥加工開發出了 KGS Telum CH 硬樹脂金剛石砂帶。

　　由于具有多層磨料結構，工作層可以不斷出現新的磨料從而保證穩定的切削能力和加工面的連續一致性，有效克服了電鍍砂帶在干磨時的不足，和提高了在鏡面拋光階段的拋光效果，尤其在大型軋輥磨拋加工中有非常明顯的優勢。已在機械加工發達國家被普遍應用。

　　同時 DBS砂帶系統可以完成重型軋輥從粗磨到鏡面拋光的全程作業，避免了傳統工藝中使用砂輪粗磨，拋光帶精磨的過程中工藝轉換，有效地的大幅的降低加工時間和節約成本，被較普遍應用于熱噴涂輥加工行業。

　　3.1 KGS Telum CH 硬樹脂砂帶應用測試及結論

　　3.1.1測試參數

　　KGS研發與測試中心 -荷蘭

　　柔性金剛石砂帶研磨軋輥的應用測試–碳化鎢熱噴涂涂層

　　‐LEHIII/F：可變速刀架磨床，見圖9

圖 9 可變速刀架磨床

　　精細處理和拋光時，浮動使用。

　　‐砂帶: Size - 2,000 x 50mm

　　‐磨削速度: 42m/s， ( 8,200 SFPM )

　　‐接觸輪: 平整&較硬-硬度為90度 shore A

　　‐冷卻液: 水配合 5%的殼牌麥利達 D輔助砂帶研磨

　　‐HVOF 柱體: 轉速為 600rpm，直徑為 50mm

　　‐工件給進速度: 0.6 毫米/轉 ( 360毫米/分或者1.2 SFPM )

　　3.1.2測試結果及結論： 

表 2 測試結果及結論數據表

　　‐每次測試結果一致

　　‐不僅研磨速度快‐還可以高速拋光

　　‐硬接觸輪可達到高準確度

　　‐操作簡單.

　　‐比磨輪需要給的壓力小

　　‐設備投資成本低

　　3.2 熱噴涂碳化鎢涂層加工方案推薦

　　3.2.1 涂層研磨拋光原理圖解

　　該過程推薦基于歐洲常用 HVOF噴涂 WC涂層的參數，校準過的金屬輥基體表面噴涂 250u厚度的碳化鎢涂層，涂層的質量控制需要考慮到涂層粉末的質量粒度，噴槍的類型，機器人操作還是人工操作。

　　圖 10所示，我們需要從 250u的涂層厚度磨除 100u，保留 150u的厚度并且達到 Ra0.2u的粗糙度。WC表面初始 Ra值為 8u，Rt約為 70u。因此需要磨除約 70-80u的 WC厚度來達到連續的封閉層。

圖 10 HOVF噴涂碳化鎢軋輥磨削拋光工藝圖示

　　3.2.2 工藝步驟，如表 3

　　第一步：紅色 200目 Telum CH砂帶按照硬接觸設置從表面經過 3次磨除約 75um的厚度，達到 Ra值約為 0.6 um。（此過程的傳統工藝使用砂輪完成）

　　第二步：換用黃色 400目砂帶，采用軟接觸方式經過工件表面 6-8次，磨除約 25um的厚度為止，此時表面的粗糙度可以達到 Ra0.2um。如果需要更細的粗糙度，可以繼續換用 800-3000目的 Telum CH砂帶，可以達到 Ra0.02um的鏡面效果。( 此過程傳統工藝使用薄膜拋光帶完成)

表 3 HOVF噴涂碳化鎢軋輥磨削加工工藝步驟表

　　4金剛石砂帶及轉換產品的應用案例

　　4.1 碳化鎢扎輥 - 鋼鐵廠金屬薄片領域

　　該領域通常需要相對粗的表面粗糙度，比如 Ra3.0u甚至 Ra4.2u。此類輥略微帶有錐形 ,通常采用金剛石砂輪的話需要 8小時完成磨拋。超級砂帶系統和傳統金剛石砂帶只需要不到一小時便可以完成工作,包括安裝過程到達到后的效果。相比之下可以很大程度上降低生產時間，電耗和環境污染。

　　4.2液壓油桿-陶瓷活塞桿拋光/鉻層翻新

　　翻新和校準過程可用粗糙砂帶和高硬度的支撐輪完成；拋光工序采用車床所支持的浮動砂帶磨頭，配合精細砂帶來完成；通常液壓桿可以通過表面輕度翻新 3次才做報廢；相比于普通鍍鉻活塞桿，陶瓷活塞桿的推出和應用更使其使用壽命提高至 5-6倍以上。

　　4.3螺桿泵轉子-鉻層/涂層拋光翻新

　　螺桿泵轉子由于形狀不規則，表面噴涂或者電鍍了耐磨耐腐蝕材料的，通過使用超柔韌的金剛石砂帶可以高效快速的實現新工件的拋光和舊工件的翻新。

　　4.4 擠出機合金螺桿-鉻層/涂層拋光翻新

　　隨著擠壓的材料多樣化，對工藝要求和穩定性要求也逐步提升，因此對擠壓螺桿的耐磨性也更加嚴格，而噴涂碳化鎢合金涂層的應用也正是順應了發展的需求，金剛石砂帶也發揮出了其柔性磨削的優越性能。

　　5. 總結以及前景展望

　　5.1柔性金剛石砂帶以及其轉換產品在歐洲的發展已經有 25年以上的歷史，經歷了從單層電鍍金剛石砂帶到多層的樹脂金剛石砂帶，從濕磨砂帶到干濕兩用砂帶的發展。

　　5.2加工對象的不同，和加工環境的不同，對砂帶的性能提出不同的要求。因此歐洲砂帶生產商KGS可以提供的標準砂帶種類有 20多種，完成了從提供加工工具到提供加工方案的轉變。

　　5.3隨著人們對環境污染、加工效率、綜合成本的越發重視，以及耐磨、耐熱、耐腐蝕等難加工材料的越發廣泛和多樣化的應用，柔性金剛石砂帶和其轉換工具的剛性需求將會日趨加大。

　　5.4中國的熱噴涂水平正在高速發展與國際接軌，超硬涂層的磨拋方案是噴涂后的關鍵加工工序。市場對砂帶加工的需求從需要工具轉變為砂帶方案。