一、引言

CBN砂轮作为超硬磨具的重要代表，在现代制造业中广泛应用于各种难加工材料的精密磨削。其制造工艺的优劣直接决定了砂轮的性能与质量，进而影响加工效率、精度以及成本。因此，深入探究CBN砂轮的制造工艺具有重要的现实意义。

二、烧结法制造CBN砂轮

（一）陶瓷烧结工艺

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原理与流程

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陶瓷烧结法是利用陶瓷结合剂在高温下发生物理化学反应，将CBN磨粒牢固结合在一起。首先，将CBN磨粒与经过合理配比的陶瓷结合剂（如长石、黏土、硼玻璃等）混合均匀，常用的混合方法有球磨、搅拌等，以确保结合剂能均匀包裹磨粒。接着，通过干压、等静压或注射成型等方式，将混合物料制成所需形状的砂轮坯体。坯体成型后，需进行干燥处理，去除其中的水分，防止在后续烧结过程中因水分急剧蒸发导致坯体开裂，将干燥后的坯体置于高温炉中，在特定的温度曲线下进行烧结。一般烧结温度在800 - 1400℃之间，升温速率、保温时间以及降温速率等参数对砂轮性能影响显著。例如，缓慢升温可减少坯体内部的热应力，避免开裂；适当的保温时间能使结合剂充分反应，增强结合强度。

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特点与应用

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陶瓷烧结CBN砂轮具有较高的硬度和耐磨性，能适应长时间、高精度的磨削加工。其气孔率可以通过调整结合剂配方和烧结工艺进行控制，良好的气孔分布有助于磨削液的渗透和磨屑的排出，从而提高磨削效率和加工表面质量。此外，陶瓷结合剂化学稳定性好，对CBN磨粒的化学侵蚀小，能有效保持磨粒的切削性能。该工艺制造的砂轮广泛应用于精密机械加工、光学玻璃磨削、硬质合金刀具刃磨等领域，如在光学镜片的精磨工序中，陶瓷烧结CBN砂轮能够实现高精度的表面成型。

（二）金属烧结工艺

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原理与流程

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金属烧结法以金属粉末（如铜、铁、镍等及其合金粉末）作为结合剂。首先将CBN磨粒与金属结合剂粉末按一定比例混合，混合过程同样需保证均匀性。随后，采用模压成型或热压成型等方法，在压力作用下将混合物料制成砂轮坯体。热压成型时，在对坯体施加压力的同时进行加热，能有效提高坯体的致密度和结合强度。成型后的坯体在高温烧结炉中进行烧结，温度通常在800 - 1200℃。金属结合剂在烧结过程中发生扩散、再结晶等物理冶金过程，使磨粒与结合剂之间形成牢固的冶金结合。

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特点与应用

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金属烧结CBN砂轮强度高、韧性好，适用于重负荷磨削，如在大型钢铁工件的荒磨、粗磨工序中表现出色。由于金属结合剂的导热性好，能迅速将磨削热传导出去，降低工件表面的热损伤风险。但金属结合剂的砂轮自锐性相对较差，在磨削过程中需要及时进行修整，以保持良好的磨削性能。该工艺制造的砂轮常用于汽车零部件加工、航空航天领域中大型金属结构件的磨削加工。

三、电镀法制造CBN砂轮

（一）原理与流程

电镀法是基于电化学沉积原理。首先对金属基体（如钢、铜等材质的基体）进行预处理，包括除油、除锈、粗化等步骤，以提高基体表面的活性和粗糙度，确保后续电镀层与基体的良好结合。然后，将预处理后的基体作为阴极，放入含有金属离子（如镍离子、铜离子）和CBN磨粒的电镀液中，同时设置阳极（通常为可溶性金属阳极，如镍板、铜板）。在直流电源的作用下，阳极金属不断溶解进入电镀液，溶液中的金属离子在电场力作用下向阴极迁移，并在阴极表面得到电子还原成金属原子，逐渐沉积在基体表面，与此同时，CBN磨粒被包裹在金属镀层中，从而实现CBN磨粒在基体上的牢固附着。电镀过程中的关键参数包括电流密度、电镀时间、镀液温度和pH值等。例如，合适的电流密度能保证镀层的均匀性和沉积速率，电流密度过高可能导致镀层粗糙、出现树枝状结晶；电镀时间决定了镀层厚度和磨粒的包裹程度。

（二）特点与应用

电镀CBN砂轮制造工艺简单、成本相对较低，生产周期短，能够快速满足市场需求。而且可以精确控制磨粒的浓度和分布，通过调整电镀参数可以实现不同的磨粒排列方式，以适应不同的磨削要求。该工艺制造的砂轮常用于电子元件、宝石、陶瓷等材料的精密磨削，如在手机屏幕玻璃的磨削加工中，电镀CBN砂轮能够实现高精度的平面磨削，保证玻璃表面的平整度和光洁度。然而，电镀砂轮的结合强度相对较低，磨粒在磨削过程中容易脱落，导致砂轮使用寿命有限，一般适用于轻负荷、高精度的磨削加工。

四、钎焊法制造CBN砂轮

（一）原理与流程

钎焊法是利用熔点低于CBN磨粒和基体的钎料，在加热到钎焊温度时，钎料熔化并润湿CBN磨粒和基体表面，通过毛细作用填充磨粒与基体之间的间隙，随后冷却凝固，使CBN磨粒与基体形成牢固的连接。首先，选择合适的钎料，钎料应具备良好的润湿性、合适的熔点以及与CBN磨粒和基体良好的化学相容性。常见的钎料有银基钎料、铜基钎料等。然后，将CBN磨粒、钎料与基体按照一定的工艺要求组装在一起，可以采用预置钎料法（如将钎料制成箔片或粉末，放置在磨粒与基体之间）或浸蘸钎料法（将磨粒和基体浸蘸在钎料溶液中）。接着，将组装好的工件放入加热设备中，如真空炉、感应加热炉等，在保护气氛下加热至钎焊温度，并保持一定时间，使钎料充分熔化、铺展和凝固。加热过程中的温度控制和保温时间至关重要，温度过高或保温时间过长可能导致CBN磨粒热损伤，降低砂轮性能；温度过低或保温时间不足则会导致钎料润湿不良，结合强度不够。

（二）特点与应用

钎焊CBN砂轮具有较高的结合强度，磨粒能够承受较大的磨削力，不易脱落，因此砂轮的使用寿命长。而且钎焊砂轮可以实现较高的磨粒裸露高度，一般可达磨粒直径的1/3 - 1/2，这大大增加了砂轮的容屑空间，提高了切削性能，特别适用于高效磨削和难加工材料的磨削。例如，在航空发动机叶片的磨削加工中，钎焊CBN砂轮能够高效去除叶片表面的余量，同时保证叶片的精度和表面质量。此外，由于钎焊砂轮的磨粒把持力强，可以采用更高的磨削参数，进一步提高加工效率。但钎焊工艺对设备和操作要求较高，成本相对较高，在一定程度上限制了其应用范围。

五、结论

不同的CBN砂轮制造工艺各有特点，适用于不同的应用场景。烧结法中的陶瓷烧结工艺适合精密磨削，金属烧结工艺用于重负荷磨削；电镀法工艺简单、成本低，适用于轻负荷精密加工；钎焊法结合强度高、切削性能好，适用于高效磨削和难加工材料的加工。在实际生产中，应根据具体的加工要求、成本预算以及批量大小等因素，综合选择合适的制造工艺，并不断优化工艺参数，以制造出性能优良的CBN砂轮，满足现代制造业对高精度、高效率磨削加工的需求。未来，随着材料科学和制造技术的不断发展，CBN砂轮制造工艺有望进一步创新和完善，推动磨削加工技术向更高水平迈进。