金刚石砂轮加工硬脆材料时的磨损机理分析

随着科学技术的进步和现代工业的发展，硬脆材料（如激光和红外光学晶体、陶瓷、石英玻璃、硅晶体和石材等）的应用日益广泛。由于硬脆材料硬度高、脆性大，其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异，因此这些材料很难甚至不能采用普通的加工方法进行加工。金刚石是自然界已知的硬度高的物质，其优异的性能使其在硬脆材料加工领域具有广阔的前景。目前，采用金刚石工具对硬脆材料进行切割和磨削仍是有效的加工方法，如用金刚石切割工具切割石材、用金刚石砂轮磨削陶瓷等。

加工硬脆材料的金刚石工具主要有各种金刚石锯和金刚石砂轮等，尽管各种工具的应用范围和加工特点不同，但其磨损机理都大致相同。因为金刚石工具的磨损对工件的加工质量和加工过程的影响很大，工具的磨损性能是反映工具性能、工艺参数是否合理的一个重要指标，所以对金刚石工具磨损机理的研究对指导金刚石工具的合理制造和工艺参数的合理选择具有重要意义。长期以来，外许多学者致力于金刚石工具磨损机理的研究，并已取得了可喜的成果。

砂轮磨损的三个阶段

金刚石工具的磨损由三个阶段组成：初始的快速磨损阶段（也称过渡阶段）、磨损率约为常数的稳定磨损阶段以及随后的加速磨损阶段。加速磨损阶段表明工具不能继续工作，需要重新修整。

金刚石工具磨损机理

金刚石工具的磨损机理大致有以下几种：摩擦磨损、磨粒破碎、结合剂破碎、磨蚀磨损、表面疲劳和冲击等，摩擦磨损使磨粒磨钝和磨平，结合剂破碎使磨粒脱落，磨蚀磨损由于减弱了结合剂强度而促进了磨粒脱落。不同的加工过程其磨损机理是有区别的，如：用金刚石砂轮微进给磨削结构陶瓷时，金刚石砂轮的磨损主要有三种形式：摩擦磨损、磨粒破碎和结合剂破碎；除此之外，另一种形式的磨损是结合剂磨蚀。yiyang zhou等用陶瓷结合剂砂轮磨削蓝宝石，认为陶瓷结合剂砂轮的磨损主要是结合剂脆性断裂，而金属和树脂结合剂砂轮的磨损主要为磨耗和磨蚀。据有专家通过用金刚石锯片切割花岗岩，指出：工具的磨损机理主要有四个：摩擦磨损、磨蚀磨损、表面疲劳和冲击。徐西鹏等研究锯切花岗石时的金刚石节块磨损，认为金刚石在经受与花岗石的直接摩擦磨损的同时，还受到花岗石切削碎屑的冲击和腐蚀，其磨损类型可归结为：磨粒磨损、冲击磨损和流体中固体微粒引起的冲蚀。x p xu等定量分析了作用于磨粒上的载荷和切削区的温度，认为磨粒破碎主要由冲击力引起，但温度变化也很重要，因为它会引起热疲劳损坏和热应力。