金剛石點狀樹脂軟磨片磨削性能的研究

肖樂銀，謝德龍，陳 超，林 峰，潘曉毅，陳家榮

(1.廣西超硬材料重點實驗室,廣西 桂林 541004；2.國家特種礦物材料工程技術研究中心, 廣西 桂林 541004；3.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司, 廣西 桂林 541004)

0 引言

金剛石點膠軟磨片采用樹脂結合劑，結合劑自身硬度低，具有研磨和拋光的多重作用，磨削質量高，自銳性好[1-2]，且磨料最小粒度可達到50000目以細。同時，軟磨片表面的金剛石工作層通過特殊的工藝實現(xiàn)其點陣排布，空隙部分為排屑槽，有利于散熱，點陣排布提高了加工質量、磨具柔韌性及排屑能力[3]。

隨著對產品高質量、高可靠性和高性能的追求，精密加工技術得以迅速發(fā)展，從光學玻璃、LED產品襯底材料、半導體硅材料到集成電路用微納米尺寸元器件，其最高尺寸精度都趨近于納米；零件形狀也日益復雜化，各種異型面已是當前非常典型的幾何形狀[4-6]。而金剛石點膠軟磨片能夠很好地與磨削表面相吻合，滿足精密、異形加工要求，深受用戶青睞。評定軟磨片磨削性能的好壞主要有磨削效率和磨削質量兩個指標，本文重點對金剛石點膠軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削性能進行比較。

1 實驗內容及方法

1.1 實驗設備及磨削條件

所用磨削設備為改裝的磨盤磨拋機，如圖1所示，其電機轉速為2800 r/min。磨削過程中使用水作為冷卻液，采用恒壓力的磨削方式，所加壓力為20N。

圖1 磨拋機Fig．1 Polishing machine

1.2 實驗樣品及磨削材料

本次實驗采用點陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片對玻璃進行磨削，其實物如圖2和圖3所示，軟磨片所用磨料粒度：W40。其中，點陣排布軟磨片磨削圓點的直徑為1.5mm，點的高度為0.7mm，點與點之間有排屑槽，間距為1.5mm，通過計算其有效磨削面積為全面涂附型軟磨片的16.7%；而全面涂附型軟磨片工作層厚度為0.2mm(太厚將引起工作層開裂、影響軟磨片的柔韌性)。磨削對象為普通玻璃，莫氏硬度：6.5，橫截面尺寸為50mm×5mm，如圖4所示。

圖2 點陣排布軟磨片F(xiàn)ig．2 Flexible polishing pad for orderly arrangement

圖3 全面涂附型軟磨片F(xiàn)ig．3 Flexible polishing pad for entire coating

圖4 磨削玻璃Fig．4 Grinding glass

1.3 實驗方法

采用尺寸規(guī)格為5英寸的點陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片，各對玻璃試樣磨削180分鐘，測試磨削前后玻璃的磨削量，計算磨削效率；同時，觀察被磨削玻璃的表面形貌，測試其表面粗糙度，判斷磨削質量的好壞。

2 實驗結果及分析

2.1 磨削效率性能對比

每30分鐘稱量一次兩種軟磨片的玻璃磨削量，得到如圖5所示的磨削量與磨削時間的關系曲線。通過圖5可知，由于金剛石粒度只有40μm左右，主要用于半精磨加工，整個過程玻璃磨削都不大。剛開始30分鐘點狀金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削量分別為0.08g和0.1g，這主要是由于開始階段全面涂附型軟磨片單位面積內金剛石顆粒數(shù)多，參與磨削的磨粒也多，磨削能力強，所以磨削量稍大。隨著磨削時間的延長，全面涂附型軟磨片表面殘留的玻璃巖粉越來越多，冷卻水很難將軟磨片表面的巖粉沖洗掉，阻礙了金剛石磨料對玻璃的磨削作用；而點陣排布金剛石樹脂軟磨片磨削圓點之間有“排屑槽”，為冷卻液和磨削廢棄物玻璃巖粉提供了輸送通道，改善了排屑能力，有利于軟磨片達到“自銳”的狀態(tài)[7-8]，金剛石依然表現(xiàn)出很好的磨削效果，磨削180分鐘后點陣排布金剛石樹脂軟磨片和全面涂附型軟磨片的磨削量分別為0.44g和0.38g，說明有序排布的“點陣”結構能夠有效提高軟磨片的磨削效率。

圖5 金剛石軟磨片磨削量與磨削時間關系曲線Fig．5 The relationship curve of grinding quantity and time for flexible polishing pads

同時，我們觀察軟磨片表面狀況，可以發(fā)現(xiàn)，由于全面涂附型軟磨片工作層厚度較薄，有些部位有基材出露，而點狀金剛石樹脂軟磨片只有圓點尖端處有損耗，壽命遠遠長于全面涂附型軟磨片，達到效率和壽命同步提高的目的。

2.2 磨削質量性能對比

磨削完畢后，采用粗糙度儀分別測試玻璃磨削面的粗糙度，其中，點陣排布金剛石軟磨片磨削玻璃的表面粗糙度為Ra1=0.207μm，全面涂附型軟磨片磨削玻璃的表面粗糙度為Ra2=0.219μm，磨削表面形貌如圖6所示。通過圖6可知，點陣排布結構對被磨削玻璃的表面粗糙度影響不大，這主要與金剛石的粒度有關[9]。

圖6 磨削玻璃表面形貌(×100)Fig．6 The surface morphology of grinding glass(×100)

如果我們提高加壓力為30N時，全面涂附型軟磨片磨削過程中有樹脂燒焦異味，加工玻璃也很容易出現(xiàn)燒傷或如圖7所示的玻璃崩邊情況，而點陣排布金剛石樹脂軟磨片磨削過程中不會出現(xiàn)這種情況，這主要是由于點陣排布結構使金剛石磨削小單元按預設間距呈有序均勻分布，有較大容屑空間和排屑槽，有利于冷卻液進入磨削界面，降低磨削溫度，從而防止玻璃崩邊。

但點狀金剛石樹脂軟磨片磨削圓點“孤立”分布，在磨削過程中很容易造成工作層脫落，所以應確保樹脂結合劑對布基有很好的潤濕性和粘接力，方能改善圓點結合力。

圖7 磨削玻璃崩邊Fig．7 The edge collapse of grinding glass

3 結論

(1)磨削初期，全面涂附型軟磨片磨削效率稍大于點狀軟磨片，隨著磨削的繼續(xù)進行，全面涂附型軟磨片磨削效率下降較快，磨削180分鐘后磨削量分別為0.44 g和0.38g，點陣排布結構能夠有效提高軟磨片的磨削效率和壽命。

(2)玻璃磨削表面粗糙度與軟磨片表面結構關系不大，主要與金剛石的粒度有關；但點陣排布結構能夠提高加壓壓力，有效防止玻璃崩邊。