CBN(Cubic Boron Nitride)是继人造金刚石问世之后，于1957年由美国GE公司首先合成出的又一种超硬材料。我国在1966年试制成功CBN。

CBN的硬度仅低于金刚石，但具有比金刚石优越的耐热性和对铁族金属材料的化学惰性。利用它优异的性能作磨料所制成的CBN磨具，特别适合于各类铁族金属材料的磨加工。这和金刚石主要用于加工硬而脆的材料相互补充，使超硬材料的应用范围大大拓宽。和普通磨料的磨具相比，CBN磨具具有高速、高效、高加工质量、长寿命、低成本的特点，可作为高速
数控磨床高效、高精度磨削的首选工具。在汽车、机床、工具、轴承等工业领域有着广泛的应用。

一、CBN的性质

立方氮化硼是经高温高压合成，晶体结构由层状转变为立方结构，密度由2.25g/cm
^{3增加到3.48g/cm^{3，各种性质都发生了突变。}}

在把CBN作研磨材料使用时，我们主要研究它的硬度、耐磨性、强度和导热性等。

CBN的硬度远高于其它普通磨料。高硬度意味着切削能力更强、更锋利；CBN有高的耐磨性，意味着它比普通磨料更难磨损；保持磨粒形状的能力是CBN作为高性能磨料的主要特性之一；CBN的抗压强度很高，这意味着在恶劣的条件下使用时它能保持颗粒完整而不易破碎;CBN有很好的导热性，在磨削时可实现冷切削。

由于CBN和金刚石某些性质的不同，它们加工材料的范围也不同。CBN适合加工的材料为工具钢、轴承钢、合金钢、超级合金、铸铁。金刚石适合加工的材料为硬质合金、玻璃、陶瓷、金属陶瓷等。

二、 CBN磨削系统

CBN磨具是用不同类型的结合剂将CBN磨料粘接在一起并制成一定形状的一种工具。只有通过合理的磨削工艺，依靠磨床的优越性能，才能最大限度地发挥其作用。在研究和应用CBN磨削技术时，必须把CBN磨具、磨床、工件、修整、冷却、磨削工艺等因素纳入一个系统里来进行优化，才能获得最佳的技术和经济效果。

下面简述CBN磨削技术的几十重要影响因素。

CBN磨具
CBN磨具的特征是由其形状、尺寸、CBN磨料粒度、浓度、结合剂类型和使用速度等参数来描述的。在制造和选择磨具时主要考虑下面四个方面的因素。

形状、尺寸和标记 CBN磨具的形状可分为平行、杯形、碗形、碟形、磨头、油石等。其形状、尺寸和标记按GB/T6409.2-1996和 GB/T6409.1-1994的标准规定。

表1 结合剂类型磨削性能磨具的结合剂类型树脂(B)金属(M)陶瓷(V)电镀(E)砂轮寿命

中

高

高

低

金属磨除率

高/中

中

高/中

高

形状保持性

中

高

高

高

功率需求

中

中/高

中

低/中

修整难易

中

很难

易

一般不修

表面粗糙度

好

好/中

最好

变化

推荐应用

工具、刀具磨
削平面磨、外
圆磨、滚刀磨、
抛光、缓进给
磨、双端面磨

成形磨削、内
圆磨削、珩磨

成形磨削、内
外圆磨削、凸
轮磨、曲轴磨、
缓进给磨、抛
光、超精磨

样板磨、成形
磨、柱面的内
外圆磨、缓进
给磨、齿轮或
花键磨

结合剂在CBN磨具的四种结合剂中(见表1)，以陶瓷结合剂发展最快。在世界范围内，陶瓷CBN磨具的比例已上升到50%以上，呈迅速增长之势。这是由于陶瓷CBN磨具磨削效率高，形状保持性好，耐用度高，易于修整，砂轮使用寿命长，因而成为高效、高精度磨削的首选磨具。

磨粉浓度根据规定，磨料在磨具中浓度为100%时，每cm
^{3含4.4克拉(0.38g)的磨料，此值相当于体积25%。浓度代号现定见表2。}

磨料浓度的高低表示了在磨削时砂轮工作面积上参与磨削的磨粒数的多少。高浓度可带来高的磨削比和低的工件表面粗糙度。而200%浓度比100%浓度砂轮寿命延长4～5倍。

硬度磨具的硬度等级表示了结合剂对磨料把持力的大小，它是制造商工艺控制的重要指标，也是用户选择磨具性能的主要参数，砂轮硬度均匀和稳定及硬度高低的合理选择是保证磨削质量的重要前提。

浓度代号规定代号磨料含量(克拉/cm
^{3)浓度251.125%502.250%753.375%1004.4100%1506.6150%2008.8200%}
磨床
磨床是磨削系统的中心，磨床的性能对磨削效果有最重要的影响，对CBN磨削来说尤其如此。提高砂轮工作线速度，可明显提高磨削效率和磨削比，提高砂轮耐用度和工件表面质量。80～125m/s的使用速度已成为目前国内进口的CBN凸轮轴磨床基本特征之一。在条件允许的情况下，尽可能使用高的速度是提高CBN磨削的技术性和经济性的重要前提。高速磨削和CBN砂轮磨削的特点，要求机床主轴和整机要具有高刚性和良好的抗振性，从而保证磨削工件的精度和表面质量，这是CBN高速磨削技术中对磨床的基本要求。
修整
使用金刚石滚轮修整，不仅可提高修整效率，更重要的是可获得较好的砂轮形貌。使用其它修整工具，很难完成对高硬度砂轮表面的修整。修整装置的进给精度要高，每次进给量应能达到微米级。过量的修整既影响磨削质量又会大大减少砂轮使用寿命。
冷却
磨削中，90%以上的能量转化为热能，这些热必须被冷却液最大限度地吸收并带走。正确选择冷却液种类和冷却工艺参数，往往会收到事半功倍的效果。不同的冷却液的使用，会使砂轮的磨削比相差几倍。
磨削工艺参数优化
充分优化磨削工艺参数可使磨削效率、磨削质量和磨削成本等技术经济指标在更高的水平上达到平衡。

三、CBN磨具的应用

高速、高效、高精度磨削已成为当今摩加工技术发展的主流。CBN磨削作为一种先进的加工技术大显身手。高质量、低成本是推动它迅速发展的动力。

CBN磨具应用领域不断扩大，已从工具行业对难磨金属材料的加工，推广到轴承、汽车、机床、压缩机等行业中普通黑色金属材料的加工，磨削方式也从一般的工具磨、内圆磨，发展到缓进给磨削、高精度磨削、高速磨削、凸轮磨、曲轴磨，大有取代刚玉磨具之势。CBN磨削有高速度、高效率、高质量、低成本的特点。使用速度普遍达到80～125m/s，大余量粗精磨一次完成，由于磨削工件表面呈压应力状态可使工件使用寿命提高20%～30%，综合磨削成本可降低10%以上。近年来国内进口成套CBN磨削技术呈快速增长之势。国产CBN磨具的制造和应用技术进人高水平和快速发展的新阶段，并已进入汽车制造业这个主流市场。部分CBN磨具性能接近国外同类产品水平，可替代进口。国产高速数控CBN专用磨床已研发成功。

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立方氮化硼(CBN)磨具的应用技术

一、CBN的性质

二、 CBN磨削系统

三、CBN磨具的应用

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