随着加工制造业迅速发展的飞速发展，航空航天、医疗器械、仪表制备、电子产品、宝石等领域对工件的表面光洁度、尺寸精度都提出了新的要求，一些精密仪器的加工精度需要达到微米甚至是亚纳米级，磨削加工技术越来越朝着超精密，高效率方向发展。为提高精密磨削加工效率，自锐性好，磨除率高，加工工件表面光洁度好的堆积磨料得到了越来越广泛的应用，堆积磨料制品也越来越广泛地应用于磨削加工领域。

精密零件抛光

堆积磨料切削抛光机理

堆积磨料是通过特殊的造粒方式，用粘接剂把细颗粒磨料粘接起来，通过烧结使其成为具有一定强度和形状的磨料聚集体。因此，每一个堆积磨粒在磨具中都相当于一个微型砂轮，磨削过程中每个微型砂轮相互独立起磨削作用，微型砂轮中结合剂牢固把持着磨粒，磨具中结合剂又牢固把持着微型砂轮。

类多晶（堆积）磨料切削原理图

相对于单颗粒磨料磨具，堆积磨料磨具的出露高度较高，每个微型砂轮中有多个磨粒表面露出，磨削工件时每个磨粒都参与磨削。

堆积磨料相比于普通磨料，主要有以下优势：

1.特殊的磨粒结构和自锐性

堆积磨料从外观上看是由一系列粗大的磨粒构成，实际上每个大磨粒都是由很多微细的氧化铝、碳化硅、超硬材料等磨料组成，大颗粒上的微细磨料随机排列，这样在整个磨削过程中细颗粒就一点一点地磨损，残砂随机脱落，露出崭新的完整磨料继续作工，形成的多层磨料磨削，这种多层次连续作业的磨削方式大大优于传统的单颗粒磨削方式。

2.效率高使用寿命长

堆积磨料将磨料进行了聚合，所以单位面积参加磨削的磨料更多，提高加工效率和工件加工质量，确保产品质量的稳定性、可靠性，制备成的磨具使用寿命也更长。

3.磨削质量好

堆积磨料磨削工件时不会随时间的推移而出现磨削量下降和粗糙度差别，前后比较稳定。这说明堆积磨料磨削表面效果更稳定，一致性更好。

4.磨削热低

通常磨削的瞬间温度过高且集中在工件表面层的局部部位，将造成工件表面金相组织的局部变化，形成磨削烧伤。烧伤现象将引起工件表面机械性能下降，降低工件硬度和耐用性，缩短工件的使用寿命。普通磨料随着磨削时间的推移，磨粒不断被磨钝，而无法自锐，因而磨削状态渐渐由切削状态变为滑擦状态，从而导致磨削区温度上升，造成工件表面烧伤；堆积磨料因有多层磨粒，在磨削过程中会不断脱落，露出新的砂粒锐角，从而使整个过程处于切削状态，避免了工件表面产生过量的磨削热，同时脱落的磨粒，也能带走大量的磨削热和切屑，保证了工件的表面质量。

堆积磨料的应用

堆积磨料因自锐性好、磨除率高、耐磨性好、与结合剂润湿性好的特点，被越来越多的应用于磨具制品并起到了良好的磨削效果，目前广泛应用于固结磨具、涂附磨具、抛光液中。国内对超硬材料堆积磨粒的应用还处于研发阶段，天津大学、南京大学、南京航空航天大学、河南工业大学等对堆积磨粒的应用展开了大量研究，目前在研磨垫(FAP)、砂带、抛光液的应用方面取得了阶段性成果。国外应用堆积磨料的磨具主要有砂带、磨头等，发展比较好的有美国3M、德国VSM、德国赫美斯、日本牛头、韩国路牌等。

1.堆积磨料在固结磨料研磨垫中的应用

固结磨料研磨技术是目前光学元件、半导体、精细陶瓷、蓝宝石等工件超精密加工的主要方法之一，相比传统游离磨料研磨加工，固结磨料研磨技术具有更高的磨削效率和更低的成本。固结磨料研磨垫是将一定比例的磨料及辅助添加剂与所需硬度的树脂混合均匀，再在磨具中固化成型，制成一个以PC板为支撑，混合物为磨料层的扁平状磨料垫。

固结磨料研磨垫

利用单颗粒金刚石作为固结磨料研磨垫(FAP)磨料，虽然能够获得较高的工件磨除率，但是由于单颗粒金刚石硬度极高，对工件表面划伤严重，极大地影响了工件的表面质量，而且由于FAP中结合剂硬度较低，容易磨损，会造成金刚石浪费。将陶瓷结合剂堆积磨料应用于FAP就很好地解决了这一难题，且具有很好的自锐性，单颗粒磨料钝化时只有钝化的金刚石脱落而不影响其他金刚石参与磨削。在一些硬脆工件的超精密加工中，堆积磨料FAP获得了较好的磨削效果，特别是在氟化钙、氧化锆陶瓷、石英玻璃超精密加工中效果显著，不仅获得了高的磨除率，而且工件的表面质量、亚表面损伤程度都较单颗粒磨料FAP有所改善。

2.堆积磨料在涂覆磨具中的应用

砂带是一柔性涂覆磨削工具，将磨粒固定在一个弹性基体上，以传动设备使其绷紧，并使其以一定的速度转动，工件在砂带表面材料的磨粒切削作用下不断减少。由于砂带磨削温度低，富有弹性，且磨料之间空隙大，所以以砂带作为磨削工具加工出的工件表面质量好，磨削过程不易阻塞。但是砂带中结合剂对磨粒的把持力不高，磨削过程中磨粒极易从砂带上脱落而造成砂带寿命很低。

堆积磨料砂带

将堆积磨料用于砂带很好地解决了砂带寿命短，连续磨削困难的问题，并且以树脂或陶瓷为结合剂的堆积磨料在磨削工件时获得了较单颗粒磨料更高的磨削效率和表面质量，尤其是在难磨金属的磨削、打磨、抛光中获得了较好的磨削效果。难磨金属材料是指一些硬度高、易粘连的金属，如钛合金、铝合金、高硬度金属、高温合金、不锈钢等，这类材料是典型的难加工材料，并且广泛应用于国民生产的各个行业，解决这类材料的加工问题，可以提高整个行业的生产效率。

难磨金属精密零件抛光

3.堆积磨料研磨液的应用

研磨液就是将磨粒通过分散剂分散到液体介质中形成的具有磨削作用的液体，磨削液的磨粒游离在工件与磨具之间，通过滚动滑擦起磨削作用，加速工件去除，并且起修整工件表面的作用。

传统的金刚石抛光液在对陶瓷、玻璃、石材、硬质合金等硬脆性材料的抛光过程中存在抛光效率低、工件表面一致性较差等问题，因而限制了其在研磨抛光领域中的应用。将堆积磨料应用于研磨液，有效解决了这些问题，目前堆积磨料研磨液应用于蓝宝石衬底的研磨抛光，获得了较好的磨削效果。

蓝宝石衬底抛光

总结

堆积磨料在FAP、砂带、研磨液中发挥独特的优势，特别是在硬脆材料、难磨

金属材料的精密加工中提高了磨具的磨削效率，改善了工件的表面质量。当然，堆积磨料的应用并不局限于上述三类磨具制品，也可以应用于树脂或金属结合剂砂轮中，以解决树脂结合剂砂轮把持力小、耐热性差和金属结合剂砂轮自锐性差等问题。相信随着工业技术的发展，堆积磨粒的应用会越来越广泛，将会起越来越重要的作用。

参考来源：

1.堆积磨料制备技术及堆积磨料砂带应用现状，刘鹏展、邹文俊、彭进（超硬材料工程）；

2.堆积磨料的研究开发与应用，栗正新、王兆武（中原工学院学报）；

3.新型微晶磨料的研究，刘霏（天津大学）。

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