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磨具組織粗分為緊密、中等和疏松三類。每類又可再細(xì)分?jǐn)?shù)等,用組織號(hào)來(lái)區(qū)分。磨具組織號(hào)越大,磨料在磨具中所占的體積百分率越小,磨粒之間的間隙越寬,表示組織越松。反之,組織號(hào)越小表示組織越緊。較松組織的磨具使用時(shí)不易鈍化,在磨削過(guò)程中發(fā)熱少,能減少工件的發(fā)熱變形和燒傷。較緊組織的磨具磨粒不易脫落,有利于保持磨具的幾何形狀。磨具的組織只在制造時(shí)按磨具配方予以控制,一般不作測(cè)定。超硬磨料固結(jié)磨具主要是由金剛石、立方氮化硼等與結(jié)合劑固結(jié)成的磨具。由于金剛石、立方氮化硼的價(jià)格高、具有很好的耐磨性能,用它們制造的固結(jié)磨具與普通磨料固結(jié)磨具不同,除超硬磨料層外,還有過(guò)渡層和基體。超硬磨料層是起切削作用的部分,由超硬磨料和結(jié)合劑組成�；�體是在磨削中起支托作用的,由金屬、電木或陶瓷等材料組成。過(guò)渡層用于連接基體和超硬磨料層,由結(jié)合劑構(gòu)成,有時(shí)也可省去。常用的結(jié)合劑有樹(shù)脂、金屬、電鍍金屬和陶瓷等。固結(jié)磨具的制造工序有:分配料、混料、成型、熱處理、加工和檢查等。隨結(jié)合劑不同,制造工藝也不盡一樣。陶瓷結(jié)合劑磨具主要采用壓型法,將磨料和結(jié)合劑按配方的重量比例稱量后,置于混料機(jī)內(nèi)混合均勻,投入金屬模具內(nèi),在壓力機(jī)上成型出磨具毛坯。毛坯經(jīng)干燥再裝入窯內(nèi)焙燒,燒成溫度一般為1300℃左右。當(dāng)采用低熔點(diǎn)燒熔結(jié)合劑時(shí),燒成溫度低于1000℃。再按規(guī)定尺寸形狀精確加工,最后檢查產(chǎn)品。樹(shù)脂結(jié)合劑磨具一般是在室溫條件下在壓力機(jī)上成型,也有采用在加熱條件下邊加熱邊加壓的熱壓工藝。成型后在硬化爐內(nèi)硬化。以酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑時(shí),硬化溫度為180~200℃。橡膠結(jié)合劑磨具主要采用對(duì)輥機(jī)混料,并滾壓成薄片,然后用沖刀沖裁成型;也有的用松散料,投入金屬模具內(nèi)在壓力機(jī)上成型。成型后在硫化罐內(nèi)硫化,溫度為165~180℃。金屬結(jié)合劑磨具的制造工藝有粉末冶金法和電鍍法兩種,主要用于超硬磨料固結(jié)磨具。粉末冶金法以青銅等為結(jié)合劑,混料后采用熱壓或在室溫條件下加壓成型,然后燒結(jié)加工。電鍍法以鎳或鎳鈷合金等為電鍍金屬,按電鍍工藝將磨料固結(jié)在基體上,制成磨具。特殊品種的磨具有燒結(jié)剛玉磨具和纖維磨具等。燒結(jié)剛玉磨具是用氧化鋁微粉和適量的氧化鉻混合、成型,在1800℃左右燒結(jié)制成。這種磨具結(jié)構(gòu)緊密,有較高強(qiáng)度,主要用于加工鐘表、儀表等零件。纖維磨具是用含有或粘附有磨料的纖維絲(如尼龍絲)作原料制成的,它的彈性好,主要用于金屬材料及其制品的拋光。

使用情況

磨具在使用過(guò)程中,當(dāng)磨粒磨鈍時(shí),由于磨粒自身部分碎裂或結(jié)合劑斷裂,磨粒從磨具上局部或完全脫落,而磨具工作面上的磨料不斷出現(xiàn)新的切削刃口,或不斷露出新的鋒利磨粒,使磨具在一定時(shí)間內(nèi)能保持切削性能。磨具的這種自銳性,是磨具與一般刀具相比突出的特點(diǎn)。

早在新石器時(shí)代,人類就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用天然的磨石來(lái)加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了;在19世紀(jì)美國(guó)出現(xiàn)了用天然磨料與粘土相結(jié)合燒成的陶瓷砂輪;1900年前后,人造磨料問(wèn)世,采用人造磨料制造的各種磨具相繼產(chǎn)生,為磨削和磨床的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。此后,天然磨具在磨具中所占比例逐漸減少。

磨具按其原料來(lái)源分,有天然磨具和人造磨具兩類。機(jī)械工業(yè)中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結(jié)構(gòu)特征區(qū)分,有砂輪、磨頭、油石,砂瓦以上統(tǒng)稱固結(jié)磨具和涂附磨具五類。此外,習(xí)慣上也把研磨劑列為磨具的一類。

分類

固結(jié)磨具按所用磨料的不同,可分為普通磨料固結(jié)磨具和超硬磨料固結(jié)磨具。前者用剛玉和碳化硅等普通磨料,后者用金剛石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外,還有一些特殊品種,如燒結(jié)剛玉磨具等。

普通磨料固結(jié)磨具是由結(jié)合劑將普通磨料固結(jié)成一定形狀,并具有一定強(qiáng)度的磨具。一般由磨料、結(jié)合劑和氣孔構(gòu)成,這三部分常稱為固結(jié)磨具的三要素。

磨料在磨具中起切削作用。結(jié)合劑是把松散的磨料固結(jié)成磨具的材料,有無(wú)機(jī)的和有機(jī)的兩類。無(wú)機(jī)結(jié)合劑有陶瓷、菱苦土和硅酸鈉等;有機(jī)的有樹(shù)脂、橡膠和蟲膠等。其中最常用的是陶瓷、樹(shù)脂和橡膠結(jié)合劑。

氣孔在磨削時(shí)對(duì)磨屑起容屑和排屑作用,并可容納冷卻液,有助于磨削熱量的散逸。為滿足某些特殊加工要求,氣孔內(nèi)還可以浸漬某些填充劑,如硫黃和石蠟等,以改善磨具的使用性能。這種填充劑,也被稱為磨具的第四要素。

表示普通磨料固結(jié)磨具特征的項(xiàng)目有:形狀、尺寸磨料、粒度、硬度、組織和結(jié)合劑。磨具硬度是指磨粒在外力作用下,從磨具表面脫落的難易程度,它反映了結(jié)合劑把持磨粒的強(qiáng)度。

磨具粒度

粒度是指磨料顆粒的尺寸,其大小用粒度號(hào)表示。

國(guó)標(biāo)規(guī)定了磨料和微粉兩種粒度號(hào)。

粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。粒度分為磨粒和微粉兩類。對(duì)于顆粒尺寸大外圓磨砂輪于 40μm的磨料,稱為磨粒。用篩選法分級(jí),粒度號(hào)以磨粒通過(guò)的篩網(wǎng)上每英寸長(zhǎng)度內(nèi)的孔眼數(shù)來(lái)表示。如60 # 的磨粒表示其大小剛好能通過(guò)每英寸長(zhǎng)度上有60孔眼的篩網(wǎng)。對(duì)于顆粒尺寸小于40μm的磨料,稱為微粉。用顯微測(cè)量法分級(jí),用W和后面的數(shù)字表示粒度號(hào),其W后的數(shù)值代表微粉的實(shí)際尺寸。如W20表示微粉的實(shí)際尺寸為20μm。各種粒度號(hào)的磨粒尺寸見(jiàn)表1 。

表1 磨料粒度號(hào)及其顆粒尺寸

表2不同粒度砂輪的使用范圍

注:比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 細(xì)的微粉很少使用,表中未列出。磨料粒度的選擇,主要與加工表面粗糙度和生產(chǎn)率有關(guān)。 粗磨時(shí),磨削余量大,要求的表面粗糙度值較大,應(yīng)選用較粗的磨粒。因?yàn)槟チ４帧�氣孔�?磨削深度可較大,砂輪不易堵塞和發(fā)熱。精磨時(shí),余量較小,要求粗糙度值較低,可選取較細(xì)磨粒。一般來(lái)說(shuō),磨粒愈細(xì),磨削表面粗糙度愈好。

結(jié)合劑

結(jié)合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強(qiáng)度和形狀的砂輪。砂輪的強(qiáng)度、抗沖擊性、耐熱性及抗腐蝕能力,主要取決于結(jié)合劑的性能。

常用的結(jié)合劑有陶瓷結(jié)合劑(V)、樹(shù)脂結(jié)合劑(B) 、橡膠結(jié)合劑(R)和金屬結(jié)合劑(M)等。

陶瓷結(jié)合劑:應(yīng)用最廣,適用于外圓、內(nèi)圓、平面、無(wú)心磨削和成形磨削的砂輪等;

樹(shù)脂結(jié)合劑:適用于切斷和開(kāi)槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪;

橡膠結(jié)合劑:適用于無(wú)心磨削導(dǎo)輪、拋光砂輪;

金屬結(jié)合劑:適用于金剛石砂輪等。

磨具硬度

磨具的硬度主要取決于結(jié)合劑加入量的多少和磨具的密度,磨粒容易脫落的表示磨具硬度低;反之,表示硬度高。硬度的等級(jí)一般分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬和超硬七大級(jí),從這些等級(jí)中還可再細(xì)分出若干小級(jí)。測(cè)定磨具硬度的方法,較常用的有手錐法、機(jī)械錐法、洛氏硬度計(jì)測(cè)定法和噴砂硬度計(jì)測(cè)定法。

磨具的硬度與其動(dòng)態(tài)彈性模量具有對(duì)應(yīng)關(guān)系,這有利于用音頻法測(cè)定磨具的動(dòng)彈性模量來(lái)表示磨具硬度。在磨削加工中,若被磨工件的材質(zhì)硬度高,一般選用硬度低的磨具;反之,則選用硬度高的磨具。

菱鎂磨具是由菱鎂水泥與碳化硅以一定比例復(fù)合而成,既繼承了菱鎂水泥強(qiáng)度高、硬度大的優(yōu)點(diǎn),又保留了碳化硅良好的耐磨性。

特點(diǎn)

1、強(qiáng)度高、硬度大、耐磨性好,具有良好的削磨能力;

2、仿形好,拋磨起光快、光澤度好;

3、菱鎂水泥膠黏性好,磨塊結(jié)合效果好,不蹦邊;

4、削磨量少,消磨力強(qiáng),打磨效率高;

5、成本低廉,耐磨性好,具有極高的性價(jià)比。

用途

菱鎂磨具主要用于瓷磚、微晶玻璃等表面的粗磨、中磨、細(xì)磨直到拋光,實(shí)用性強(qiáng),用量大,可廣泛應(yīng)用于天然石材、陶瓷、微晶玻璃等非金屬材料的切割、打磨和拋光,可以減少換裝工具的時(shí)間,提高工作效率,尤其適用于手提電動(dòng)工具、手推切割機(jī)、自動(dòng)橋式切割機(jī),市場(chǎng)前景廣闊,正在全國(guó)范圍內(nèi)普及應(yīng)用。

有機(jī)磨具的特征是使用范圍廣,具有一定的彈性和較高的結(jié)合強(qiáng)度,并具有良好拋光性能。在粗、精、細(xì)、拋等磨削工藝中均得到應(yīng)用,其樹(shù)脂磨具具有下列特點(diǎn):

1、結(jié)合強(qiáng)度高

與陶瓷結(jié)合劑相比,樹(shù)脂結(jié)合劑結(jié)合強(qiáng)度高,其樹(shù)脂砂輪磨削線速度達(dá)80~120m/s,并可承受較大的磨削壓力。重負(fù)荷砂輪磨削壓力高達(dá)10×104~40×104N,廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè),如各種鋼錠、鋼坯等荒磨工序。高速重負(fù)荷專用砂輪等粗磨加工具有操作安全,適合高速磨削和大進(jìn)給磨削,磨削效率高。

2、具有一定的彈性

相對(duì)陶瓷磨具樹(shù)脂磨具具有良好的韌性,有一定的可塑性和延展性。其彈性模量(E)比陶瓷低幾十倍。所以,樹(shù)脂磨具適宜于制備各種規(guī)格的薄片砂輪和高速切割砂輪。同時(shí),由于有一定的彈性變形,可以緩沖磨削力的作用。因而磨削效果好,有拋光效果,能提高加工表面的粗糙度。

3、能制成各種復(fù)雜形狀和特殊要求的磨具

由于樹(shù)脂結(jié)合劑磨具硬化溫度低,可常溫硬化,收縮率較小,可制成各種復(fù)雜形狀和特殊要求的磨具。如:采用玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂砂輪,易排屑、散熱性好的多孔樹(shù)脂砂輪和溝槽砂輪;改善磨削工藝條件的螺栓緊固砂輪、電解磨削砂輪、拋光砂輪;以及筒形、碗形、蝶形等異形砂輪。

4、適用范圍廣

由于新型樹(shù)脂結(jié)合劑品種多,可以制成各種強(qiáng)度和性能的樹(shù)脂磨具。因而,可廣泛用于荒磨、粗磨、切割、半精磨、精磨、拋光等工序。樹(shù)脂磨具結(jié)合強(qiáng)度高,使用速度高,耐沖擊,適于粗磨和荒磨加工;樹(shù)脂磨具具有良好的韌性,適用于切割加工工序;樹(shù)脂磨具彈性好,有一定的拋光性,可用于精磨和拋光加工。樹(shù)脂磨具耐熱性較低,易磨損,適用于平面磨和精磨加工。

5、有利于防止被磨削工件產(chǎn)生燒傷

樹(shù)脂結(jié)合劑耐熱性較低,可減少或避免燒傷工件現(xiàn)象。工件在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量,首先使樹(shù)脂炭化,促使鈍化了的磨料自動(dòng)脫落,露出新的鋒利的磨粒,降低了磨削區(qū)域的熱量,避免了工件燒傷。

6、樹(shù)脂磨具硬化溫度低,生產(chǎn)周期短,設(shè)備簡(jiǎn)單

有利于專業(yè)化生產(chǎn)。不足之處在于:

①樹(shù)脂磨具耐堿性、耐水性較差,易老化。一般有效存放期為一年。因此,不能長(zhǎng)期存放。

②樹(shù)脂磨具耐熱性較低,磨削加工時(shí),磨耗較大,不適于定型成形磨削。

③樹(shù)脂磨具氣孔率低,加工有氣味,應(yīng)注意環(huán)境污染問(wèn)題。

有機(jī)應(yīng)用

有機(jī)磨具即是樹(shù)脂磨具,主要用于鋼鐵、汽車、軸承、鐵道、車輛、造船、化工、儀表、航空航天、建材及其它機(jī)械加工工業(yè)�？捎糜诩庸じ鞣N非金屬材料和金屬材料。如:木材、橡膠、塑料、玻璃、陶瓷、石材、銅、鋁、鑄鐵、鋼材等,以及硬質(zhì)合金、高速鋼、高釩鋼、鈦鋼、不銹鋼等。此外,在糧食加工,醫(yī)學(xué)及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域都得以應(yīng)用。

根據(jù)加工目的和用量不同,可以進(jìn)行荒磨、粗磨、半精磨、精磨、細(xì)磨和高精度低粗糙度磨削。同時(shí),可根據(jù)加工對(duì)象的不同,進(jìn)行外圓磨削、內(nèi)圓磨削、平面磨削、工具磨削、專用磨削、電焊磨削、珩磨、超精加工、研磨及拋光等。

1、粗磨加工應(yīng)用

粗磨是指以高效切削大量多余材料為主要特征的磨削方法�；哪�則是許多種粗磨加工廣泛使用的俗稱。

粗磨加工應(yīng)用領(lǐng)域:

①用樹(shù)脂荒磨砂輪和高速重負(fù)荷樹(shù)脂砂輪,粗磨退火或不退火優(yōu)質(zhì)合金鋼或不銹鋼坯的精整加工。用于表面外觀缺陷(焊縫、裂紋、氧化層等)的磨削加工。

②用樹(shù)脂荒磨砂輪對(duì)鑄件的澆口、冒口和坯縫進(jìn)行磨削加工和一般性精整加工。

③用樹(shù)脂荒磨砂輪對(duì)模鍛、鍛件的大毛刺或澆口整修后留下來(lái)的飛邊,進(jìn)行徹底的磨除。

④在焊接操作時(shí),殘留在焊件表面上的焊縫要采用荒磨平整焊縫和倒圓磨削。

⑤對(duì)大型板材氣割成圓形或其它復(fù)雜形狀時(shí),氣割所產(chǎn)生的熔渣,要采用便攜式荒磨機(jī)磨除。如:大型熱軋建筑型鋼和管切的粗切加工等。

2、手持磨削加工應(yīng)用

手持磨削是磨削方法的綜合概括。它們的共同特征是:無(wú)論是工件還是磨削機(jī)械的支承使工件與磨具相接觸,制導(dǎo)和移動(dòng)等均直接依靠手工進(jìn)行。

手持磨削又分為固定式手持磨削和移動(dòng)式手持磨削。將磨削機(jī)械固定,手持加工工件進(jìn)行磨削的方式,稱為固定式手持磨削。加工時(shí)采用的手持砂輪機(jī)進(jìn)行可移動(dòng)的磨削方式,稱為移動(dòng)式手持磨削。

手持磨削主要應(yīng)用領(lǐng)域:

①用手提式樹(shù)脂荒磨砂輪,加工龐大而笨重難以在磨床上安裝的工件。如:大型鑄件的粗磨。

②用高速鈸形砂輪或鋼紙磨片,加工已裝配有其它'零件的工件。如:重型建筑構(gòu)件和船舶構(gòu)件。

③對(duì)小型調(diào)整時(shí)需要進(jìn)行的磨削加工。如:在常見(jiàn)大型部件的有限部位上校正裝配件。

④用高速鈸形砂輪等,對(duì)工件最終成形或?qū)�工件與鄰接部位接合處的倒圓,對(duì)已經(jīng)裝配或已經(jīng)焊接的工件進(jìn)行磨削。如:對(duì)汽車車體的加工。

⑤用于形狀不規(guī)則表面上的雕塑加工。如:模具的加工。

⑥工件光整加工。即要求對(duì)工件進(jìn)行倒圓或光整磨削,使其表面美觀,性能滿意,而對(duì)形狀和尺寸無(wú)嚴(yán)格要求。如:用可彎曲鈸形砂輪加工不銹鋼制品,用PVA砂輪加工石材等。

⑦在工件表面的有限面積上做少量磨削,以便形成一種特殊的形狀,例如:各種刀具的銳磨等。

3、切割加工應(yīng)用

樹(shù)脂薄片砂輪主要用于冶金工業(yè)的鋼棒、鋼管、扁鋼、角鐵、槽鋼、鋼軌、鋼板等金屬材料的切割加工;半導(dǎo)體工業(yè)的硅、鍺、藍(lán)寶石、鐵素體、石墨、陶瓷、石英等金屬和非金屬材料的精密超薄切片加工;似及建筑材料工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、航空航天工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)的金屬材料和非金屬材料的切割加工。

在金屬材料切割加工中,采用樹(shù)脂薄片砂輪切割,具有以下優(yōu)點(diǎn):

①切割速度快。在切割金屬材料時(shí),切割砂輪的切割速度是其它切削方法(如鋸、車切)的10倍。

②切割尺寸精度高。采用砂輪切割,其切口寬度和切割面的平整度,一般來(lái)說(shuō)比金工鋸切要好。

③切割表面平滑。砂輪切割后其表面經(jīng)常不須進(jìn)行精加工,而鋸切后的切斷面很明顯。

④可用于硬質(zhì)材料的切割加工。如淬硬鋼和金屬碳化物以及硬脆非金屬材料的切割加工。

⑤磨具使用過(guò)程中,自銳性好,不需要修整。

⑥成本低。使用砂輪切割所需成本明顯低于其它切割方法。

⑦其它方面的應(yīng)用。如窄槽切口,或者淬硬鋼或超硬非金屬加工件的切縫等。

樹(shù)脂磨具切割加工所具有的這些特性,使其在許多金屬加工業(yè)和非金屬加工業(yè),以及在工業(yè)生產(chǎn)的其它領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

4、常規(guī)磨削加工應(yīng)用

①用樹(shù)脂砂輪在外圓磨床或萬(wàn)能磨床上對(duì)軸類、套筒以及其他類型零件的圓柱面、圓錐面和肩端面進(jìn)行磨削加工。

②用樹(shù)脂砂輪外圓周面或砂輪的端面,如螺栓緊固砂輪、大氣孔砂輪、開(kāi)槽砂輪、多孔砂輪和多孔帶溝槽砂輪,以及多用杯形砂輪、筒形砂輪的端面等,對(duì)機(jī)械零件的各種平直為滿足平直度、表面粗糙度和平面之間相互位置精度等要求而進(jìn)行平面磨削加工。

③用樹(shù)脂砂輪的外圓面或樹(shù)脂磨頭,在內(nèi)圓磨床、萬(wàn)能磨床或?qū)Ｓ媚ゴ采?對(duì)表面質(zhì)量要求較高的通孔、盲孔、臺(tái)階孔、錐孔和軸承內(nèi)溝道等部件進(jìn)行內(nèi)圓磨削加工。

④用樹(shù)脂砂輪、樹(shù)脂和橡膠導(dǎo)輪,在無(wú)心磨床上,采用柔性定位的方式,使用砂輪的外圓周面,對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的內(nèi)圓或外圓表面進(jìn)行無(wú)心磨削加工。

⑤用專用樹(shù)脂砂輪磨螺紋砂輪。在螺紋磨床上,對(duì)高精度及表面粗糙度的傳動(dòng)螺紋,測(cè)量機(jī)件的螺紋,工量具螺紋和淬硬處理的螺紋部分進(jìn)行螺紋加工。如螺紋、蝸桿、絲錐、滾刀、量規(guī)等帶錐螺紋、多頭螺紋、平行螺紋等磨削加工。

⑥用環(huán)氧樹(shù)脂珩磨輪以及雙錐面、蝶型、雙蝶型、蝸桿式砂輪等,在齒輪磨床上,對(duì)經(jīng)淬硬處理的齒輪進(jìn)行齒輪磨削加工。

⑦用樹(shù)脂強(qiáng)力磨砂輪,在工具磨削上,對(duì)具有較高的硬度熱硬性,耐磨性與足夠的強(qiáng)度和韌性的切削工具材料,如碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等,進(jìn)行工具磨削加工,以達(dá)到理想的精度,表面粗糙度和正確的幾何形狀,使切削刃具具有較高的鋒利性和耐用度。

5、其它專用磨削加工中的應(yīng)用

①用樹(shù)脂磨鋼軌砂輪,在專用鋼軌修磨列車上,對(duì)鋼軌進(jìn)行修磨加工。

②用導(dǎo)電樹(shù)脂砂輪,在電解磨床上,對(duì)一些高硬度的零件,如各種硬質(zhì)合金刀具、量具、擠壓拉絲模具、軋輥等,以及普通磨削很難加工的小孔、深孔、薄壁筒、細(xì)長(zhǎng)桿零件和復(fù)雜型面的零件,進(jìn)行電解磨削加工。其中電解作用占加工量的95%。磨料的機(jī)械加工作用僅占5%。因此,電解磨削比普通磨削加工效率高。

③用PVA(聚乙烯醇)拋光輪,PU(聚氨酯)拋光輪、無(wú)紡布拋光輪等,在拋光機(jī)上,對(duì)石材、玻璃、不銹鋼等進(jìn)行拋光加工。

④磨錄音機(jī)磁頭、鐘表、儀器行業(yè)所用的精磨拋光砂輪。如FBB(耐水聚乙烯醇)砂輪等。