磨料与磨具

机械公敌

磨削(grinding)：用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)对工件进行加工的方法。 磨具(abrasive grinding tools)：分砂轮、油石、磨头、砂瓦、砂布、砂纸、砂带、研磨膏等6类。 % | e; I* @/ i8 d( @6 M' E砂轮：一种用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及修整而成的，具有很多气孔、用磨粒进行切削的固结磨具。磨粒以其露在表面部分的尖角作为切削刃。 : O1 O% s. Q: }5 _+ G: ^5 x9 ^6 y砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。 " A' q* l4 X; f% u7 Z$ i1.磨料 . }0 b4 H: F6 t! ^+ Y, X k# E5 b磨料是制造磨具的主要原料，直接担负着切削工作。目前常用的磨料有棕刚玉(A)、白刚玉(WA)、黑碳化硅(C)和绿碳化硅(GC)等。 0 v+ t% h* D. H& N/ s& f0 O棕刚玉：用于加工硬度较低的塑性材料，如中、低碳钢和低合金钢等； 白刚玉：用于加工硬度较高的塑性材料，如高碳钢、高速钢和淬硬钢等； 1 X8 l) h( y9 V! a黑碳化硅：用于加工硬度较低的脆性材料，如铸铁、铸铜等； * R; K6 T* p& g: i6 N- G) M绿碳化硅：用于加工高硬度的脆性材料，如硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等。 ( u" r6 r2 r" t# p% M% P2.粒度 粒度是指磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示。 1 D& ~+ G, ?& X6 E4 C! D& `国标规定了磨料和微粉两种粒度号。 ( a# Z, k7 ^; Y5 ]6 F$ ?& H% v一般说，粗磨选用较粗的磨料(粒度号较小)，精磨选用较细的磨料(粒度号较大)；微粉多用于研磨等精密加工和超精密加工。 - _) m g% X( o- e) a; m3 F3.结合剂 ) ~, j# g; I! r6 P7 I; V4 E9 n结合剂的作用是将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要取决于结合剂的性能。 常用的结合剂有陶瓷结合剂(V)、树脂结合剂(B) 、橡胶结合剂(R)和金属结合剂(M)等。 3 O4 y2 l. j% L6 J# }% K5 S陶瓷结合剂：应用最广，适用于外圆、内圆、平面、无心磨削和成形磨削的砂轮等； 树脂结合剂：适用于切断和开槽的薄片砂轮及高速磨削砂轮； 橡胶结合剂：适用于无心磨削导轮、抛光砂轮； 金属结合剂：适用于金刚石砂轮等。 ' U: ?" {' J/ o- T4.硬度 . @' R$ l; X+ K Q) Q( V( R磨具的硬度是指磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(又称结合度)。 & S! |" a' t/ K* @( h磨具的硬度反映结合剂固结磨粒的牢固程度，磨粒难脱落叫硬度高，反之叫硬度低。 * B) u: s1 Z& J. {1 {* A国标中对磨具硬度规定了16个级别：D，E，F(超软)；G，H，J(软) ；K，L(中软)；M，N(中)；P，Q，R(中硬)；S，T(硬)；Y(超硬)。 ?2 v; q( b4 T, m+ B c$ d# X普通磨削常用G～N级硬度的砂轮。 ( D( l, M0 }( T$ ?5.组织 磨具的组织指磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系，以磨粒率(磨粒占磨具体积 的百分率)表示磨具的组织号。磨料所占的体积比例越大，砂轮的组织越紧密；反之，组织越疏松。 国标中规定了15个组织号：0，1，2，…，13，14。0号组织最紧密，磨粒率最高；14号组织最疏松，磨粒率最低。 / e: e9 y; _- |+ M普通磨削常用4～7号组织的砂轮。 2 X m/ _5 g7 ^6.形状与尺寸 根据机床类型和加工需要，将磨具制成各种标准的形状和尺寸。常用的几种砂轮形状、代号和用途如表1-2所列。 表1-2常用砂轮形状、代号和用途 注：表图中有“▼”者为主要使用面，有“▽”者为辅助使用面。 7.磨具标记 - T0 w/ p" n! _0 N+ q: b磨具标记的书写顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度。例如：砂轮的标记为 0 ]3 G$ P; d) K q+ KP 400×40×127 WA60 L 5 V 35 6 x" }/ ?& D, K; Y2 I% r& _& H3 N1 ]7 |↓ ↓↓↓ ↓↓↓↓ 平行砂轮 外径×厚度×孔径磨料粒度 硬度 组织号结合剂最高工作线速度(m/s) * t) k, x5 r+ H; `& |8 P$ Q" d3 p砂轮选择的主要依据是被磨材料的性质、要求达到的工件表面粗糙度和金属磨除率。 / E P6 Q8 R9 _# h7 k9 |选择的原则是： s; T) d9 x$ t+ F2 w, t* D①磨削钢时，选用刚玉类砂轮，磨削硬铸铁、硬质合金和非铁金属时，选用碳化硅砂轮。 4 L# y* t9 X: P② 磨削软材料时，选用硬砂轮，磨削硬材料时，选用软砂轮。 ' Q9 N) E# o; m+ V6 ^/ ?: \③ 磨削软而韧的材料时，选用粗磨料(如12～36#)；磨削硬而脆的材料时，选用细磨料(如46～100#)。 ④ 磨削表面的粗糙度值要求较低时，选用细磨粒，金属磨除率要求高时，选用粗磨粒。 T8 b% c/ A# G7 E0 h. F⑤ 要求加工表面质量好时，选用树脂或橡胶结合剂的砂轮，要求最大金属磨除率时，选用陶瓷结合剂砂轮。 珩磨、超精加工及钳工使用的磨具为油石，常见的油石形状如图1-31所示。 ; I4 O" D0 e9 p m2 Q图1-31油石的形状 + r$ J/ N2 d: E7 z- @9 ~5 A油石的标记为 " K S$ B8 E y# i0 KSC 200×40×25 GC W63H6 V - ^5 H+ \2 \' b: j& o↓ ↓↓↓↓ ↓↓ ' _% g0 o0 e& h/ C/ ^4 i8 y长方油石长度×宽度×高度磨料微粉粒度硬度组织号结合剂 二、磨削过程 7 ]- I5 u1 t# J2 B: l) f9 s. U磨料切削加工方法有磨削、珩磨、研磨和抛光等，其中以磨削加工应用最为广泛。 , i+ f& n( Y7 t9 V6 S磨削时各个磨粒表现出来的磨削作用有很大的不同，如图所示。 , D0 L6 C3 d7 X- |8 v: u/ J（1）砂轮上比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用这些磨粒在开始接触工件时，由于切入深度极小，磨粒棱尖圆弧的负前角很大，在工件表面上仅产生弹性变形；随着切入深度增大，磨粒与工件表层之间的压力加大，工件表层产生塑性变形并被刻划出沟纹；当切深进一步加大，被切的金属层才产生明显的滑移而形成切屑。这是磨粒的典型切削过程，其本质与刀具切削金属的过程相同(如图1-32a)。 $ o9 @% O" n2 W3 g9 }(2)砂轮上凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用这些磨粒的切削作用很弱，与工件接触时由于切削层的厚度很薄，磨粒不是切削，而是在工件表面上刻划出细小的沟纹，工件材料被挤向磨粒的两旁而隆起(如图1-32b)。 （3）砂轮上磨钝的或比较凹下的磨粒这些磨粒既不切削也不刻划工件，而只是与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光作用(如图1-32c)。 2 ~ ^8 z, D+ A5 }即使比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段(如图1-33所示)。在第一阶段，磨粒从工件表面滑擦而过，只有弹性变形而无切屑。第二阶段，磨粒切入工件表层，刻划出沟痕并形成隆起。第三阶段，切削层厚度增大到某一临界值，切下切屑。 # i9 y5 w% V1 M( E2 u2 Y5 P% S磨削过程实际上是无数磨粒对工件表面进行错综复杂的切削、刻划、滑擦三种作用的综合过程。一般地说，粗磨时以切削作用为主；精磨时既有切削作用，也有摩擦抛光作用；超精磨和镜面磨削时摩擦抛光作用更为明显。

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