砂轮的选择和使用

吴飞

砂轮是有许多极硬的磨粒经过结合剂粘结而成的切削工具。砂轮表面上的多棱多角的坚硬颗粒称为磨料，起着切削作用。把磨料粘在一起的粘结材料叫做结合剂。磨料、结合剂之间有许多空隙，起着散热和容纳磨屑的作用。磨料、结合剂和空隙构成砂轮结构的三要素。

为了使砂轮能正常磨削，一般砂轮的工作面要经过修整，以形成无数等高的微刃，起磨削作用。

在磨削过程中，磨粒的微刃在不断变化，由峰利而变钝，钝化了的磨粒继续进行磨削，作用在磨粒上的力就不断增加。有时磨粒所受到的压力超过结合剂的粘结力，磨粒就会白行脱落；有时磨粒所受到的压力尚未超过结合剂的粘结力，但足以使磨粒自身蹦碎而形成新的锋利的刃口。钝化了的磨粒绷碎或自行脱落，又出现锋利的磨粒使砂轮保持原来的切削性能，砂轮的这种性能称为“自锐性”。

砂轮的自锐性是砂轮独有的性能，对磨削的影响极大。处理的好坏将直接影响磨削的质量和生产效率。

由于砂轮上每颗磨粒没有确切的几何角度，这就使砂轮的选择显得比较复杂。一般砂轮的选择主要是从砂轮的特性着手的。

1.1砂轮的特性

砂轮的特性包括以下几个部分：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和强度。每一种砂轮根据其本身的特性，都有一定的适应范围。所以在磨削加工时，必须根据具体条件，如工件的材料、工件的硬度及加工表面的要求，来选用合适的砂轮。

磨料——磨料是砂轮的主要部分，它直接担负切削工作。在磨削时，它要经受剧烈的摩擦、挤压以及高温的作用。所以磨料必须具有很高的硬度、耐热性以及相当的韧性，还要具有比较锋利的切削刃口。

粒度——粒度是指磨料颗粒的大小即粗细程度。

表示粒度号的方法有两种：一种是颗粒尺寸大于40微米的磨粒，用筛子筛分的方法测定，粒度号代表的是磨粒所通过的筛网在每英寸长度上所含的孔眼数。如80#粒度是指它可以通过每英寸长度上有80个孔眼的筛网，但不能通过每英寸长度上有100个孔眼的筛网。因此用这种方法表示的粒度号数越大，磨粒越细。另一种是尺寸很小的磨粒，成微粉状，用显微镜测量的方法测定粒度。320#粒度以上的砂轮都属于这一种。

砂轮的粒度对磨削的表面粗糙度和磨削效率有很大的关系，磨削时要合理选择砂轮的粒度。

结合剂-----结合剂是将磨粒粘固成各种砂轮的粘结材料。结合剂的种类及其性质将影响砂轮的强度、耐冲击性、耐热性和耐腐蚀性等。结合剂对磨削粗糙度和磨削温度也有一定的影响。常用的结合剂分有机结合剂和无机结合剂两大类。无机结合剂最常用的是陶瓷结合剂。有机结合剂最常用的是有树脂结合剂橡胶结合剂两种。

硬度--------砂轮的硬度是指结合剂粘结磨粒的牢固程度，也是指磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落下来的难易程度。砂轮硬，就是磨粒粘的牢，不易脱落；砂轮软，就是磨粒粘的不牢，容易脱落。所以，砂轮的硬度和磨料的硬度不是一个概念。

砂轮的硬度对磨削生产率和磨削的表面质量影响极大，因此要选择适当。如果选的太硬，磨粒子变钝后仍不能脱落，会使磨削力和磨削热显著增加，磨削效率降低，当磨粒还很锋利时就脱落，这样就会使砂轮损耗过快，并很快地失去正确的外部形状，工件的精度难于控制，同时工件的表面也容易被脱落的磨粒划伤。

砂轮的组织----砂轮的组织是表示砂轮的松紧程度的。砂轮的松紧程度与磨粒、结合剂和气孔三者的体积比例有关。

砂轮组织的分类和分级是以磨粒占砂轮体积的百分比来划分的，工分三种组织状态和十二个组织号，每个号的组织都按磨粒所占全部体积的百分比表示。砂轮组织级数越低，越紧密，磨粒占砂轮体积的百分比越大，因而磨粒与磨粒之间的气孔小。相反，磨粒之间的气孔大。

砂轮内部气孔的大小直接影响磨削加工的声厂效率和表面质量。气孔在磨削过程中，除容纳磨屑外，还可以将磨削液和空气带入磨削区域，以降低温度，减少工件发热变形和避免减少烧伤。若砂轮的气孔大，则单位面积上的磨粒树木就少，砂轮的轮廓形状就不容易保持，影响加工表面的粗糙度和精度。

强度----砂轮告诉旋转时，砂轮上任一部分都受到很大的离心力作用，如果没有足够的强度，砂轮就会破裂而引起严重事故。

砂轮所受的离心力与砂轮线速度的平方成正比例，所以当砂轮线速度增大到一定数值时，离心力就会超过砂轮强度所允许的数值，使砂轮碎裂。因此，砂轮的强度通常用安全线速度来表示。

安全线速度比砂轮碎裂是的速度低的多，在这个速度下正常工作，可以保证生产安全。各种砂轮，按强度高低，都规定了安全线速度，并注杂砂轮上或说明书中，供使用者选择。

1.2砂轮的选择

砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度、表面粗糙度和生产效率。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下列一些因素：

工件材料的物理性能（强度、硬度、韧性等）；

工件的加工精度和表面粗糙度的要求;

工件的形状和尺寸；

工件的磨削量；

磨削方式和磨床的性能；

冷却液的种类；

由于影响选择砂轮的因素非常复杂，要提出对各种加工条件都适应的具体方法,实际上是不可能的,因此,在实际生产过程中，应该从具体情况出发加以分析,选择比较合适的砂轮。

在前面粗糙度的介绍中已经强调，轧辊磨削仅仅保证粗糙度Ra值，并不能满足轧制工艺要求，必须用特定的砂轮，按规定的磨削工艺磨出的轧辊，才能保证铝箔轧制的需要。

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由于轧辊的表面硬度很高，磨削的时间比较长，所以砂轮的消耗量比较快。为了保证连续工作，砂轮就要有足够的储备。另一方面，砂轮受结合剂的影响，存放时间不能太长，砂轮结合剂不同，存放的时间也不同。陶瓷结合剂的砂轮可存放两年，树脂结合剂的砂轮存放期为一年。

在选用砂轮时应注意另一个问题就是要保证砂轮的性能稳定，同一国歌型号（相同的磨料、结合剂、组织、硬度）的砂轮，生产厂家不同，磨削效果也不一样，在更换砂轮供应商时应该特别注意。

在砂轮粒度选择时也应注意，日本、欧洲、美国的砂轮粒度型号相同，但砂粒尺寸的平均直径标准并不一样。

1.3砂轮的检查和安装

砂轮的检查和安装是一项重要细微的工作。因为砂轮工作时圆周速度很高，而一般砂轮又呈脆性，如果安装不当，就可能造成严重事故，或者使砂轮失去平衡而引起震动，影响磨削精度和磨床精度。安装砂轮之前，首先要仔细检查砂轮是否有裂纹，方法是将砂轮吊起，用木棰轻敲听其声音。没有裂纹的砂轮发出清脆的声音，有裂纹时则声音嘶哑。有裂纹或声音嘶哑的砂轮应禁止使用。

大孔径的砂轮，一般都用法兰盘装夹。砂轮内孔与法兰盘轴颈部分应有适当的间隙，一般为0.1-0.5mm。如果发现砂轮内孔与法兰盘轴颈配合过紧，可以修刮砂轮内孔，不可用力压入，以免使砂轮碎裂。如果太松，砂轮中心与法兰盘的中心偏移太大，砂轮将会失去平衡。这时，必须在法兰盘外径与砂轮内孔之间均匀的垫上一层硬纸片加以消除。如果砂轮内孔比法兰盘外径大的太多，则应中心配制法兰盘或更换砂轮。

砂轮的两个平面和法兰盘之间安装时要垫上1-2mm有弹性的纸板，纸板的直径要比法兰盘的直径稍大一些。紧固螺栓时，不可用力过猛，一般要按对角顺序逐步拧紧螺栓，使砂轮受力均匀。

1.4砂轮的平衡

砂轮在制造过程中，会因形状精度不好和砂粒分布不均而存在不平衡。砂轮不平衡热闹后是由于砂轮中心与回转轴线不重合而引起的。在新砂轮的外圆上能使砂轮平衡的重量，称为砂轮的原始不平衡度。砂轮的原始不平衡度是评定砂轮质量的指标之一。

为了使砂轮精确而平稳地工作，砂轮必须经过平衡校正。不平衡的砂轮作高速旋转时，将产生迫使砂轮偏离轴心的离心力，引起磨床振动，使轧辊表面产生振痕，主轴振动，会使轴承加快磨损，严重的会使砂轮碎裂。直径大于125mm的砂轮都要进行平衡校正。

砂轮的平衡一般是指静平衡。镜平衡是在平衡架上进行的。平衡架使用时必须处于水平位置。静平衡的指标，是指砂轮在平衡架上水平任何位置上都能保持静止状态。调整静平衡的方法是：根据砂轮的不平衡情况，适当调整砂轮法兰盘上环形槽内的平衡块位置，使砂轮的中心与它的回转中心重合。

砂轮在使用过程中要经常修整使用面，每次修整后都会产生新的微量不平衡，为此，砂轮在每次修整后都要进行动平衡，高精度的轧辊磨床都有砂轮动平衡装置。HERKULES轧辊磨床的动平衡装置，是安装在砂轮主轴的砂轮一侧，用电流表来显示调整精度，（电流表的显示值来源于装在砂轮架上的一个振幅传感器）动平衡的调整值应小于1uA。

砂轮动平衡是靠主轴内平衡装置小半径上的平衡量，来平衡砂轮半径上的不平衡量，它的平衡能力是有限的。所以，即使装有砂轮动平衡的轧辊磨床，新砂轮在使用前都必须要进行静平衡才能使用。

1.5砂轮的修整

砂轮的修整直接关系到轧辊的表面质量和生产效率。因此，砂轮修整十分重要。

用砂轮修整工具将砂轮工作面已磨钝的表面修去，以恢复工作面的切削性能和正确几何形状的方法，叫做砂轮修整。

在磨削带有凸度的轧辊时，为了消除砂轮磨削痕迹，砂轮修整时必须对砂轮两个硬角进行处理，砂轮的表面也可以修整成圆弧形。

砂轮修整用的金刚笔上的金刚石，它的大小和形状对砂轮休整的结果有一定的影响。对于砂轮直径400mm以上的砂轮，金刚石应不小于1.5克拉，使用变钝了的金刚石要注意调换角度。