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砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂,经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺不同,砂轮的特性差别很大,因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、力度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。
(1)磨料
磨料是砂轮的主要组成部分,它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性,以承受磨削时的切削热和切削力,同时还应具备锋利的尖角,以利磨削金属。常用磨料代号、特点及应用范围简表 6.6
表 6.6 常用磨料代号、特性及适用范围
系别 | 名称 | 代号 | 主要成分 | 显微硬度(HV) | 颜色 | 特性 | 适用范围 |
氧化物系 | 棕刚玉 | A | AL2O391-96% | 2200-2288 | 棕褐色 | 硬度高,韧性好,价格便宜 | 磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜 |
白钢玉 | WA | AL2O397-99% | 2200-2300 | 白色 | 硬度高于棕刚玉,磨粒锋利,韧性差 | 磨削淬硬的碳钢、高速钢 |
碳化物系 | 黑碳化硅 | C | SiC>95% | 2840-3320 | 黑色带光泽 | 硬度高于钢玉,性脆而锋利,有良好的导热性和导电性 | 磨削铸铁、黄铜、铝及非金属 |
绿碳化硅 | GC | SiC>99% | 3280-3400 | 绿色带光泽 | 硬度和脆性高于黑碳化硅,有良好的导电性和导热性 | 磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢 |
高硬磨料 | 立方氮化硼 | CBN | 立方氮化硼 | 8000-9000 | 黑色 | 硬度仅次于金刚石,耐磨性和导电性好,发热量小 | 磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料 |
人造金刚石 | MBD | 碳结晶体 | 10000 | 乳白色 | 硬度极高,韧性很差,价格昂贵 | 磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料 |
(2)粒度
粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。对于颗粒尺寸大于 40μm的磨料,称为磨粒。用筛选法分级,粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数来表示。如60 # 的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有60孔眼的筛网。对于颗粒尺寸小于40μm的磨料,称为微粉。用显微测量法分级,用W和后面的数字表示粒度号,其W后的数值代表微粉的实际尺寸。如W20表示微粉的实际尺寸为20μm。
砂轮的力度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗,磨削深度大,生产率高,但表面粗糙度值大。反之,则磨削深度均匀,表面粗糙度值小。所以粗磨时,一般选粗粒度,精磨时选细粒度。磨软金属时,多选用粗磨粒,磨削脆而硬材料时,则选用较细的磨粒。粒度的选用见表 6.7。
(3)结合剂
结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性极耐腐蚀性,主要取决于结合剂的种类和性质。常用结合剂的种类、性能及适用范围见表 6.8。
表 6.8常用结合剂的种类、性能及适用范围
种类 | 代号 | 性能 | 用途 |
陶瓷 | V | 耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、易保持轮廓、弹性差 | 应用广泛,适用于 v<35m/s的各种成形磨削、磨齿轮、磨螺纹等 |
树脂 | B | 强度高、弹性大、耐冲击、坚固性和耐热性差、气孔率小 | 适用于 v>50m/s的高速磨削,可制成薄片砂轮,用于磨槽、切割等 |
橡胶 | R | 强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落 | 适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割的薄片砂轮、抛光砂轮等 |
金属 | M | 韧性和成形性好、强度大、但自锐性差 | 可制造各种金刚石磨具 |
(4)硬度
砂轮硬度是指砂轮工作时,磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬,表示磨粒难以脱落;砂轮软,表示砂轮容易脱落。砂轮的硬度等级见表 6.9。
表 6.9 砂轮的硬度等级及代号
硬度等级 | 大级 | 超软 | 软 | 中软 | 中 | 中硬 | 硬 | 超硬 |
| 小级 | 超软 | 软1 | 软2 | 软3 | 中软1 | 中软2 | 中1 | 中2 | 中硬1 | 中硬2 | 中硬3 | 硬1 | 硬2 | 超硬 |
代号 | | D | E | F | G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | Y |
砂轮的硬度与磨料的硬度是完全不同的两个概念。硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮,砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。例如,结合剂与磨粒粘固程度越高,砂轮硬度越高。
砂轮硬度的选用原则是:工件材料硬,砂轮硬度应选用软一些,以便砂轮磨钝磨粒及时脱落,露出锋利的新磨粒继续正常磨削;工件材料软,因易于磨削,磨粒不易磨钝,砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时,由于切屑容易堵塞砂轮,应选用较软砂轮。粗磨时,应选用较软砂轮;而精磨、成型磨削时,应选用硬一些的砂轮,以保持砂轮的必要形状精度。机械加工中常用砂轮硬度等级为 H至N(软2-中2)。
(5)组织
砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态:紧密、中等、疏松;细分成 0-14号间,共15级。组织号越小,磨粒所占比例越大,砂轮越紧密;反之,组织号越大,磨粒比例越小,砂轮越疏松,见表6.10。
表 6.10 砂轮组织分类
组织号 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
磨粒率% | 62 | 60 | 58 | 56 | 54 | 52 | 50 | 48 | 46 | 44 | 42 | 40 | 38 | 36 | 34 |
类别 | 紧密 | 中等 | 疏松 |
应用 | 精磨、成型磨 | 淬火工件、刀具 | 韧性大和硬度低的金属 |