砂輪是磨削加工中最主要的一類磨具。砂輪是在磨料中加入結合劑,經壓坯、乾燥和焙燒而製成的多孔體。由於磨料、結合劑及製造工藝不同,砂輪的特性差別很大,因此對磨削的加工質量、生產率和經濟性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、力度、結合劑、硬度、組織編輯本段]
註意事項
砂輪的使用有一定的危險性。為瞭大傢的安全,下邊列出使用中的註意事項: 砂輪機是機械工廠最常用的機器設備之一,它的安裝是否合理,是否符合安全要求;它的使用方法是否正確,是否符合安全操作規程。這些問題都直接關系到每一位職工的人身安全,因此在實際的使用中必須引起我們足夠的重視。
砂輪種類繁多。
按所用磨料可分為普通磨料(剛玉和碳化矽等)砂輪和天然磨料超硬磨料和(金剛石和立方氮化硼等)砂輪;
按形狀可分為平形砂輪、斜邊砂輪、筒形砂輪、杯形砂輪、碟形砂輪等;
按結合劑可分為陶瓷砂輪、樹脂砂輪、橡膠砂輪、金屬砂輪等。砂輪的特性參數主要有磨料、粘度、硬度、結合劑、形狀、尺寸等。
由於砂輪通常在高速下工作,因而使用前應進行回轉試驗(保證砂輪在最高工作轉速下,不會破裂)和靜平衡試驗(防止工作時引起機床振動)。砂輪在工作一段時間後,應進行修整以恢復磨削性能和正確的幾何形狀。
砂輪的屬性
砂輪是用磨料和結合劑等製成的中央有通孔的圓形固結磨具。砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結合劑、形狀及尺寸等因素來決定,
現分別介紹如下。
(1)磨料及其選擇
磨料是製造砂輪的主要原料,它擔負著切削工作。因此,磨料必須鋒利,並具備高的硬度、良好的耐熱性和一定的韌性。常用磨料的名稱、代號、特性和用途見表1 。 表1 常用磨料
系別 | 名稱 | 代號 | 主要成分 | 顯微硬度(HV) | 顏色 | 特性 | 適用范圍 |
氧化物系 | 棕剛玉 | A | AL2O3 91-96% | 2200-2288 | 棕褐色 | 硬度高,韌性好,價格便宜 | 磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅 |
| 白鋼玉 | WA | AL2O397-99% | 2200-2300 | 白色 | 磨削淬硬的碳鋼、高速鋼 |
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碳化物系 | 黑碳化矽 | SiC | SiC>95% | 2840-3320 | 黑色帶光澤 | 硬度高於鋼玉,性脆而鋒利,有良好的導熱性和導電性 | 磨削鑄鐵、黃銅、鋁及非金屬 |
綠碳化矽 | GC | SiC>99% | 3280-3400 |
| 綠色 | 優良的導電性 |
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高硬磨料 | 立方氮化硼 | CBN | 立方氮化硼 | 8000-9000 | 黑色 | 硬度僅次於金剛石,耐磨性和導電性好,發熱量小 | 磨削硬質合金、不銹鋼、高合金鋼等難加工材料 |
| 人造金剛石 | MBD | 碳結晶體 | 10000 | 乳白色 | 硬度極高,韌性很差,價格昂貴 |
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註:括號內的代號是舊標準代號。
(2)粒度及其選擇
粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。粒度分為磨粒和微粉兩類。對於顆粒尺寸大
外圓磨砂輪
於 40μm的磨料,稱為磨粒。用篩選法分級,粒度號以磨粒通過的篩網上每英寸長度內的孔眼數來表示。如60 # 的磨粒表示其大小剛好能通過每英寸長度上有60孔眼的篩網。對於顆粒尺寸小於40μm的磨料,稱為微粉。用顯微測量法分級,用W和後麵的數字表示粒度號,其W後的數值代表微粉的實際尺寸。如W20表示微粉的實際尺寸為20μm。各種粒度號的磨粒尺寸見表2 。
表2 磨料粒度號及其顆粒尺寸
磨 粒 | 磨 粒 | 微 粉 |
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粒 度 號 | 顆 粒 尺 寸 ( um ) | 粒度號 | 顆 粒 尺 寸 ( um) | 粒 度 號 | 顆 粒 尺 寸 (um) |
14 # | 1600~1250 | 70 # | 250~200 | W40 | 40~28 |
16 # | 1250~1000 | 80 # | 200~160 | W28 | 28~20 |
20 # | 1000~800 | 100 # | 160~125 | W20 | 20~14 |
24 # | 800~630 | 120 # | 125~100 | W14 | 14~10 |
30 # | 630~500 | 150 # | 100~80 | W10 | 10~7 |
36 # | 500~400 | 180 # | 80~63 | W7 | 7~5 |
46 # | 400~315 | 240 # | 63~50 | W5 | 5~3.5 |
60 # | 315~250 | 280 # | 50~40 | W3.5 | 3.5~2.5 |
註:比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 細的微粉很少使用,表中未列出。 磨料粒度的選擇,主要與加工表麵粗糙度和生產率有關。 粗磨時,磨削餘量大,要求的表麵粗糙度值較大,應選用較粗的磨粒。因為磨粒粗、氣孔大,磨削深度可較大,砂輪不易堵塞和發熱。精磨時,餘量較小,要求粗糙度值較低,可選取較細磨粒。一般來說,磨粒愈細,磨削表麵粗糙度愈好。 不同粒度砂輪的使用范圍[1]
粒度號 | 顆粒尺寸范圍/μm | 適用范圍 | 粒度號 | 顆粒尺寸范圍/μm | 適用范圍 |
12-36 | 2000-1600 500-400 | 粗磨、荒磨、切斷鋼坯、打磨毛刺 | W40-20 | 40-28 20-14 | 精磨、超精磨、螺紋磨、珩磨 |
46-80 | 400-315 200-160 | 粗磨、半精磨、精磨 | W14-10 | 14-10 10-7 | 精磨、精細磨、超精磨、鏡麵磨 |
100-280 | 165-125 50-40 | 精磨、成型磨、刀具刃磨、珩磨 | W7-3.5 | 7-5 3.5-2.5 | 超精磨、鏡麵磨、製作研磨劑等 |
(3)結合劑及其選擇
砂輪中用以粘結磨料的物質稱結合劑。砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性及抗腐蝕能力主要決定於結合劑的性能。常用的結合劑種類、性能及用途見表4 。 表4 常用結合劑
種類 | 代號 | 性能 | 用途 |
陶瓷 | V | 耐熱性、耐腐蝕性好、氣孔率大、易保持輪廓、彈性差 | 應用廣泛,適用於 v<35m/s的各種成形磨削、磨齒輪、磨螺紋等 |
樹脂 | B | 強度高、彈性大、耐沖擊、堅固性和耐熱性差、氣孔率小 | 適用於 v>50m/s的高速磨削,可製成薄片砂輪,用於磨槽、切割等 |
橡膠 | R | 強度和彈性更高、氣孔率小、耐熱性差、磨粒易脫落 | 適用於無心磨的砂輪和導輪、開槽和切割的薄片砂輪、拋光砂輪等 |
金屬 | M | 韌性和成形性好、強度大、但自銳性差 | 可製造各種金剛石磨具 |
(4)硬度 註:括號內的代號是舊標準代號。
(4)硬度及其選擇
砂輪的硬度是指砂輪表麵上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度。砂輪的硬度軟,表示砂輪的磨粒容易脫落,砂輪的硬度硬,表示磨粒較難脫落。砂輪的硬度和磨料的硬度是兩個不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的砂輪,它主要決定於結合劑的性能、數量以及砂輪製造的工藝。磨削與切削的顯著差別是砂輪具有“自銳性”,選擇砂輪的硬度,實際上就是選擇砂輪的自銳性,希望還鋒利的磨粒不要太早脫落,也不要磨鈍瞭還不脫落。 根據規定,常用砂輪的硬度等級見表5 。 表5 常用砂輪硬度等級
硬度等級 | 大級 | 超軟 | 軟 | 中軟 | 中 | 中硬 | 硬 | 超硬 |
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| 小級 | 超軟 | 軟1 | 軟2 | 軟3 | 中軟1 | 中軟2 | 中1 | 中2 | 中硬1 | 中硬2 | 中硬3 | 硬1 | 硬2 | 超硬 |
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代號 |
| D | E | F | G | H | J | K | L | M | N | P | Q | R | S | T | Y |
註:括號內的代號是舊標準代號;超軟,超硬未列入;表中 1 , 2 , 3 表示硬度遞增的順序。 選擇砂輪硬度的一般原則是:加工軟金屬時,為瞭使磨料不致過早脫落,則選用硬砂輪。加工硬金屬時,為瞭能及時的使磨鈍的磨粒脫落,從而露出具有尖銳棱角的新磨粒(即自銳性),選用軟砂輪。前者是因為在磨削軟材料時,砂輪的工作磨粒磨損很慢,不需要太早的脫離;後者是因為在磨削硬材料時,砂輪的工作磨粒磨損較快,需要較快的更新。 精磨時,為瞭保證磨削精度和粗糙度,應選用稍硬的砂輪。工件材料的導熱性差,易產生燒傷和裂紋時(如磨硬質合金等),選用的砂輪應軟一些。
(5)組織
砂輪的組織是指組成砂輪的磨粒、結合劑、氣孔三部分體積的比例關系。通常以磨粒所占砂輪體積的百分比來分級。砂輪有三種組織狀態:緊密、中等、疏松;細分成 0-14號間,共15級。組織號越小,磨粒所占比例越大,砂輪越緊密;反之,組織號越大,磨粒比例越小,砂輪越疏松,見表6.10。 表 6.10 砂輪組織分類
組織號 | 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 |
類別 | 緊密 | 中等 | 疏松 |
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應用 | 精磨、成型磨 | 淬火工件、刀具 | 韌性大和硬度低的金屬 |
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(6)形狀尺寸及其選擇
根據機床結構與磨削加工的需要,砂輪製成各種形狀與尺寸。表6 是常用的幾種砂輪形狀、尺寸、代號及用途。 砂輪的外徑應盡可能選得大些,以提高砂輪的圓周速度,這樣對提高磨削加工生產率與表麵粗糙度有利。此外,在機床剛度及功率許可的條件下,如選用寬度較大的砂輪,同樣能收到提高生產率和降低粗糙度的效果,但是在磨削熱敏性高的材料時,為避免工件表麵的燒傷和產生裂紋,砂輪寬度應適當減小。 表6 常用砂輪形狀及用途
砂輪名 稱 | 簡圖 | 代號 | 尺寸表示法 | 主要用途 |
平形砂 輪 |
| P | PD×H×d | 用於磨外圓、內圓、平麵和無心磨等 |
雙麵凹砂輪 |
| PSA | PSA D×H×d—2—d 1×t 1×t 2 | 用於磨外圓、無心磨和刃磨刀具 |
雙斜邊砂輪 |
| PSX | PSXD×H×d | 用於磨削齒輪和螺紋 |
筒形砂 輪 |
| N | ND×H×d | 用於立軸端磨平麵 |
碟形砂 輪 |
| D | DD×H×d | 用於刃磨刀具前麵 |
碗形砂 輪 |
| BW | BWD×H×d | 用於導軌磨及刃磨刀具 |
舉例說明
編號的含義 41-A30Q4BF MAX SPEED R.P.M41 按國際慣例指T41-平行砂輪T42-鈸型切斷砂輪T27-鈸型磨片砂輪A 磨料:A-棕剛玉WA-白剛玉C-黑炭化矽GC綠碳化矽AC混合磨料SA-單晶剛玉MA-微晶剛玉BA-黑剛玉ZA-鋯剛玉PA-鉻剛玉FA-半脆剛玉SG-陶瓷剛玉SC-立方碳化矽BC-碳化硼D-金剛石30 磨料粒度:分16、20、24、30、36、40、46、54、60、70、80、90、100、120、150、180、220 .240(以細稱為微粉)Q 砂輪硬度分:F、Q、H、J、K、L、M、N、P、Q、R、S、T、Y4 組織號:根據磨料在砂輪製品中所占的體積比率分0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12B 結合劑類型F 增強型MAX SPEED 最大允許線速度米/秒R.P.M 最大允許轉速轉/分
選擇原則 | 選擇理由 |
磨硬材料時,選較軟的磨具,反之,選較硬的磨具 | 硬材料難磨削,磨粒易磨鈍,選軟一些;軟材料易磨削,磨粒不易磨鈍,選硬一些. |
磨削軟而韌性大的有色金屬材料時,硬度應選得軟一些。 | 磨軟而韌的有色金屬材料時,砂輪易堵塞,為提高砂輪自銳性,則硬度應選得軟一些. |
磨削導熱性差的工件和刃磨刀具時,應選較軟的砂輪。 | 此類材料硬度高,導熱系數低,磨削區溫度不易散去,避免燒傷,退火. |
切入磨削外圓比縱向進給磨削外圓所選用磨具硬度軟些. | 避免燒傷工件. |
成型磨削和磨削斷續表麵時,磨具硬度要選高些. | 保證工作的正確幾何形狀。 |
平麵磨削進磨具硬度應選軟些,端麵磨比圓周磨削時,磨具硬度應選軟些。磨削時,工件與磨具的接觸麵大或進給量大時,砂輪硬度應選軟些. | 磨具與工件接觸麵積大,磨粒易磨鈍,磨削熱量增高,工件易燒傷。 |
內圓磨削較外圓、平麵磨削所選磨具硬度要高些. | 內圓磨削時,磨具線速度低,所以硬度要選高一些。 |
刃磨刀具時,選用硬度較軟砂輪 | 刃磨刀具時,工件散熱條件差,易產生燒傷、裂紋,一般在H-L間選用。, |
高速磨削的砂輪硬度要比普通磨削砂輪硬度低1-2級. | 因砂輪在高速旋轉下獲得的“動力硬度”高,故硬度應低些。 |
用冷卻液磨削要比乾磨的砂輪硬度高些. | 乾磨時工件易發熱,選砂輪硬度時,要比冷卻液軟1-2級。 |
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