標籤:磨具磨料

磨具(Abrasives)是用以磨削、研磨和拋光的工具。大部分的磨具是用磨料加上結合劑製成的人造磨具,也有用天然礦岩直接加工成的天然磨具。磨具除在機械製造和其他金屬加工工業中被廣泛採用外,還用於糧食加工、造紙工業和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡膠、木材等非金屬材料的加工。

1使用情況

磨具在使用過程中,當磨粒磨鈍時,由於磨粒自身部分碎裂或結合劑斷裂,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新的切削刃口,或不斷露出新的鋒利磨粒,使磨具在一定時間內能保持切削性能。磨具的這種自銳性,是磨具與一般刀具相比突出的特點。
磨具

  磨具

早在新石器時代,人類就已經開始應用天然的磨石來加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了;在19世紀美國出現了用天然磨料與粘土相結合燒成的陶瓷砂輪;1900年前後,人造磨料問世,採用人造磨料製造的各種磨具相繼產生,為磨削和磨床的快速發展創造了條件。此後,天然磨具在磨具中所佔比例逐漸減少。
磨具按其原料來源分,有天然磨具和人造磨具兩類。機械工業中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結構特徵區分,有砂輪、磨頭、油石,砂瓦以上統稱固結磨具和塗附磨具五類。此外,習慣上也把研磨劑列為磨具的一類。
磨具粒度
粒度是指磨料顆粒的尺寸,其大小用粒度號表示。
國標規定了磨料和微粉兩種粒度號。
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和後面的數字錶示粒度號,其W后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1 。
表1 磨料粒度號及其顆粒尺寸
磨 粒
磨 粒
微 粉



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
不同粒度砂輪的使用範圍
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,主要與加工表面粗糙度和生產率有關。 粗磨時,磨削余量大,要求的表面粗糙度值較大,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,余量較小,要求粗糙度值較低,可選取較細磨粒。一般來說,磨粒愈細,磨削表面粗糙度愈好。
粒度號
顆粒尺寸範圍/μm
適用範圍
粒度號
顆粒尺寸範圍/μm
適用範圍
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、鏡面磨
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、鏡面磨、製作研磨劑等

2結合劑

砂輪中用以粘結磨料的物質稱結合劑。砂輪的強度、抗衝擊性、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 。
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、耐衝擊、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
表4 常用結合劑 註:括弧內的代號是舊標準代號。
結合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪。砂輪的強度、抗衝擊性、耐熱性及抗腐蝕能力,主要取決於結合劑的性能。
常用的結合劑有陶瓷結合劑(V)、樹脂結合劑(B) 、橡膠結合劑(R)和金屬結合劑(M)等。
陶瓷結合劑:應用最廣,適用於外圓、內圓、平面、無心磨削和成形磨削的砂輪等;
樹脂結合劑:適用於切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪;
橡膠結合劑:適用於無心磨削導輪、拋光砂輪;
金屬結合劑:適用於金剛石砂輪等。

3磨具硬度

磨具的硬度主要取決於結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。硬度的等級一般分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬和超硬七大級,從這些等級中還可再細分出若干小級。測定磨具硬度的方法,較常用的有手錐法、機械錐法、洛氏硬度計測定法和噴砂硬度計測定法。
磨具的硬度與其動態彈性模量具有對應關係,這有利於用音頻法測定磨具的動彈性模量來表示磨具硬度。在磨削加工中,若被磨工件的材質硬度高,一般選用硬度低的磨具;反之,則選用硬度高的磨具。

4菱鎂磨具

特點
1)、強度高、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,磨塊結合效果好,不蹦邊;
4)、削磨量少,消磨力強,打磨效率高;
5)、成本低廉,耐磨性好,具有極高的性價比。

用途

菱鎂磨具主要用於瓷磚、微晶玻璃等表面的粗磨、中磨、細磨直到拋光,實用性強,用量大,可廣泛應用於天然石材、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間,提高工作效率,尤其適用於手提電動工具、手推切割機、自動橋式切割機,市場前景廣闊,目前正在全國範圍內普及應用。

5樹脂磨具

磨具組織粗分為緊密、中等和疏鬆三類。每類又可再細分數等,用組織號來區分。磨具組織號越大,磨料在磨具中所佔的體積百分率越小,磨粒之間的間隙越寬,表示組織越松。反之,組織號越小表示組織越緊。較松組織的磨具使用時不易鈍化,在磨削過程中發熱少,能減少工件的發熱變形和燒傷。較緊組織的磨具磨粒不易脫落,有利於保持磨具的幾何形狀。磨具的組織只在製造時按磨具配方予以控制,一般不作測定。超硬磨料固結磨具主要是由金剛石、立方氮化硼等與結合劑固結成的磨具。由於金剛石、立方氮化硼的價格高、具有很好的耐磨性能,用它們製造的固結磨具與普通磨料固結磨具不同,除超硬磨料層外,還有過渡層和基體。超硬磨料層是起切削作用的部分,由超硬磨料和結合劑組成。基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。過渡層用於連接基體和超硬磨料層,由結合劑構成,有時也可省去。常用的結合劑有樹脂、金屬、電鍍金屬和陶瓷等。固結磨具的製造工序有:分配料、混料、成型、熱處理、加工和檢查等。隨結合劑不同,製造工藝也不盡一樣。陶瓷結合劑磨具主要採用壓型法,將磨料和結合劑按配方的重量比例稱量后,置於混料機內混合均勻,投入金屬模具內,在壓力機上成型出磨具毛坯。毛坯經乾燥再裝入窯內焙燒,燒成溫度一般為1300℃左右。當採用低熔點燒熔結合劑時,燒成溫度低於1000℃。再按規定尺寸形狀精確加工,最後檢查產品。樹脂結合劑磨具一般是在室溫條件下在壓力機上成型,也有採用在加熱條件下邊加熱邊加壓的熱壓工藝。成型后在硬化爐內硬化。以酚醛樹脂為結合劑時,硬化溫度為180~200℃。橡膠結合劑磨具主要採用對輥機混料,並滾壓成薄片,然後用沖刀沖裁成型;也有的用鬆散料,投入金屬模具內在壓力機上成型。成型后在硫化罐內硫化,溫度為165~180℃。金屬結合劑磨具的製造工藝有粉末冶金法和電鍍法兩種,主要用於超硬磨料固結磨具。粉末冶金法以青銅等為結合劑,混料后採用熱壓或在室溫條件下加壓成型,然後燒結加工。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在基體上,製成磨具。特殊品種的磨具有燒結剛玉磨具和纖維磨具等。燒結剛玉磨具是用氧化鋁微粉和適量的氧化鉻混合、成型,在1800℃左右燒結製成。這種磨具結構緊密,有較高強度,主要用於加工鐘錶、儀錶等零件。纖維磨具是用含有或粘附有磨料的纖維絲(如尼龍絲)作原料製成的,它的彈性好,主要用於金屬材料及其製品的拋光。

6有機特性

有機磨具的特徵是使用範圍廣,具有一定的彈性和較高的結合強度,並具有良好拋光性能。在粗、精、細、拋等磨削工藝中均得到應用,其樹脂磨具具有下列特點:
1、結合強度高
與陶瓷結合劑相比,樹脂結合劑結合強度高,其樹脂砂輪磨削線速度達80~120m/s,並可承受較大的磨削壓力。重負荷砂輪磨削壓力高達10×104~40×104N,廣泛應用於鋼鐵工業,如各種鋼錠、鋼坯等荒磨工序。高速重負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給磨削,磨削效率高。
2、具有一定的彈性
相對陶瓷磨具樹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,樹脂磨具適宜於製備各種規格的薄片砂輪和高速切割砂輪。同時,由於有一定的彈性變形,可以緩衝磨削力的作用。因而磨削效果好,有拋光效果,能提高加工表面的粗糙度。
3、能製成各種複雜形狀和特殊要求的磨具
由於樹脂結合劑磨具硬化溫度低,可常溫硬化,收縮率較小,可製成各種複雜形狀和特殊要求的磨具。如:採用玻璃纖維增強的樹脂砂輪,易排屑、散熱性好的多孔樹脂砂輪和溝槽砂輪;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、適用範圍廣
由於新型樹脂結合劑品種多,可以製成各種強度和性能的樹脂磨具。因而,可廣泛用於荒磨、粗磨、切割、半精磨、精磨、拋光等工序。樹脂磨具結合強度高,使用速度高,耐衝擊,適於粗磨和荒磨加工;樹脂磨具具有良好的韌性,適用於切割加工工序;樹脂磨具彈性好,有一定的拋光性,可用於精磨和拋光加工。樹脂磨具耐熱性較低,易磨損,適用於平面磨和精磨加工。
5、有利於防止被磨削工件產生燒傷
樹脂結合劑耐熱性較低,可減少或避免燒傷工件現象。工件在磨削過程中產生的熱量,首先使樹脂炭化,促使鈍化了的磨料自動脫落,露出新的鋒利的磨粒,降低了磨削區域的熱量,避免了工件燒傷。
6、樹脂磨具硬化溫度低,生產周期短,設備簡單
有利於專業化生產。不足之處在於:
(1)樹脂磨具耐鹼性、耐水性較差,易老化。一般有效存放期為一年。因此,不能長期存放。
(2)樹脂磨具耐熱性較低,磨削加工時,磨耗較大,不適於定型成形磨削。
(3)樹脂磨具氣孔率低,加工有氣味,應注意環境污染問題。

7有機應用

有機磨具即是樹脂磨具,主要用於鋼鐵、汽車、軸承、鐵道、車輛、造船、化工、儀錶、航空航天、建材及其它機械加工工業。可用於加工各種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,以及硬質合金、高速鋼、高釩鋼、鈦鋼、不鏽鋼等。此外,在糧食加工,醫學及地質勘探等領域都得以應用。
根據加工目的和用量不同,可以進行荒磨、粗磨、半精磨、精磨、細磨和高精度低粗糙度磨削。同時,可根據加工對象的不同,進行外圓磨削、內圓磨削、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、粗磨加工應用
粗磨是指以高效切削大量多餘材料為主要特徵的磨削方法。荒磨則是許多種粗磨加工廣泛使用的俗稱。
粗磨加工應用領域:
(1)用樹脂荒磨砂輪和高速重負荷樹脂砂輪,粗磨退火或不退火優質合金鋼或不鏽鋼坯的精整加工。用於表面外觀缺陷(焊縫、裂紋、氧化層等)的磨削加工。
(2)用樹脂荒磨砂輪對鑄件的澆口、冒口和坯縫進行磨削加工和一般性精整加工。
(3)用樹脂荒磨砂輪對模鍛、鍛件的大毛刺或澆口整修后留下來的飛邊,進行徹底的磨除。
(4)在焊接操作時,殘留在焊件表面上的焊縫要採用荒磨平整焊縫和倒圓磨削。
(5)對大型板材氣割成圓形或其它複雜形狀時,氣割所產生的熔渣,要採用攜帶型荒磨機磨除。如:大型熱軋建築型鋼和管切的粗切加工等。
2、手持磨削加工應用
手持磨削是磨削方法的綜合概括。它們的共同特徵是:無論是工件還是磨削機械的支承使工件與磨具相接觸,制導和移動等均直接依靠手工進行。
手持磨削又分為固定式手持磨削和移動式手持磨削。將磨削機械固定,手持加工工件進行磨削的方式,稱為固定式手持磨削。加工時採用的手持砂輪機進行可移動的磨削方式,稱為移動式手持磨削。
手持磨削主要應用領域:
(1)用手提式樹脂荒磨砂輪,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:重型建築構件和船舶構件。
(3)對小型調整時需要進行的磨削加工。如:在常見大型部件的有限部位上校正裝配件。
(4)用高速鈸形砂輪等,對工件最終成形或對工件與鄰接部位接合處的倒圓,對已經裝配或已經焊接的工件進行磨削。如:對汽車車體的加工。
(5)用於形狀不規則表面上的雕塑加工。如:模具的加工。
(6)工件光整加工。即要求對工件進行倒圓或光整磨削,使其表面美觀,性能滿意,而對形狀和尺寸無嚴格要求。如:用可彎曲鈸形砂輪加工不鏽鋼製品,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、切割加工應用
樹脂薄片砂輪主要用於冶金工業的鋼棒、鋼管、扁鋼、角鐵、槽鋼、鋼軌、鋼板等金屬材料的切割加工;半導體工業的硅、鍺、藍寶石、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;似及建築材料工業、化學工業、航空航天工業、機械工業、汽車工業、船舶工業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,採用樹脂薄片砂輪切割,具有以下優點:
(1)切割速度快。在切割金屬材料時,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。採用砂輪切割,其切口寬度和切割面的平整度,一般來說比金工鋸切要好。
(3)切割表面平滑。砂輪切割后其表面經常不須進行精加工,而鋸切后的切斷面很明顯。
(4)可用於硬質材料的切割加工。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於其它切割方法。
(7)其它方面的應用。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和非金屬加工業,以及在工業生產的其它領域得到廣泛應用。
4、常規磨削加工應用
(1)用樹脂砂輪在外圓磨床或萬能磨床上對軸類、套筒以及其他類型零件的圓柱面、圓錐面和肩端面進行磨削加工。
(2)用樹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,對機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行平面磨削加工。
(3)用樹脂砂輪的外圓面或樹脂磨頭,在內圓磨床、萬能磨床或專用磨床上,對錶面質量要求較高的通孔、盲孔、台階孔、錐孔和軸承內溝道等部件進行內圓磨削加工。
(4)用樹脂砂輪、樹脂和橡膠導輪,在無心磨床上,採用柔性定位的方式,使用砂輪的外圓周面,對旋轉對稱的內圓或外圓表面進行無心磨削加工。
(5)用專用樹脂砂輪磨螺紋砂輪。在螺紋磨床上,對高精度及表面粗糙度的傳動螺紋,測量機件的螺紋,工量具螺紋和淬硬處理的螺紋部分進行螺紋加工。如螺紋、蝸桿、絲錐、滾刀、量規等帶錐螺紋、多頭螺紋、平行螺紋等磨削加工。
(6)用環氧樹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,對經淬硬處理的齒輪進行齒輪磨削加工。
(7)用樹脂強力磨砂輪,在工具磨削上,對具有較高的硬度熱硬性,耐磨性與足夠的強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、硬質合金等,進行工具磨削加工,以達到理想的精度,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用
(1)用樹脂磨鋼軌砂輪,在專用鋼軌修磨列車上,對鋼軌進行修磨加工。
(2)用導電樹脂砂輪,在電解磨床上,對一些高硬度的零件,如各種硬質合金刀具、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、細長桿零件和複雜型面的零件,進行電解磨削加工。其中電解作用佔加工量的95%。磨料的機械加工作用僅佔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、無紡布拋光輪等,在拋光機上,對石材、玻璃、不鏽鋼等進行拋光加工。
(4)磨錄音機磁頭、鐘錶、儀器行業所用的精磨拋光砂輪。如FBB(耐水聚乙烯醇)砂輪等。
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