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砂輪的種類與性能 一、砂輪的種類與性能 （一）、概況 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(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥和焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結(jié)合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。 （二）、砂輪的分類 砂輪種類繁多，按所用磨料可分為普通磨料（剛玉（Al2O3）和碳化硅等）砂輪和超硬磨料（金剛石和立方氮化硼）砂輪；按砂輪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(jié)合劑可分為陶瓷砂輪、樹脂砂輪、橡膠砂輪、金屬砂輪等。 先有個感性認識，砂輪示例： 白剛玉砂輪 棕剛玉砂輪 綠碳化硅砂輪 金剛石砂輪 （三）、砂輪的屬性 砂輪是用磨料和結(jié)合劑等制成的中央有通孔的圓形固結(jié)磨具。 砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、形狀及尺寸等因素來決定，現(xiàn)分別介紹如下。 1、磨料及其選擇 磨料是制造砂輪的主要原料，它擔負著切削工作。因此，磨料必須鋒利，并具備高的硬度、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 類別 名稱 代號 特性 用途 氧化物系 棕剛玉 A(GZ) 含91~96%氧化鋁。棕色，硬度高，韌性好，價格便宜 磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等 白剛玉 WA(GB) 含97~99%的氧化鋁。白色，比棕剛玉硬度高、韌性低，自銳性好，磨削時發(fā)熱少 精磨淬火鋼、高碳鋼、高速鋼及薄壁零件 碳化物系 黑色碳化硅 C(TH) 含95%以上的碳化硅。呈黑色或深藍色，有光澤。硬度比白剛玉高，性脆而鋒利，導熱性和導電性良好 磨削鑄鐵。黃銅、鋁、耐火材料及非金屬材料 綠色碳化硅 GC(TL) 含97%以上的碳化硅。呈綠色，硬度和脆性比TH更高，導熱性和導電性好 磨削硬質(zhì)合金、光學玻璃、寶石、玉石、陶瓷、珩磨發(fā)動機氣缸套等 超硬磨料系 人造金剛石 D(JR) 無色透明或淡黃色、黃綠色、黑色。硬度高，比天然金剛石性脆。價格比其它磨料貴好多倍 磨削硬質(zhì)合金、寶石等高硬度材料 立方氮化硼 CBN(JLD) 立方型晶體結(jié)構(gòu)，硬度略低于金剛石，強度較高，導熱性能好 磨削、研磨、珩磨各種既硬又韌的淬火鋼和高鉬、高礬、高鈷鋼、不銹鋼 2、粒度及其選擇 粒度指磨料顆粒的大小。粒度分磨粒與微粉兩種類型。磨粒用篩選法分類，它的粒度號以篩網(wǎng)上一英寸長度內(nèi)的孔眼數(shù)來表示。例如60#粒度的的磨粒，說明能通過每英寸長有60個孔眼的篩網(wǎng)，而不能通過每英寸70個孔眼的篩網(wǎng)。120#粒度說明能通過每英寸長有120個孔眼的篩網(wǎng)。 對于顆粒尺寸小于40μm（微米，1毫米=1000微米）的磨料，稱為微粉。微粉用顯微測量法分類，它的粒度號以磨料的實際尺寸來表示（W）。各種粒度號的磨粒尺寸見表2。 表2砂輪的粒度顆粒尺寸表 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 W4 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 磨料粒度的選擇，主要與加工表面粗糙度和生產(chǎn)率有關(guān)。粗磨時，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應(yīng)選用較粗的磨粒。因為磨粒粗、氣孔大，磨削深度較大，砂輪不易堵塞和發(fā)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，磨粒越細，磨削表面粗糙度越好。粒度不是起決定性作用的唯一因素，我見過用80K砂輪磨出鏡面的。不同粒度砂輪的應(yīng)用見表3。 表3不同粒度砂輪的使用范圍 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 2000-1600500-400 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、制作研磨劑等 3、結(jié)合劑及其選擇 結(jié)合劑的作用是將磨粒粘合在一起，使砂輪具有必要的形狀和強度。 （1）、陶瓷結(jié)合劑（V）：化學穩(wěn)定性好、耐熱、耐腐蝕、價廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，線速度一般為35m/s。 （2）、樹脂結(jié)合劑（B）：強度高彈性好，耐沖擊，適于高速磨或切槽切斷等工作，但耐腐蝕耐熱性差(300℃)，自銳性好。 關(guān)于自銳性：砂輪的磨削作用主要靠磨粒外露的鋒利的棱角，在磨削過程中，鋒利的棱角會慢慢會磨掉而變鈍，削弱砂輪的磨削能力。這時表面的磨粒會脫落或斷裂，從而形成新的磨削刃，以達到鋒利的磨削效果，這就是自銳性。 （3）、橡膠結(jié)合劑（R）：強度高彈性好，耐沖擊，適于拋光輪、導輪及薄片砂輪，但耐腐蝕耐熱性差(200℃)，自銳性好。 （4）、金屬結(jié)合劑（M）：青銅、鎳等，強度韌性高，成形性好，但自銳性差，適于金剛石、立方氮化硼砂輪。 表4結(jié)合劑代號，性能及用途 種類 代號 主要成分 性能 用途 陶瓷結(jié)合劑 V 黏土，長石滑石。 （1）耐水酸，堿及熱（2）較脆不易堵塞（3）價格便宜（4）線速度為35M/S 除切削零件窄槽的磨削 樹脂結(jié)合劑 B 石碳酸與甲醛制成的樹脂 1）強度高彈性好2）耐熱耐腐差3）存放時間不超過一年 磨削窄槽。切割用的磨砂輪。拋光用的砂輪 橡膠結(jié)合劑 R 人造橡膠 1）強度大彈性高2）退讓性好吸振3）不耐油 窄槽磨削磨成型面 菱苔土結(jié)合劑 Mg 1）自銳性好2）磨削熱小 磨削大面積表面及導熱差的金屬 4、硬度及其選擇 砂輪的硬度是指砂輪表面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。（重要！砂輪的硬度并不是指砂輪的堅硬程度） 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，它主要決定于結(jié)合劑的性能、數(shù)量以及砂輪制造的工藝。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，也不要磨鈍了還不脫落。 選擇砂輪硬度的一般原則是：加工軟金屬時，為了使磨料不致過早脫落，則選用硬砂輪。加工硬金屬時，為了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；后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，為了保證磨削精度和粗糙度，應(yīng)選用稍硬的砂輪。工件材料的導熱性差，易產(chǎn)生燒傷和裂紋時（如磨硬質(zhì)合金等），選用的砂輪應(yīng)軟一些。 知道工廠里是怎么測試砂輪硬度的嗎？說起來您別笑：是用鑿子剜的。 表5砂輪硬度分級及代號 硬度級 代號 大級 小級 超軟 超軟 D．E．F． 軟 軟1 G 軟2 H 軟3 J 中軟 軟1 K 軟2 L 中 中1 M 中2 N 中硬 中硬1 P 中硬2 Q 中硬3 R 硬 硬1 S 硬2 T 超硬 超硬 Y 注：上表中的“代號”為現(xiàn)行的新國標代號，老國標代號就是漢字的首字母+數(shù)字來表示的，如：中硬1=ZY1，有些砂輪上仍在延用老的國標代號，如上面圖中有一片砂輪上的“R3”，就是“軟3”。 表6砂輪硬度的簡單選擇標準 軟 ←————砂輪硬度————→ 硬 質(zhì)硬、脆 ←————工件材質(zhì)————→ 質(zhì)軟、粘 寬 ←————接觸面積————→ 狹小 快 ←————砂輪轉(zhuǎn)速————→ 慢 慢 ←————工件進給速度————→ 快 良好 ←————材料機械加工性能————→ 不良 熟練 ←————工人技術(shù)————→ 不熟練 5、砂輪的組織 砂輪的組織，是磨料、結(jié)合劑和氣孔三者在數(shù)量上比例的分布狀況。簡單地講就是磨料顆粒之間的距離。磨料之間的距離非常難測量，以砂輪體積中磨料所占的百分比，即磨料率作為組織的標準。 根據(jù)組織的不同，可以制成緊密或者松散的不同密度的砂輪，以適合不同的研磨狀況。使砂輪的磨料顆粒磨鈍后能快速崩碎，以使新的刃露出來繼續(xù)磨削。 組織密的砂輪氣孔少，組織松的砂輪氣孔多。氣孔多雖然結(jié)合度弱，但有較大的切削空間，可提高切削效果。氣孔大、孔數(shù)少的稱為粗砂輪；氣孔小、孔數(shù)多的稱為密砂輪。 簡單地說，大氣孔的砂輪適合磨削質(zhì)軟、粘的材料，比如鋁、銅等；反之適合磨削質(zhì)地堅硬、脆的物質(zhì)。 6、砂輪的形狀 砂輪的形狀大概分為五種，平形、斜邊（雙斜邊、單斜邊）、碟形、碗形和杯形。 平形砂輪用途最為廣泛，磨削平面、外圓、開槽等，并可根據(jù)實際使用需要，修成各種形狀做成型磨削。 斜邊砂輪不用講太多了，大家都明白，木工平時磨合金鋸片用的就是單斜邊砂輪。 碟形和碗形砂輪通常是用來磨削各種刀具和刃具的，如鉆頭、銑刀等。 杯形砂輪可以有多種用途，比如磨刨刀的機器上用的就是這種砂輪，另外碗形砂輪也可以用于垂直磨削平面，效率很高，缺點是散熱差。 常用的還有帶柄砂輪（如：電磨上用的）等多種形式，砂輪可以做成很多種形狀以適應(yīng)不同的需求。 7、砂輪的尺寸 砂輪的尺寸通常用一串數(shù)字表示 砂輪的標志示例： SPA400100127A60L5B35 SPA-----形狀代號 400------外徑D 100------厚度H 127------孔徑D A---------磨料 60--------粒度 L---------硬度 5---------組織號 B--------結(jié)合劑 35-------最高工作線速度m/s 二、砂輪的保管和運輸 砂輪強度較低且易受溫度、濕度、振動、碰撞、擠壓及儲存時間等因素的影響，正確地保管運輸砂輪，對防止事故具有重要意義。為此，應(yīng)做到以下幾點： 1、砂輪應(yīng)存放在專用的儲存架上。 2、砂輪存放應(yīng)盡可能的減少搬運，以防碰擊和振動產(chǎn)生裂紋。砂輪質(zhì)脆，請勿受撞擊，墜落及碰撞。 3、存放橡膠結(jié)合劑砂輪應(yīng)注意不要接觸油類；樹脂結(jié)合劑砂輪不要接觸堿溶液。陶瓷磨具不能放在潮濕或冰凍的地方，否則會降低磨具強度及磨削力。 樹脂、橡膠結(jié)合劑砂輪保管時應(yīng)夾在兩塊光滑平整的金屬板中，金屬板應(yīng)大于砂輪直徑，另外不要放在潮濕和風機下直接吹風以防止彎曲變形。砂輪不可長期存放，超過一年樹脂和橡膠就會變質(zhì)，此時需必須嚴格檢驗后方可使用。 橡膠、樹脂結(jié)合劑薄片砂輪，存放時應(yīng)防止變形。 4、砂輪的保存應(yīng)以制造廠的說明書為準，過期砂輪不能隨便使用。 5、砂輪運輸過程中，不能和金屬物及安裝在一起；并減少振動和撞擊。 6、磨具應(yīng)存放在干燥地方，室溫不低于5攝氏度；砂輪疊放時，疊放高度一般不超過1.5m。 7、磨具應(yīng)按規(guī)格分開放置，存放處設(shè)有標志，以免出現(xiàn)混亂和差錯，放置方法應(yīng)視磨削形狀大小而定。直徑大或較厚的磨具應(yīng)直立和稍傾斜擺放，較薄和較小的砂輪應(yīng)平疊擺放，但不宜過高，并在其上其下各放一平整鐵板，防止砂輪變形或破裂。 三、關(guān)于金剛石砂輪 之所以把金剛石砂輪單獨拿出來說，是因為很多人對金剛石砂輪并不是太了解，容易進入誤區(qū)。但凡看到“金剛石”這幾個字，就只會有一種想法，那就是“硬”。 目前金剛石在自然界中是硬度最高的材料，因此用金剛石制作的磨具具有先天的優(yōu)勢，特別是用在難磨材料時就顯得更明顯。下面有一張表，表示了各種磨料的硬度指標，這個表格是臺灣一所大學的教科書上的，我還沒具體弄清楚上面的“HK”指的是哪種硬度標準，但從表中可以看出各種材料硬度之間的硬度對比，有點類似于摩氏硬度的標示方法，大家可以作一個參考： 磨料 硬度（HK） 鉆石（D） 7000 碳化硅（GC） 2550 碳化硅（C） 2500 氧化鋁（HA） 2300 氧化鋁（WA） 2200 氧化鋁（A） 2000 燒結(jié)氧化鋁 1300 金剛石砂輪主要以金剛石為主要磨料，再由結(jié)合劑結(jié)合成形，結(jié)合劑大致分為四種：金屬、樹脂、陶瓷和電鍍，可以制成多種形狀。 金剛石砂輪可用作磨削、拋光、研磨切削等用途。同時，用于研磨高硬度的合金、非金屬材料。金剛石硬度高、抗壓強度高、耐磨性好，使金剛石砂輪在磨削加工中成為硬脆材料及硬質(zhì)合金最理想的工具，金剛石砂輪不但效率高、精度高，而且磨削后工件表面粗糙度好、砂輪消耗少、使用壽命長，同時磨削時也不會產(chǎn)生大量粉塵，改善的工作條件。 金剛石砂輪的用途：用于普通砂輪難以加工的低鐵含量的金屬和非金屬硬脆性材料，如：硬質(zhì)合金、瑪瑙寶石、半導體材料、玻璃、高鋁陶瓷、石材等。 在這里，請注意是“低鐵含量的金屬和非金屬材料” 以下為個人見解： 1.關(guān)于結(jié)合劑及用途。 金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪一般是用青銅燒結(jié)金剛石顆粒，多用于石材的切割和打磨非常好，結(jié)合強度高，使用壽命長，適合重切削作業(yè)。 樹脂結(jié)合劑的金剛石砂輪用途較為廣泛，用來磨削硬質(zhì)合金非常好，我用了一片新的金剛石砂輪磨了十幾把整體硬質(zhì)合金（YG6x，硬度大于YG8）的篆刻刀（8mm寬的8支，6mm寬的8支），磨完后發(fā)現(xiàn)砂輪幾乎沒有磨損，真的是連表皮都沒有磨掉，而且效率非常高。我不太相信五金店里賣的金剛石砂輪，我用的砂輪是定制的。 陶瓷結(jié)合劑的金剛石砂輪制作比較麻煩一些，市面上比較少，我們也用不到，這里就不再說了。 再說說電鍍的。電鍍的金剛石砂輪是把金剛石顆粒用電鍍的方法鍍在基體上，這種砂輪其實真的是好東西，我挺喜歡這種砂輪。這種砂輪的優(yōu)點是可以把基體加工成任意形狀，鍍上一層金剛石粒，做成型磨削。金剛石砂輪硬度很高，你無法象修整剛玉砂輪一樣把它修成任意形狀，這時候成型的基體就顯得非常重要，又因為只有表面有一層金剛石，造價也比較低。電鍍的缺點是容易把鍍在上面的金剛石顆粒碰掉，大多數(shù)顆粒都是被工件掛掉的，而不是磨沒的。好在我比較有條件，磨光了可以拿到廠里再鍍，這樣非常方便。 某寶的“電鍍金剛石油石”，我是不敢買，那上面亮晶晶閃著光的，大都是綠碳化硅顆粒。我不會做磨具，但我問過廠里的師傅，師傅說把金剛石和碳化硅同時電鍍到鋼板上，技術(shù)上難度非常大。這說明別人也是在用技術(shù)賺錢，無可厚非。 2.關(guān)于金剛石砂輪磨刀 很多人都喜歡用金剛石砂輪磨刨刀、鑿子等，認為金剛石很硬，磨削效率高，但這其實不是一個好的選擇。金剛石是很硬，但并不適合磨削鐵碳合金（鋼材）。起初用金剛石來磨，你會覺得“下肉”很快，金剛石中的碳會跟鋼材中的碳親和起化學反應(yīng)，結(jié)果是很快金剛石也會被磨沒了。工廠里修整金剛石砂輪，就是用鐵塊修的，一點一點把金剛石磨沒。所以，并不是說金剛石不能磨鋼材，是因為“不劃算”，金剛石太昂貴了。 3.磨刀的選擇 一般磨手工用的鋼制刀具，用普通油石就可以了，碳化硅的或者氧化鋁的都不錯，用軟一點的氧化鋁油石可能效果最好。這就是“多快好省”最好的方法。我不用天然石頭磨刀，好不容易快磨好了再碰上塊雜質(zhì)崩掉一塊，瞎耽誤功夫了。有人覺得“天然漿石”好用，這是對的，這種石頭比較軟，磨著掉著，等于是把表面磨鈍的顆粒磨掉了，露出來的又是鋒利的刃，被磨掉的顆粒也起著研磨修光的作用，沒見老剃頭師傅的磨石磨下來的“漿”都不舍得洗掉，磨完趕緊用毛巾包起來藏好。 上篇貼子已經(jīng)說了，不要迷信“天然日本漿石”，動輒就標價幾百幾百的，日本的石頭不會比天朝的更好，島國估計新成的火山巖更多一點罷了。 還有，某寶上那些“天然瑪瑙油石”、“紅寶石油石”之類，全是剛玉燒結(jié)的，反正我要是有那么大塊漂亮寶石，肯定不舍得拿來當磨刀石賣。 我不用天然石磨刀的原因有三：一是可能會有雜質(zhì)；二是不耐用，磨損太快；三是沒有太多的粒度可以選擇。 如果有條件，磨刀可以選用氮化硼油石，注意是“氮化硼”，不是“碳化硼”，這種磨料硬度很高，非常適合磨金屬材料，用這個肯定能“多快好”，“省”就不占了，不過，四樣占了三樣，也知足了，這東西太貴了我沒有用過，用過的老鳥們可以白活白活，讓俺的思維也肆意徜徉一下。