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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(duì)磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)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(shù)脂砂輪、橡膠砂輪、金屬砂輪等。 先有個(gè)感性認(rèn)識(shí)，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(lái)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(dān)負(fù)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(hào)、特性和用途見(jiàn)表1。 表1常用磨料 類別 名稱 代號(hào) 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(jià)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(shí)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(lán)色，有光澤。硬度比白剛玉高，性脆而鋒利，導(dǎo)熱性和導(dǎo)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(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好 磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、寶石、玉石、陶瓷、珩磨發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套等 超硬磨料系 人造金剛石 D(JR) 無(wú)色透明或淡黃色、黃綠色、黑色。硬度高，比天然金剛石性脆。價(jià)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(qiáng)度較高，導(dǎo)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(hào)以篩網(wǎng)上一英寸長(zhǎng)度內(nèi)的孔眼數(shù)來(lái)表示。例如60#粒度的的磨粒，說(shuō)明能通過(guò)每英寸長(zhǎng)有60個(gè)孔眼的篩網(wǎng)，而不能通過(guò)每英寸70個(gè)孔眼的篩網(wǎng)。120#粒度說(shuō)明能通過(guò)每英寸長(zhǎng)有120個(gè)孔眼的篩網(wǎng)。 對(duì)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(cè)量法分類，它的粒度號(hào)以磨料的實(shí)際尺寸來(lái)表示（W）。各種粒度號(hào)的磨粒尺寸見(jiàn)表2。 表2砂輪的粒度顆粒尺寸表 粒度號(hào) 顆粒尺寸（um） 粒度號(hào) 顆粒尺寸（um） 粒度號(hào) 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(shí)，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?yàn)槟チ４?、氣孔大，磨削深度較大，砂輪不易堵塞和發(fā)熱。精磨時(shí)，余量較小，要求粗糙度值較低，可選取較細(xì)磨粒。一般來(lái)說(shuō)，磨粒越細(xì)，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(jiàn)過(guò)用80K砂輪磨出鏡面的。不同粒度砂輪的應(yīng)用見(jiàn)表3。 表3不同粒度砂輪的使用范圍 粒度號(hào) 顆粒尺寸范圍/μm 適用范圍 粒度號(hào) 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(xì)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(qiáng)度。 （1）、陶瓷結(jié)合劑（V）：化學(xué)穩(wěn)定性好、耐熱、耐腐蝕、價(jià)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(shù)脂結(jié)合劑（B）：強(qiáng)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(guò)程中，鋒利的棱角會(huì)慢慢會(huì)磨掉而變鈍，削弱砂輪的磨削能力。這時(shí)表面的磨粒會(huì)脫落或斷裂，從而形成新的磨削刃，以達(dá)到鋒利的磨削效果，這就是自銳性。 （3）、橡膠結(jié)合劑（R）：強(qiáng)度高彈性好，耐沖擊，適于拋光輪、導(dǎo)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(qiáng)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(hào)，性能及用途 種類 代號(hào) 主要成分 性能 用途 陶瓷結(jié)合劑 V 黏土，長(zhǎng)石滑石。 （1）耐水酸，堿及熱（2）較脆不易堵塞（3）價(jià)格便宜（4）線速度為35M/S 除切削零件窄槽的磨削 樹(shù)脂結(jié)合劑 B 石碳酸與甲醛制成的樹(shù)脂 1）強(qiáng)度高彈性好2）耐熱耐腐差3）存放時(shí)間不超過(guò)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(qiáng)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(dǎo)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(jiān)硬程度） 砂輪的硬度和磨料的硬度是兩個(gè)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(shí)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(shí)，為了使磨料不致過(guò)早脫落，則選用硬砂輪。加工硬金屬時(shí)，為了能及時(shí)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?yàn)樵谀ハ鬈洸牧蠒r(shí)，砂輪的工作磨粒磨損很慢，不需要太早的脫離；后者是因?yàn)樵谀ハ饔膊牧蠒r(shí)，砂輪的工作磨粒磨損較快，需要較快的更新。 精磨時(shí)，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(dǎo)熱性差，易產(chǎn)生燒傷和裂紋時(shí)（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(cè)試砂輪硬度的嗎？說(shuō)起來(lái)您別笑：是用鑿子剜的。 表5砂輪硬度分級(jí)及代號(hào) 硬度級(jí) 代號(hào) 大級(jí) 小級(jí) 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(hào)”為現(xiàn)行的新國(guó)標(biāo)代號(hào)，老國(guó)標(biāo)代號(hào)就是漢字的首字母+數(shù)字來(lái)表示的，如：中硬1=ZY1，有些砂輪上仍在延用老的國(guó)標(biāo)代號(hào)，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(jiǎn)單選擇標(biāo)準(zhǔn) 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(jìn)給速度————→ 快 良好 ←————材料機(jī)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(jiǎn)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)。 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(lái)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(jiǎn)單地說(shuō)，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(jiān)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(kāi)槽等，并可根據(jù)實(shí)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(shí)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(lái)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(jī)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(diǎn)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?dāng)?shù)字表示 砂輪的標(biāo)志示例： SPA400100127A60L5B35 SPA-----形狀代號(hào) 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(hào) B--------結(jié)合劑 35-------最高工作線速度m/s 二、砂輪的保管和運(yùn)輸 砂輪強(qiáng)度較低且易受溫度、濕度、振動(dòng)、碰撞、擠壓及儲(chǔ)存時(shí)間等因素的影響，正確地保管運(yùn)輸砂輪，對(duì)防止事故具有重要意義。為此，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 1、砂輪應(yīng)存放在專用的儲(chǔ)存架上。 2、砂輪存放應(yīng)盡可能的減少搬運(yùn)，以防碰擊和振動(dòng)產(chǎn)生裂紋。砂輪質(zhì)脆，請(qǐng)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(shù)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(huì)降低磨具強(qiáng)度及磨削力。 樹(shù)脂、橡膠結(jié)合劑砂輪保管時(shí)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(fēng)機(jī)下直接吹風(fēng)以防止彎曲變形。砂輪不可長(zhǎng)期存放，超過(guò)一年樹(shù)脂和橡膠就會(huì)變質(zhì)，此時(shí)需必須嚴(yán)格檢驗(yàn)后方可使用。 橡膠、樹(shù)脂結(jié)合劑薄片砂輪，存放時(shí)應(yīng)防止變形。 4、砂輪的保存應(yīng)以制造廠的說(shuō)明書為準(zhǔn)，過(guò)期砂輪不能隨便使用。 5、砂輪運(yùn)輸過(guò)程中，不能和金屬物及安裝在一起；并減少振動(dòng)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(shí)，疊放高度一般不超過(guò)1.5m。 7、磨具應(yīng)按規(guī)格分開(kāi)放置，存放處設(shè)有標(biāo)志，以免出現(xiàn)混亂和差錯(cuò)，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(guò)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(dú)拿出來(lái)說(shuō)，是因?yàn)楹芏嗳藢?duì)金剛石砂輪并不是太了解，容易進(jìn)入誤區(qū)。但凡看到“金剛石”這幾個(gè)字，就只會(huì)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(shì)，特別是用在難磨材料時(shí)就顯得更明顯。下面有一張表，表示了各種磨料的硬度指標(biāo)，這個(gè)表格是臺(tái)灣一所大學(xué)的教科書上的，我還沒(méi)具體弄清楚上面的“HK”指的是哪種硬度標(biāo)準(zhǔn)，但從表中可以看出各種材料硬度之間的硬度對(duì)比，有點(diǎn)類似于摩氏硬度的標(biāo)示方法，大家可以作一個(gè)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(shù)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(shí)，用于研磨高硬度的合金、非金屬材料。金剛石硬度高、抗壓強(qiáng)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(zhǎng)，同時(shí)磨削時(shí)也不會(huì)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(dǎo)體材料、玻璃、高鋁陶瓷、石材等。 在這里，請(qǐng)注意是“低鐵含量的金屬和非金屬材料” 以下為個(gè)人見(jiàn)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(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，適合重切削作業(yè)。 樹(shù)脂結(jié)合劑的金剛石砂輪用途較為廣泛，用來(lái)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(méi)有磨損，真的是連表皮都沒(méi)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(shuō)了。 再說(shuō)說(shuō)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?cè)诨w上，這種砂輪其實(shí)真的是好東西，我挺喜歡這種砂輪。這種砂輪的優(yōu)點(diǎn)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(wú)法象修整剛玉砂輪一樣把它修成任意形狀，這時(shí)候成型的基體就顯得非常重要，又因?yàn)橹挥斜砻嬗幸粚咏饎偸靸r(jià)也比較低。電鍍的缺點(diǎn)是容易把鍍?cè)谏厦娴慕饎偸w粒碰掉，大多數(shù)顆粒都是被工件掛掉的，而不是磨沒(méi)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(huì)做磨具，但我問(wèn)過(guò)廠里的師傅，師傅說(shuō)把金剛石和碳化硅同時(shí)電鍍到鋼板上，技術(shù)上難度非常大。這說(shuō)明別人也是在用技術(shù)賺錢，無(wú)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(rèn)為金剛石很硬，磨削效率高，但這其實(shí)不是一個(gè)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(lái)磨，你會(huì)覺(jué)得“下肉”很快，金剛石中的碳會(huì)跟鋼材中的碳親和起化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果是很快金剛石也會(huì)被磨沒(méi)了。工廠里修整金剛石砂輪，就是用鐵塊修的，一點(diǎn)一點(diǎn)把金剛石磨沒(méi)。所以，并不是說(shuō)金剛石不能磨鋼材，是因?yàn)椤安粍澦恪?，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(cuò)，用軟一點(diǎn)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(jué)得“天然漿石”好用，這是對(duì)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(lái)的又是鋒利的刃，被磨掉的顆粒也起著研磨修光的作用，沒(méi)見(jiàn)老剃頭師傅的磨石磨下來(lái)的“漿”都不舍得洗掉，磨完趕緊用毛巾包起來(lái)藏好。 上篇貼子已經(jīng)說(shuō)了，不要迷信“天然日本漿石”，動(dòng)輒就標(biāo)價(jià)幾百幾百的，日本的石頭不會(huì)比天朝的更好，島國(guó)估計(jì)新成的火山巖更多一點(diǎn)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(lái)當(dāng)磨刀石賣。 我不用天然石磨刀的原因有三：一是可能會(huì)有雜質(zhì)；二是不耐用，磨損太快；三是沒(méi)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(gè)肯定能“多快好”，“省”就不占了，不過(guò)，四樣占了三樣，也知足了，這東西太貴了我沒(méi)有用過(guò)，用過(guò)的老鳥們可以白活白活，讓俺的思維也肆意徜徉一下。