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研磨用磨具详细知识

发表时间:2014-12-01

  磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具,也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外,还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。

  磨具按其原料来源分,有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分,有砂轮、磨头、油石,砂瓦(以上统称固结磨具)和涂附磨具五类。此外,习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。

  固结磨具按所用磨料的不同,可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料,后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外,还有一些特殊品种,如烧结刚玉磨具等。

  普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状,并具有一定强度的磨具。一般由磨料、结合剂和气孔构成,这三部分常称为固结磨具的三要素。

  磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料,有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等;有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。

  气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用,并可容纳冷却液,有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求,气孔内还可以浸渍某些填充剂,如硫黄和石蜡等,以改善磨具的使用性能。这种填充剂,也被称为磨具的第四要素。

  表示普通磨料固结磨具特征的项目有:形状、尺寸磨料、粒度、硬度、组织和结合剂。磨具硬度是指磨粒在外力作用下,从磨具表面脱落的难易程度,它反映了结合剂把持磨粒的强度。

  磨具粒度

  粒度是指磨料颗粒的尺寸,其大小用粒度号表示。

  国标规定了磨料和微粉两种粒度号。

  粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。对于颗粒尺寸大外圆磨砂轮于 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。各种粒度号的磨粒尺寸见表1 。

  表1 磨料粒度号及其颗粒尺寸

  磨 粒磨 粒微 粉

  粒 度 号颗 粒 尺 寸 ( um )粒度号颗 粒 尺 寸 ( um)粒 度 号颗 粒 尺 寸 (um)

  14 #1600~125070 #250~200W4040~28

  16 #1250~100080 #200~160W2828~20

  20 #1000~800100 #160~125W2020~14

  24 #800~630120 #125~100W1414~10

  30 #630~500150 #100~80W1010~7

  36 #500~400180 #80~63W77~5

  46 #400~315240 #63~50W55~3.5

  60 #315~250280 #50~40W3.53.5~2.5

  不同粒度砂轮的使用范围

  注:比 14 # 粗的磨粒及比 W3。5 细的微粉很少使用,表中未列出。磨料粒度的选择,主要与加工表面粗糙度和生产率有关。 粗磨时,磨削余量大,要求的表面粗糙度值较大,应选用较粗的磨粒。因为磨粒粗、气孔大,磨削深度可较大,砂轮不易堵塞和发热。精磨时,余量较小,要求粗糙度值较低,可选取较细磨粒。一般来说,磨粒愈细,磨削表面粗糙度愈好。

  粒度号颗粒尺寸范围/μm适用范围粒度号颗粒尺寸范围/μm适用范围

  12-362000-1600  500-400粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺W40-2040-28  20-14精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨

  46-80400-315  200-160粗磨、半精磨、精磨W14-1014-10  10-7精磨、精细磨、超精磨、镜面磨

  100-280165-125  50-40精磨、成型磨、刀具刃磨、珩磨W7-3.57-5  3.5-2.5超精磨、镜面磨、制作研磨剂等

   磨具的硬度主要取决于结合剂加入量的多少和磨具的密度,磨粒容易脱落的表示磨具硬度低;反之,表示硬度高。硬度的等级一般分为超软、软、中软、中、中 硬、硬和超硬七大级,从这些等级中还可再细分出若干小级。测定磨具硬度的方法,较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法和喷砂硬度计测定法。

  磨具的硬度与其动态弹性模量具有对应关系,这有利于用音频法测定磨具的动弹性模量来表示磨具硬度。在磨削加工中,若被磨工件的材质硬度高,一般选用硬度低的磨具;反之,则选用硬度高的磨具。

  根据加工目的和用量不同,可以进行荒磨、粗磨、半精磨、精磨、细磨和高精度低粗糙度磨削。同时,可根据加工对象的不同,进行外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、工具磨削、专用磨削、电焊磨削、珩磨、超精加工、研磨及抛光等。

  1、粗磨加工应用

  粗磨是指以高效切削大量多余材料为主要特征的磨削方法。荒磨则是许多种粗磨加工广泛使用的俗称。

  粗磨加工应用领域:

  (1)用树脂荒磨砂轮和高速重负荷树脂砂轮,粗磨退火或不退火优质合金钢或不锈钢坯的精整加工。用于表面外观缺陷(焊缝、裂纹、氧化层等)的磨削加工。

  (2)用树脂荒磨砂轮对铸件的浇口、冒口和坯缝进行磨削加工和一般性精整加工。

  (3)用树脂荒磨砂轮对模锻、锻件的大毛刺或浇口整修后留下来的飞边,进行彻底的磨除。

  (4)在焊接操作时,残留在焊件表面上的焊缝要采用荒磨平整焊缝和倒圆磨削。

  (5)对大型板材气割成圆形或其它复杂形状时,气割所产生的熔渣,要采用便携式荒磨机磨除。如:大型热轧建筑型钢和管切的粗切加工等。

  2、手持磨削加工应用

  手持磨削是磨削方法的综合概括。它们的共同特征是:无论是工件还是磨削机械的支承使工件与磨具相接触,制导和移动等均直接依靠手工进行。

  手持磨削又分为固定式手持磨削和移动式手持磨削。将磨削机械固定,手持加工工件进行磨削的方式,称为固定式手持磨削。加工时采用的手持砂轮机进行可移动的磨削方式,称为移动式手持磨削。

  手持磨削主要应用领域:

  (1)用手提式树脂荒磨砂轮,加工庞大而笨重难以在磨床上安装的工件。如:大型铸件的粗磨。

  (2)用高速钹形砂轮或钢纸磨片,加工已装配有其它‘零件的工件。如:重型建筑构件和船舶构件。

  (3)对小型调整时需要进行的磨削加工。如:在常见大型部件的有限部位上校正装配件。

  (4)用高速钹形砂轮等,对工件最终成形或对工件与邻接部位接合处的倒圆,对已经装配或已经焊接的工件进行磨削。如:对汽车车体的加工。

  (5)用于形状不规则表面上的雕塑加工。如:模具的加工。

  (6)工件光整加工。即要求对工件进行倒圆或光整磨削,使其表面美观,性能满意,而对形状和尺寸无严格要求。如:用可弯曲钹形砂轮加工不锈钢制品,用PVA砂轮加工石材等。

  (7)在工件表面的有限面积上做少量磨削,以便形成一种特殊的形状,例如:各种刀具的锐磨等。

  3、切割加工应用

   树脂薄片砂轮主要用于冶金工业的钢棒、钢管、扁钢、角铁、槽钢、钢轨、钢板等金属材料的切割加工;半导体工业的硅、锗、蓝宝石、铁素体、石墨、陶瓷、石 英等金属和非金属材料的精密超薄切片加工;似及建筑材料工业、化学工业、航空航天工业、机械工业、汽车工业、船舶工业的金属材料和非金属材料的切割加工。

  在金属材料切割加工中,采用树脂薄片砂轮切割,具有以下优点:

  (1)切割速度快。在切割金属材料时,切割砂轮的切割速度是其它切削方法(如锯、车切)的10倍。

  (2)切割尺寸精度高。采用砂轮切割,其切口宽度和切割面的平整度,一般来说比金工锯切要好。

  (3)切割表面平滑。砂轮切割后其表面经常不须进行精加工,而锯切后的切断面很明显。

  (4)可用于硬质材料的切割加工。如淬硬钢和金属碳化物以及硬脆非金属材料的切割加工。

  (5)磨具使用过程中,自锐性好,不需要修整。

  (6)成本低。使用砂轮切割所需成本明显低于其它切割方法。

  (7)其它方面的应用。如窄槽切口,或者淬硬钢或超硬非金属加工件的切缝等。

  树脂磨具切割加工所具有的这些特性,使其在许多金属加工业和非金属加工业,以及在工业生产的其它领域得到广泛应用。

  4、常规磨削加工应用

  (1)用树脂砂轮在外圆磨床或万能磨床上对轴类、套筒以及其他类型零件的圆柱面、圆锥面和肩端面进行磨削加工。

  (2)用树脂砂轮外圆周面或砂轮的端面,如螺栓紧固砂轮、大气孔砂轮、开槽砂轮、多孔砂轮和多孔带沟槽砂轮,以及多用杯形砂轮、筒形砂轮的端面等,对机械零件的各种平直为满足平直度、表面粗糙度和平面之间相互位置精度等要求而进行平面磨削加工。

  (3)用树脂砂轮的外圆面或树脂磨头,在内圆磨床、万能磨床或专用磨床上,对表面质量要求较高的通孔、盲孔、台阶孔、锥孔和轴承内沟道等部件进行内圆磨削加工。

  (4)用树脂砂轮、树脂和橡胶导轮,在无心磨床上,采用柔性定位的方式,使用砂轮的外圆周面,对旋转对称的内圆或外圆表面进行无心磨削加工。

  (5)用专用树脂砂轮磨螺纹砂轮。在螺纹磨床上,对高精度及表面粗糙度的传动螺纹,测量机件的螺纹,工量具螺纹和淬硬处理的螺纹部分进行螺纹加工。如螺纹、蜗杆、丝锥、滚刀、量规等带锥螺纹、多头螺纹、平行螺纹等磨削加工。

  (6)用环氧树脂珩磨轮以及双锥面、蝶型、双蝶型、蜗杆式砂轮等,在齿轮磨床上,对经淬硬处理的齿轮进行齿轮磨削加工。

  (7)用树脂强力磨砂轮,在工具磨削上,对具有较高的硬度热硬性,耐磨性与足够的强度和韧性的切削工具材料,如碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等,进行工具磨削加工,以达到理想的精度,表面粗糙度和正确的几何形状,使切削刃具具有较高的锋利性和耐用度。  

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