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砂轮的特性与选择

发布时间:2012-02-09

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂,经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺不同,砂轮的特性差别很大,因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、力度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。

(1)磨料

磨料是砂轮的主要组成部分,它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性,以承受磨削时的切削热和切削力,同时还应具备锋利的尖角,以利磨削金属。常用磨料代号、特点及应用范围简表 6.6

表 6.6 常用磨料代号、特性及适用范围

系别 名称 代号 主要成分 显微硬度(HV) 颜色 特性 适用范围
氧化物系 棕刚玉 A AL2O3 91-96% 2200-2288 棕褐色 硬度高,韧性好,价格便宜 磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜
白钢玉 WA AL2O397-99% 2200-2300 白色 硬度高于棕刚玉,磨粒锋利,韧性差 磨削淬硬的碳钢、高速钢
碳化物系 黑碳化硅 C SiC>95% 2840-3320 黑色带光泽 硬度高于钢玉,性脆而锋利,有良好的导热性和导电性 磨削铸铁、黄铜、铝及非金属
绿碳化硅 GC SiC>99% 3280-3400 绿色带光泽 硬度和脆性高于黑碳化硅,有良好的导电性和导热性 磨削硬质合金、宝石、陶瓷、光学玻璃、不锈钢
高硬磨料 立方氮化硼 CBN 立方氮化硼 8000-9000 黑色 硬度仅次于金刚石,耐磨性和导电性好,发热量小 磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料
人造金刚石 MBD 碳结晶体 10000 乳白色 硬度极高,韧性很差,价格昂贵 磨削硬质合金、宝石、陶瓷等高硬度材料

(2)粒度

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。

砂轮的力度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗,磨削深度大,生产率高,但表面粗糙度值大。反之,则磨削深度均匀,表面粗糙度值小。所以粗磨时,一般选粗粒度,精磨时选细粒度。磨软金属时,多选用粗磨粒,磨削脆而硬材料时,则选用较细的磨粒。粒度的选用见表 6.7。

表 6.7 磨料粒度的选用

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
12-36 2000-1600
500-400
粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺 W40-20 40-28
20-14
精磨、超精磨、螺纹磨、珩磨
46-80 400-315
200-160
粗磨、半精磨、精磨 W14-10 14-10
10-7
精磨、精细磨、超精磨、镜面磨
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、镜面磨、制作研磨剂等

(3)结合剂

结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性极耐腐蚀性,主要取决于结合剂的种类和性质。常用结合剂的种类、性能及适用范围见表 6.8。

表 6.8常用结合剂的种类、性能及适用范围

种类 代号 性能 用途
陶瓷 V 耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、易保持轮廓、弹性差 应用广泛,适用于 v<35m/s的各种成形磨削、磨齿轮、磨螺纹等
树脂 B 强度高、弹性大、耐冲击、坚固性和耐热性差、气孔率小 适用于 v>50m/s的高速磨削,可制成薄片砂轮,用于磨槽、切割等
橡胶 R 强度和弹性更高、气孔率小、耐热性差、磨粒易脱落 适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割的薄片砂轮、抛光砂轮等
金属 M 韧性和成形性好、强度大、但自锐性差 可制造各种金刚石磨具

(4)硬度

砂轮硬度是指砂轮工作时,磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬,表示磨粒难以脱落;砂轮软,表示砂轮容易脱落。砂轮的硬度等级见表 6.9。

表 6.9 砂轮的硬度等级及代号

硬度等级 大级 超软 中软 中硬 超硬
 

小级 超软 软1 软2 软3 中软1 中软2 中1 中2 中硬1 中硬2 中硬3 硬1 硬2 超硬
代号  

D E F G H J K L M N P Q R S T Y

砂轮的硬度与磨料的硬度是完全不同的两个概念。硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮,砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。例如,结合剂与磨粒粘固程度越高,砂轮硬度越高。

砂轮硬度的选用原则是:工件材料硬,砂轮硬度应选用软一些,以便砂轮磨钝磨粒及时脱落,露出锋利的新磨粒继续正常磨削;工件材料软,因易于磨削,磨粒不易磨钝,砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时,由于切屑容易堵塞砂轮,应选用较软砂轮。粗磨时,应选用较软砂轮;而精磨、成型磨削时,应选用硬一些的砂轮,以保持砂轮的必要形状精度。机械加工中常用砂轮硬度等级为 H至N(软2-中2)。

(5)组织

砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态:紧密、中等、疏松;细分成 0-14号间,共15级。组织号越小,磨粒所占比例越大,砂轮越紧密;反之,组织号越大,磨粒比例越小,砂轮越疏松,见表6.10。

表 6.10 砂轮组织分类

组织号 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
类别 紧密 中等 疏松
应用 精磨、成型磨 淬火工件、刀具 韧性大和硬度低的金属

(6)形状与尺寸

砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。常用砂轮名称、形状简图、代号和主要用途见表 6.11。

常用砂轮形状、代号和用途(查看图标)

砂轮的特性均标记在砂轮的侧面上,其顺序是:形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如:外径300mm,厚度50mm,孔径75mm,棕刚玉,粒度60,硬度L,5号组织,陶瓷结合剂,最高工作线速度35m/s的平行砂轮,其标记为:砂轮1-300 × 50 × 75-A60L5V-35m/s。

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