普通磨料磨具及选择使用

普通磨料磨具的选择与使用

磨削过程就是磨具中的磨粒对工件的切削过程。选择磨具就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工件材料的物理力学性能产生的抗力。由于磨具的品种规格繁多，而每一种磨具都不是万能的切削工具，只有一定的适用范围。因此对每一种磨削工作，都必须适当选择磨具的特性参数，才能达到良好的磨削效果。磨具特性主要包括磨粒、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸。这里从磨具特性方面叙述选择磨具的一般原则。一. 磨料的选择

磨料种类很多，其选择原则与被加工材料物理力学性能直接关系。

一般来说，磨削抗拉强度较高的工件材料时，选择韧性较大的刚玉类磨料为宜，磨削抗拉强度低的工件材料，则以选择脆性较大而硬度较高的碳化硅类磨料为宜。部分材料的抗拉强度值与选用的磨料如表一。

表一磨料的选用

在选择磨料时，要考虑工件材料与磨料之间的化学反应性能、磨料和工件材料之间的化学亲和作用以及磨料的热稳定性（即红硬性）

下面介绍各种磨料的性能及适用范围

1．棕刚玉(A)

棕刚玉(A)磨料的韧性大，硬度高。颗粒锋锐。因此它适合于磨削抗拉强度较高的材料，如碳素钢、普通合金钢、可锻铸铁、硬青铜等。棕刚玉价格便宜，应用十分广泛，被视通用磨料。

2. 白刚玉（WA）

白刚玉磨料的硬度略高于棕刚玉，但其韧性差一些。硬的磨料容易切入工件，可以减少工件的变形和磨削热量。。白刚玉磨料最适于精磨，刀具的刃磨，螺纹的磨削及磨削容易变形及烧伤的工件。但价格高于棕刚玉。

3. 单晶刚玉(SA)

单晶刚玉磨料具有良好的多棱切削刃，并有较高的硬度及韧性。这种磨料在磨削时不易破碎，切削能力强、寿命长，适于加工较硬的金属材料。单晶刚玉磨料生产量较小，只推荐用于耐热合金及难磨金属材料的磨削。

4. 微晶刚玉(MA)

微晶刚玉的外观、色泽、化学成份均与棕刚玉相似，所不同的是它的颗粒是由许多微小晶粒体集合组成，它具有强度高、韧性大，自锐性良好的特点，磨削过程中不易成大颗粒地脱落。由它制成的磨具磨损小，适于不锈钢、碳素钢、轴承钢、特种球磨铸铁等材料的磨削，还用于重负荷磨削和精磨磨削。

5. 铬刚玉(PA)

铬刚玉磨料的硬度与白刚玉相近，韧性比白刚玉稍高，切削性能较好，具有较高的强度和足够的脆性，因此磨削工件的表面不容易烧伤和产生裂纹，并能提高生产效率。适合用于成形磨削、淬火钢、合金工具钢、螺纹的磨削加工、量具及仪表零件的精磨磨削。

6. 锆刚玉(ZA)

锆刚玉是Al

2O

3

和ZrO

2

的复合氧化物，韧性较好，适合重负荷磨削、耐热合金钢、钛

合金、奥氏体不锈钢的磨削。

7. 黑刚玉(BA)

黑刚玉磨料外观呈黑色，具有一定的韧性，硬度比棕刚玉低，多用于自由研磨，如电镀前、抛光的打磨或粗磨，用于喷砂、制作树砂轮、砂布、砂纸等。

8. 黑碳化硅(C)

黑碳化硅的硬度比刚玉类磨料高，切削刃锋利，但性脆。导热性良好，散热快，自锐性能优于刚玉磨料。适宜磨削抗拉强度较低的材料，如灰口铸铁、青铜、黄铜、矿石、耐火材料、骨材、玻璃、陶瓷、皮革、橡皮、塑料等，还适于磨削热敏性材料。

9. 绿碳化硅(GC)

绿碳化硅磨料性质比黑碳化硅硬而脆，较锋利，具有尖锐的切削刃，很容易切入被加工工件。但韧性不高。主要适合硬质合金刀具和工件磨削，螺纹磨削及其工件的精磨。

10. 立方碳化硅(SC)

立方碳化硅性脆而锋锐。用它做成的油石和小砂轮对微型轴承进行超精研磨和沟道磨削时有较强的磨削能力，并能降低微型轴承的表面粗糙度值。

11. 碳化硼(BC)

碳化硼磨料呈黑色，颗粒比金刚石更易于破碎而形成新的锋锐的切削刃，切削保持性较好硬质合金、宝石、陶瓷、模具、精密原件加工和抛光。

二. 磨料粒度选择

磨料粒度的选择主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般可根据以下各点选择。

⑴工件加工精度要求较高，表面粗糙度值较低，应选取磨料粒度细的磨具

⑵磨具和工件表面接触面积比较大，或者磨削深度也较大时，应选用磨具粒度粗的磨料

⑶粗磨是，加工余量和采用的磨削深度都比较大，磨具的粒度应该比精磨粗，这样才能提高粒度粗的磨具。

⑷切断和开沟工序，应采用粗粒度，松组织且硬度较高的砂轮

⑸磨削韧性金属和软金属时，如黄铜、紫铜、软青铜等，磨具表面容易被切屑堵塞，所以应该选用粒度粗的磨具

⑹磨削硬度高的材料，如淬火钢、合金钢等，应选用粒度粗一些的磨具

⑺对于切除余量小，或者磨具与工件接触面不大的工件，可以选用粒度细一些的磨具。湿磨比干磨用的磨具，其粒度可以细一些。

⑻在刚性好的磨床上加工时，可选粒度粗一些的砂轮

⑼成型磨削时，希望砂轮表面的形状保持要好，因而选用较细的粒度为宜。

⑽高速磨削时，为了提高磨削效率，磨料的粒度反而要比普通磨削时偏细1～2个粒度。

不同粒度的应用范围参见表二

表二不同粒度磨具应用范围参考表

三. 磨具的硬度选择

合理选择磨具的硬度，是获得良好磨削效果的关键。

选择磨具硬度最基本的原则是：保证磨具在磨削过程中有适当的自锐性，避免磨具过大的磨损；保证磨削时不产生过高的磨削温度。

选择磨具硬度最基本方法是：工件硬度高、磨具的硬度就要低；工件硬度低，磨具的硬度就要高。

选择磨具的硬度，一般还要考虑以下一些情况：

⑴磨具与工件接触面积大是，磨具的硬度应选得软些，以免工件发热过高而影响磨削质量。

⑵磨断续的表面和铸件打毛刺时，应该选硬级或超硬级的砂轮；重负荷磨钢坯时，也应选硬级或超硬级砂轮，以免砂轮磨损太快。

⑶修整用的代金刚石磨具（砂轮或油石），由于修整时的压力较大，需要较高的硬度，因此常采用超硬级的磨具。

⑷重型磨床和刚性较好的磨床，由于它们在磨削时的振动小，磨粒不不容易被破坏，因此可用硬度较软的砂轮。

⑸外圆切入磨削时，为避免工件烧伤，砂轮硬度应比轴向进给时软些。

⑹自动走刀磨床可以比手动走刀磨床用较软的砂轮。

⑺加工表面要求愈光洁，工件尺寸要求愈精确时，应该选择硬度较软的砂轮，以免磨削时发热过多，工件表层组织变坏。

⑻工件表面出现的划痕，常与磨具硬度选择不当有关。

⑼干磨时工件容易发热，应比湿磨时选用软1～2小级的砂轮。

⑽生产效率要求较高时，可以选择软一些的砂轮，以利于砂轮的自锐，减少修整次数。

⑾高速磨削时，当进给速度不变，则磨粒切下的切屑变薄，磨粒承受的切削力相应减小，砂轮的磨损也就曼些此时为了改善砂轮的自锐性，其硬度就要比普通磨削时软1～

2级，这就是高速磨削时的情况。同样，对于一些不平衡的工件（如曲轴等），由于磨削时的工件速度不能太高，因此砂轮的硬度也要选得软一些，以免烧伤工件。

⑿磨钢球（滚珠）时，应选超硬级的砂轮；一般切断工作，砂轮的硬度应选中至中级硬度。

⒀刃磨硬质合金和高速钢刀具时，应选择J～G级硬度的砂轮

⒁成型磨削时，为了保持工件的正确几何形状，砂轮的磨损不应太大，因此砂轮的硬度应该高一些。

四.结合剂的选择

磨具中结合剂的性能，影响它与磨粒的反应能力以及它的强度。结合剂与磨粒之间的反应能力好，结合剂与磨粒的结合力就愈强，磨粒就不容易破碎或脱落。结合剂的强度愈高，颗粒不仅承受较高的磨削力，而且还可使砂轮具有较高的回转强度而不容易破裂。

磨具结合剂的选择主要与磨削方法、使用速度以及工件表面加工要求等有关。每种结合剂都有它本身的优点和缺点，应该结合磨削是的条件来选择磨具结合剂的种类。结合剂的种类有以下几种：

1.陶瓷结合剂 (V）

2.树脂结合剂 (B)

3.橡胶结合剂 (R)

4.菱苦土结合剂 (Mg)

5.其它结合剂

五.磨具组织的选择

磨具的组织对磨削性能的影响很大。不同组织的砂轮，其孔隙不一样，颗粒的密度也不同。因此，及时磨具硬度相同，而组织不一样时，砂轮的磨削性能也就有差别。磨具的组织疏松时，磨削效率高，但磨具的磨损快，寿命短；组织太紧时，因难以容纳切屑而容易烧伤工件。

磨削硬度低而韧性大的材料时，磨具易被磨屑堵塞，需要用组织松一些的磨具。组织松的磨具可以使磨粒最大限度地切入工件，并将较厚磨屑带走。

成型磨削和精磨磨削时，砂轮的组织应选择紧密一些，以利于保持砂轮工作型面的成型性和获得较高的精度。当砂轮与工件接触面积大，或加工粘性难磨材料时，排屑比较困难，冷却条件也不好，为避免磨削区域过热，宜采用松组织的砂轮。

在重切削负荷磨削情况下，为了保证砂轮具有足够的强度和较长的寿命，一般采用组织最精密的砂轮。

六.磨具形状和尺寸的选择

磨具的形状应根据磨床的条件及工件的形状而定。

砂轮的形状很多，多种形状尺寸的砂轮用途如下：

平行系列砂轮的直径在3～1600mm范围内，内圆、外圆、平面、无心、工具及螺纹等磨床均可使用。通常外径150mm以内、厚度10～100mm的平行砂轮在卧轴平面磨床上用得比较多；外径250～500mm、厚度32～50mm的平行砂轮多用在中等尺寸的外圆磨床上；外径600～900mm、厚度63～75mm平行砂轮常用来磨轧辊或用于其它外圆磨床；外径750～1100mm、厚度28～100mm的砂轮用于磨曲轴；外径1200～1600mm、厚度80～120mm 的砂轮主要用来磨大型曲轴；外径350～750mm、厚度125～550mm的砂轮，大部分用于无心磨床的磨削轮，用来磨削轴承内外圈的外圆、圆锥、圆柱滚子外圆、纺织机锭杆、发动机上的活塞销及其大批量生产的工件外圆等；外径250～500mm、厚度8～63mm的平行砂轮，其边缘修整成尖角后，用在螺纹磨床上磨削单线或多线外螺纹工件；外径80～250mm、厚度6～10mm的平行砂轮，经修整成尖角后用来磨削内螺纹工件；外径150～600mm、厚度13～75mm的平行砂轮用在台式、落地式或悬挂式砂轮机上；外径50～250mm、厚度10～25mm的平行砂轮用在手提式砂轮机上。

弧形砂轮用于磨削轴承的沟道。

七.按各种磨削条件选择普通磨具（表三）

表三各种磨削条件下普通磨具选择

注：●－表示可选用

八.按磨料对被磨削材料的适应性来选择磨具（表四）

表四按磨料对被磨削材料的适应性选择磨具

注： 表示适应

九.磨具的安全使用

绝大多数磨削工作都是由高速回转的砂轮进行切削的，而砂轮（磨具）又是一种脆性物体，在其制造、运输和使用过程的各个环节中，有许多因素影响它的强度，从而影响使用时的安全性。下面列出了影响磨具安全使用的各种因素。

1、磨具的运输和保管

1)长途运输时要用木箱或柳条筐妥善包装，并用稻草或锯末等软物质将磨具分隔开。搬

运时要防止碰撞和冲击，堆放要稳当。

2)陶瓷磨具不要放在潮湿或冰冻的地方；橡胶磨具不宜与油接触；树脂磨具不能与碱接

触。否则会降低磨具的强度和它的磨削能力。

3)磨具应按规格分开放置，存放处应设有标志，以免出现混乱和差错。

4)磨具应存放在干燥的地方，室温不低于5°C。

5)放置位置和设置方法应视磨具形状和大小而定。较大直径或较厚的砂轮采用直立或稍

具倾斜地摆放，较薄和较小的砂轮应平迭摆放，但迭放高度不要超过500～600mm，橡胶或树脂薄片砂轮的迭放高度要在200mm一下，并在其上下各放一块平整的铁板，可防止砂轮变形或破裂。小直径砂轮（50mm以下者）可用绳索串起来保管。碗形、杯形和碟形等异形砂轮应将其底朝下一个一个地迭放，但放置高度不要太高。

6)橡胶和树脂都有“老化”现象，所以这两类结合剂磨具的存放期一般不能超过一年。

超过存放期的磨具，必须重新检查后才能使用。

7)经过改制后的砂轮，必须重新经过回转检验后才能使用。

2、砂轮的安全速度

为了不致造成差错，砂轮上均印有安全工作速度的标志，特别是高速砂轮，更应有醒目的特殊标志。必须按砂轮上标志的工作速度使用。普通磨具的最高工作线速度如表五所示。

3、砂轮的装夹

⑴砂轮安装前，必须校对其安全工作速度。标志不清或无标志的砂轮，必须重新进行回转检验。

⑵安装砂轮前，要用木槌轻敲砂轮，如发现砂轮（特别是陶瓷砂轮）有哑声时，说明砂轮内部可能存在裂纹，这种砂轮不能使用。

⑶夹在砂轮两边的法兰盘，其形状、大小要相同。法兰盘的直径一般为砂轮直径的一半，内侧面要有凹形槽。在砂轮端面与法兰盘之间，要垫上一块厚度约1～2mm的弹性纸板或者皮革、耐油橡胶垫片，垫片的直径应稍大于法兰盘的外径。图一所示安装为正确安装，图c为不正确安装。

⑷应依次对称地拧紧法兰盘螺钉，使夹紧力分布均匀。但不得用力过大，以免压裂砂轮。

⑸砂轮安装好后，须经过一次静平衡才能装到机床上去。如果采用图3.8－2b所示安装法，或者装在没有平衡块的小法兰盘上，则应检查砂轮的径向偏摆。偏摆过大时，要重新安装砂轮。

4. 砂轮的的平衡

引起砂轮不平衡的原因很多：砂轮的几何形状不对称，两端面不平行，外圆与孔不同心，砂轮各部分组织不均匀，装夹时砂轮偏心和磨削过程中砂轮的不均匀磨损等等，都是造成砂轮不平衡的重要原因。

砂轮的平衡方法有三种：静平衡、动平衡、自动平衡。

⑴砂轮的静平衡砂轮的静平衡如图二所示。

平衡架由两个立柱2和底座1组成，每个立柱上均有一

个圆柱支承3（或菱形刀口）。

静平衡方法主要有两种：

①重心平衡法

②三点平衡法

图二砂轮静平衡架

⑵砂轮的动平衡经过静平衡后的砂轮，一般可以满足一定的使用要求。但是受平衡架精度的影响，所以静平衡的精度仍不太高。所以对于高精度磨床和大砂轮、宽砂轮磨床，需要采用动平衡方法，方能达到较好的平衡效果。

⑶砂轮的自动平衡经过静平衡或动平衡的砂轮，由于使用过程中的多次修整和对磨削液吸附的差异，以及磨削过程中的不均匀磨损等，会使砂轮产生新的动态不平衡。因此，在高精度磨削和高速磨削时，常采用自动平衡装置，对砂轮的不平衡情况随时进行检验，并加以自动补偿，是砂轮在磨削过程中始终保持良好的平衡状态。

参考文献：

1、李伯民，赵波.实用磨削技术.北京：机械出版社，1996

2、李伯民，赵波.现代磨削技术.北京：机械出版社，2003

3、陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具.北京.机械出版社，1984