磨具特性的選擇

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2020-01-08

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　　磨具在機(jī)械加工中是用于磨加工工序的工具。磨加工工序是機(jī)械加工的最后一道工序，因此對磨加工工序有如下三方面的基本要求：

　　1.要有較高的加工質(zhì)量，如較高的精度、表面粗糙度等等，隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對零件的精度及表面質(zhì)量要求越來越高，因此對磨具的要求亦越來越高。

　　2.要有較高的生產(chǎn)效率。一般來說與其他切削加工相比磨削工序的生產(chǎn)效率是不高的。而機(jī)械工業(yè)的發(fā)展要求提高磨削加工效率。

　　3.要有足夠的安全保證，由于磨具在使用中，特別在磨床上都是在高速回轉(zhuǎn)下進(jìn)行加工的，其磨削速度比其他切削加工方法要高十多倍甚至幾十倍，而且砂輪又是一種脆性物體，因此磨加工時的安全性就顯得更為重要。

　　為了滿意地達(dá)到上述要求，必須對組成磨削加工系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)分析，找出各種條件的最佳因素。

　　組成磨削工作系統(tǒng)的因素包括工件、磨床、工藝和磨具等四個方面。當(dāng)磨削加工工件、磨床、工藝確定后，則磨具將成為決定磨削加工質(zhì)量的主要因素，合理地選擇磨具是構(gòu)成磨削加工最佳參數(shù)的主要矛盾。

　　一.普通磨具的選擇

　　磨具的選擇主要是由磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、組織以及形狀尺寸等幾個方面決定的，一般把磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑稱為磨具選擇的四要素。

　　(一)磨料的選擇

　　磨料是磨具能起磨削作用的最根本因素。磨料的種類很多，其選擇原則與被加工工件的材料性能有直接關(guān)系。一般來說磨削抗拉強(qiáng)度較高的工件材料時(即俗稱硬、脆的工件如碳素鋼、合金鋼等)以選用韌性較大的剛玉類磨料為宜;磨料抗拉強(qiáng)度底的工件材料(即俗稱軟、粘的工件如銅、鑄鐵、鐵合金等)宜選用脆性較大而硬度較高的碳化硅磨料為宜。

　　選擇磨料時，還要考慮磨削時工件材料與磨料之間的化學(xué)反映和磨料的熱穩(wěn)定性等。例如碳化硅磨料在磨削鋼材時，會發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)磨損;剛玉磨料磨削玻璃時，特別是有水冷卻時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)等。

　　主要四種磨料的性能及其適用范圍：

　　1.棕剛玉(A)：此種磨料韌性很大、硬度高、顆粒鋒銳，使用于磨削抗拉強(qiáng)度較大材料。例如碳素鋼、一般合金鋼，可鍛鑄鐵、硬青銅等，由于棕剛玉價格比較底，因?yàn)樽貏傆衲ゾ邞?yīng)用范圍十分廣泛。

　　2.白剛玉(WA)：此種磨料的硬度略高與棕剛玉，但其韌性差一些，由于其硬度高容易切入工件，可以減少工件的變形個磨削熱，因此白剛玉磨具最適于精磨、刃磨、螺紋磨以及用來磨削容易變形和燒傷的工件。但白剛玉價格高于棕剛玉。

　　3.黑碳化硅(C)：此種磨料硬度比剛玉類磨料高，切刃鋒銳，但脆性大，導(dǎo)熱性能良好，自銳性能要優(yōu)于剛玉類磨料，適用于加工抗拉強(qiáng)度底的材料，如鑄鐵、青銅、黃銅、玻璃、陶瓷等等。還適合于加工熱敏性材料。

　　4.綠化硅(GC)：此種磨料比黑碳還要脆而硬，而更鋒利，很容易切入工件;其用途除與黑碳化硅相同外，主要用于硬質(zhì)合金和其他工具的磨精，還可作為瑪瑙、鐘表寶石軸承和高級珠寶玉器及貴金屬(如鍺)等的切割和自由研磨，但該磨料價格較貴。高于黑碳化硅和白剛玉。

　　(二)粒度的選擇

　　磨具粒度的選擇主要應(yīng)考慮磨削效率和工作表面粗糙度。一般可根據(jù)下列要求選擇。

　　1.工件加工精度和光潔度要求較高時，應(yīng)選用細(xì)粒度磨具，因?yàn)槟チＴ郊?xì)，同時參與切削的磨粒數(shù)越多，工作表面上的殘留的磨料切削痕跡越小，表面粗糙度越小。但是，粒度還要與磨削條件結(jié)合起來考慮，如果選用的磨削用量較小，則用粒度略粗的磨具也可以獲得較好的表面光潔度。

　　2.磨具和工件表面接觸面積較大，或者磨削深度也較大時，應(yīng)該選用粒度粗的磨具，因?yàn)榱６却值哪ゾ吆凸ぜ砻婺Σ凛^小，發(fā)熱也小。因此，在端面磨平面時，所用砂輪粒度較之磨周邊時要粗些。

　　3. 粗磨時，加工余量較大，應(yīng)該選擇粒度粗的磨具以提高生產(chǎn)效率。

　　4.切斷和開槽、開溝，應(yīng)采用粗粒度，松組織、硬度高的砂輪。

　　5.磨削韌性金屬和軟金屬(如黃銅、紫銅等)，磨具表面易堵塞，所以應(yīng)選用粒度粗的磨具。

　　6.磨削硬度高的材料，如淬火鋼、合金鋼等，應(yīng)選用粒度粗一些的磨具。磨削硬質(zhì)合金時，由于材料的導(dǎo)熱性較差，容易產(chǎn)生燒傷，因而應(yīng)選用粒度粗一些的磨具為宜，對于薄形及薄壁型工件的磨削，也因其容易發(fā)熱變形而應(yīng)選粒度粗些的磨具。

　　7.成型磨時希望砂輪工作面的形狀保持性要好，因而選用較細(xì)些的磨粒度為宜。

　　8.高速磨削時，為了提高磨削效率，磨料的粒度反而要比普通磨削時偏細(xì)1~2個粒度號。因?yàn)榱６燃?xì)的磨粒比較尖銳，容易切入工件。同時粒度細(xì)的磨具單位工作面積上的工作魔粒度要多，每顆磨料上承受的力反而要小些，因而磨粒不易磨鈍。一般來說，中等粒度的磨具應(yīng)用最普通。細(xì)粒度磨具通常是在精磨、研磨和拋光時使用。成批生產(chǎn)時，在滿足工件光潔度要求前提下，應(yīng)盡量選用粒度粗一些的磨具，以提高生產(chǎn)效率。

　　(三)硬度的選擇

　　合理地選擇磨具硬度，是獲得良好磨削效果的關(guān)鍵。磨具硬度是磨具四要素中主要的因素。

　　選擇磨具硬度時，最基本的原則是，保證在磨削過程中磨具有適當(dāng)?shù)淖凿J性。避免磨具磨損過大或燒傷工件，如果磨具選擇偏軟，則磨粒還在鋒銳時就產(chǎn)生脫落，造成不必要的磨損，使磨具消耗太快，又影響工件的加工精度;而磨具選擇偏硬則磨鈍的磨粒不能及時脫落或破碎，而失去其切削能力，增加了磨具與工件的摩擦力，使工件表面發(fā)熱燒傷。只有正確地選擇磨具硬度，才能使磨削處于正常狀態(tài)，既不影響工件表面質(zhì)量，又不會產(chǎn)生過大的磨具消耗。

　　選擇磨具硬度時，最基本方法是：工件硬度高，磨具的硬度應(yīng)軟些。工件硬度底，則磨具的硬度高些/，但是，工件材料更軟而且韌性又大時(如軟青銅，黃銅等)由于切削易堵塞磨具，所以應(yīng)選用粒度粗而且硬度較軟的磨具為宜。對于磨削導(dǎo)熱系數(shù)較低的工件(如合金鋼)時，由于工件表面溫度較高，容易產(chǎn)生燒傷，此時應(yīng)選擇硬度偏軟些。消磨薄形、薄壁空心工件時，應(yīng)選用磨具硬度低些為宜。

　　選擇磨具硬度時，一般還要考慮以下一些情況：

　　1.磨具與工件接觸面積具較大時，磨具硬度應(yīng)軟些，以免工件發(fā)熱過高而影響磨削質(zhì)量。

　　2.磨斷續(xù)的表面和鑄件打毛刺時，應(yīng)選硬級或超硬的砂輪;重負(fù)荷磨鋼坯時，也應(yīng)選硬級或超硬的砂輪，以免砂輪磨損較快。

　　3.外圓切入磨削比軸向進(jìn)給磨削，砂輪硬度要軟些可避免工件燒傷。自動走刀磨床，可比手動在走刀磨床選用較軟的砂輪。

　　4.加工表面要求愈光潔，尺寸精度要求愈精確，應(yīng)該選擇硬度較軟的砂輪，以免磨削時發(fā)熱高，工件表面組織變壞，但是，一般精磨用砂輪，硬度又要高些，否則由于砂輪工作表面產(chǎn)生不均勻磨損而影響工件的表面質(zhì)量。

　　5.干磨時工件容易發(fā)熱，應(yīng)比濕磨時選用軟1~2小級硬度。

　　6.高速磨削時，當(dāng)進(jìn)給速度不變，則磨粒切下的切削變薄，磨粒承受的切削力相應(yīng)減少，砂輪的磨損也就慢些，此時為了改善砂輪的自銳性能，其硬度就要比普通磨削時軟1~2小級。

　　7.磨鋼球(滾珠)時，應(yīng)用Y(超硬)級砂輪;一般切斷工件，砂輪的硬度可選N至K(中至中軟)級。

　　8.刃磨硬質(zhì)合金和合金鋼刀具時，應(yīng)選擇G至L(軟到中軟)硬度的砂輪;成型磨削時。為保持工件幾何形狀砂輪的磨損不應(yīng)太大，因?yàn)閷ι拜喌挠捕葢?yīng)硬些。

　　(四)結(jié)合劑的選擇

　　磨具結(jié)合劑的選擇主要與磨削方法、使用速度以及工件表面加工要求等有關(guān)，每種結(jié)合劑都有它本身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應(yīng)該結(jié)合磨削時的條件來選擇磨具結(jié)合劑的種類。磨具幾種主要結(jié)合劑及其特性如下：

　　1陶瓷結(jié)合劑(V)