磨料及砂轮的适用范围(刚玉系与碳化系)

1、磨料及砂轮的适用范围 ( 刚玉系与碳化系 )在节省成本的前提下，用最低的成本取得较好的磨削效果是磨削时必须考虑 的。而各种磨料不同，砂轮磨具的成本也就不同。下面介绍几种磨料的大致适 用范围，当然，这也视实际情况而定，本人的观点仅供参考吧。棕刚玉砂轮 (A)- 磨抗张强度较高的金属，如碳素钢、合金钢、可锻铸铁、硬 青铜等白刚玉砂轮 (WA)- 磨淬火钢、合金钢、高速钢、高碳钢、薄壁零件等 单晶刚玉砂轮 (SA)- 磨不锈钢等韧性大、 硬度高的材料及易变形烧伤的工件 微晶刚玉砂轮 (MA)- 磨轴承钢和特种球墨铸铁等。用于成型磨、切入磨、镜 面磨等铬刚玉砂轮 (PA)- 磨刀具、量具、仪表螺纹等工

2、件表面粗糙度值要求低的工 件锆刚玉砂轮 (ZA)- 磨钛合金、耐热合金等镨钕刚玉 (NA)- 磨合金工具钢、超硬高速钢、高温合金钢等 黑刚玉 (BA)- 适用于电镀底面抛光、铝制品和不锈钢的抛光 黑碳化硅 (C)- 磨铸铁、黄铜、铅、锌、皮革、塑料、木材、矿石等 绿碳化硅 (GC)- 磨硬质合金、光学玻璃、陶瓷等硬脆材料 立方碳化硅 (SC)- 不锈钢及轴承钢的大、小、微型轴承沟道的超精加工 碳化硼 (BC)- 适于对硬质合金和宝石等材料的研磨抛光 铈碳化硅 (CC)- 磨硬质合金、钛合金、超硬高速钢等 砂轮的选择及诺顿砂轮介绍砂轮选择及诺顿砂轮介绍 砂轮选择及诺顿砂轮介绍砂轮选择在磨削中的

3、重要性磨削加工一般作为工件加工的终工序，其任务就是要保证产品零件能 达到图纸上所要求的精度和表面质量。磨削表面粗糙度与零件精度有密切关 系，一定的精度应有相应的表面粗糙度。一般情况下，对尺寸要进行有效的 控制，则粗糙度Ra值应不超过尺寸公差的八分之一，磨削表面粗糙度对零件 使用性能的影响是：表面粗糙度值越小，则零件的耐磨性，耐蚀性，耐疲劳 性越好。反之则相反。因此，在磨削加工中，必须注意降低表面粗糙度。影 响磨削加工表面粗糙度的主要工艺因素中砂轮粒度对其有显著影响，砂轮粒 度越细，同时参与磨削的磨粒就越多，则磨削表面粗糙度就越低。一般磨削 时取4680号粒度的砂轮，精磨时应选用150240号粒

4、度的砂轮，镜面磨 削时应选用W1(W7粒度的树脂石墨砂轮，可获得较好的工件表面粗糙度。 近年来随着新技术的开发应用，高精度磨削技术的发展，使磨削尺寸达到0.10.3卩m表面粗糙度达到0.20.05卩m磨削表面变质层和残留应力均 甚小，明显提高的加工质量。成形磨削，特别是高精度的成形磨削，经常是 生活中的关键问题。成形磨削有两个难题：一是砂轮质量，主要是砂轮必须 同时具有良好的自砺性和形廓保持性，而这二者往往是有矛盾的。二是砂轮 修整技术，即高效、经济的获得所要求的砂轮形廓和锐度。因而为了提高磨 削的效率和精度，特别是对于难加工材料的高效精加工，高效和强力磨削采 用了 CBN砂轮，使得强力磨突破

5、传统磨削的限制，生产率成倍提高，有些零 件的毛坯不需要经过粗加工，可直接磨削成为成品，这不仅提高了加工效率， 同时还提高了加工质量。如 SG磨料。它是一种新颖的陶瓷氧化铝磨料，以纯刚玉为原料，将其在水中与氧化镁之类媒介结合，产生块状胶凝物，干燥之 后形成脆性物体。再将其碾碎至所需粒度，在1300C到1400r到温度下烧结而成。其硬度大大高于普通氧化铝，且韧性好，因此可以在较高速度和较大 载荷条件下运转，金属磨除率比普通氧化铝高三倍以上。它最大的优点是磨 削区温度低，砂轮始终具有锋利的磨削刃，砂轮形状保持性好、时间长。立 方氮化硼磨削。它是一种坚硬而耐磨的磨料，并具有高的导热性和耐化学侵 蚀等优

6、异的性质。最新一代的磨料是以尖锐、高强和可用于无支撑切削为特 征的，这些特征可降低磨削加工过程中的磨削力，从而减少对工件的损伤。 实际上，对磨料合成条件控制得严格与否将会直接影响到磨粒的最终晶型和 包括强度、热稳定性和断裂特征在内的物理性质，从而影响到它的使用性能。 如De Beers公司生产的四种ABN产品，这四种产品每种都具有自己不同的特 性。ABN200是脆性的黑色磨料，主要用于陶瓷粘结磨削工具和金属包敷树脂 粘结的磨削工具。ABN300具有与ABN200相似的强度，但颜色为琥珀色，通常 应用于金属和环氧树脂粘结的磨削工具。ABN60C为黑色，是一种典型的具有 特定晶面的高强立方氧化硼磨

7、料，也是应用于金属和环氧树脂粘结的磨具。 ABN800则是最新一代的高强单晶立方氧化化硼材料。ABN800具有与ABN600相似的强度，但是，可以看到两者存在着显著的不同，前者具有尖锐棱角和 高热稳定性。 在磨削过程中，块状或圆的磨粒可考虑采用与工件呈较大的负 前角进行磨削。而对尖锐的多角状的粒子在多数情况下采用较大的正前角进 行磨削。因此，在磨削碳化物含量较高的钢（如某些高速钢）时，最好选择 具有负前角的磨料粒子。当加工更硬的强韧材料（如某些高速钢和表面硬化 钢）时，具有较大的正前角的尖锐多角状磨粒具有潜在的优势。缓进给磨削 中磨料特征的影响。在磨削过程中加在单个磨料粒子上载荷的种类与大小都

8、 将影响到磨粒的切削性能，进而影响到最佳磨料的选择。为说明这点，进行 了台下的试验：使用端头半径为0.5mmr90° V型陶瓷粘结砂轮磨削M2高速钢， 对两种ABN600和ABN800磨料进行测试，并对法向磨削力、功率和砂轮的磨 损进行监测。可以看到，ABN800法向磨削力较低。当进给量提高时，切削率 增加，磨削力也同时提高。但对于 ABN800砂轮，磨削力的提高相对较小。而 磨削功率随进给量的增加而提高的趋势与 ABN600基本相同。尽管对于ABN800 磨料制成的砂轮测出的磨削力和能量较低但曲率为0.5mm砂轮端面的磨损也同时减小。当进给量从而 200mm/min提高到300mm

9、/min时，三个参数增中的 相对百分比，即切削功率提高 50%。随着磨削条件的恶劣程度加剧，具有尖角 状特征的磨粒的优点表现得更为突出。镍铬钢是一种较难磨削的材料。针对 有尖锐棱角的磨料去屑率高的特点，用陶瓷粘结的砂轮对牌号为 718的镍铬 钢进行磨削试验。对两种高强磨料，ABN600和 ABN80C进行了如前的试验。可 以看到，与ABN600相比，在工作台速度为150mm/min和200mm/min时，ABN800 仍保持它的优点。当工作台速度进一步提高到300mm/min时，两种砂轮都表现出高的砂轮磨损速率。然而，试验结果表明，当使用尖锐磨料制成的砂轮 磨削同样的材料时，在150mm/mi

10、n和200mm/min的两种速度下，都可以得到 合理的砂轮寿命。使用树脂粘结的砂轮进行M2高速钢平面磨削试验。实验中， 用ABN600和 ABN80C两种磨料制成的小砂轮的尺寸为 125mM 6mm实验结果 表明，使用尖锐的磨料的砂轮寿命长，而磨削功率低。众所周知，磨削过程 中，在磨料和工件磨削面之间会产生瞬间界面高温。试验证明，与常用磨料 相比，立方氧化硼产生的界面磨削温度更低。其中关键原因是立方氧化硼砂 轮的比磨削能要比常用磨料的砂轮低。通过试验，可以看到，随着切削深度 的提高，立方氧化硼砂轮之所以具有低的磨削能，主要得益于立方氧化硼具 有高的热导率。综上所述，在不同材料和工艺条件的磨削中

11、，合理选用砂轮， 可降低磨削加工表面精度，提高磨削加工表面质量，能使磨削效率有成倍的 提高，取得低成本加工的效果，并且砂轮寿命长，修整频率低，金属磨除率 高，磨削力小冷却效果佳。诺顿砂轮介绍一、磨具磨料： 人类从新石器 时代开始，就采用天然磨石打磨用具。伴 随着蒸汽机的发明，磨具磨料开始 进入机械制造领域，并成为不可替代的工艺方法越来越大量使用，是获得高 精度产品的重要手段。缔属于圣戈班集团的 NORTON诺顿）品牌，创建于一 八八五年，是世界最早从事磨具磨料研究、生产的专业工厂，一百多年来倾 心为用户提供保证磨削质量，提高磨削效率、降低制造成本的优质产品，是 全球最大的磨具磨料制造商。在中国

12、五十年代出版的工具书中都可以见到该 品牌的介绍，从圣戈班NORTO在国内设厂生产后，是目前在中国大陆能买到 的最佳性价比的国外品牌。NORTO陶瓷结合剂产品介绍：1、磨料种类（1）刚玉类磨料： A 棕刚玉砂轮：适用于硬度较低的碳素钢、合金钢、可锻 铸铁工件的普通磨削，如外圆磨、平面磨和无心磨 , 也可用于切断、打磨等场 合。WA（38A） 白刚玉砂轮 : 用于硬度较高的合金钢、高速钢、淬火工件的普 通磨削，也多用于齿轮磨、螺纹磨、成型磨场合。AWA（ 19A）棕、白刚玉混合磨料：适用于硬度中等的碳素钢、合金钢工件 的普通磨削。既可保证工件的表面粗糙度，又具有一定有磨削效率。SA（32A）单晶刚

13、玉：适用于高速钢、奥氏体不锈钢、钛合金等高硬度、 高强度金属材料的磨削。ASA（23A）单晶刚玉和棕刚玉的混合磨料：适用于球墨铸铁、冷激铸铁类 材料的高效磨削，也用于轴承钢的普通磨削。PA （25A）铬刚玉，用于工具钢、不锈钢、淬火工件的内圆磨、工具磨、 仿型磨及高光洁度磨削。（2）碳化硅类磨料：GC（ 39C）绿色碳化硅C （ 37C）黑色碳化硅碳化 硅适用于铸铁、硬质合金、有色金属的磨削 , 也可用于玻璃、石材等非金属 材料的磨削。（3）SG磨料SG磨料是圣戈班开发的经特殊引晶凝胶系统烧结而成，带有革命性的新一代氧化铝磨料，具有硬度高，韧性好，锋利度强等优点。与普通 刚玉磨料相比，SG具有

14、磨耗比高，保形性强，工件表面加工质量好，砂轮修 整量小，磨削效率高等优越性。SG砂轮特别适用于航空航天用合金、工具钢、 淬火工件、硬铬、硬铸铁等的磨削。因 SG磨料价格较贵，通常SG可以根据 不同场合的磨削要求，以一定比例同白刚玉（或其它刚玉磨料）进行混合制 成砂轮，以达到磨削效果和砂轮成本的最佳组合。 2 、磨料粒度粒度是用来 表示磨料颗粒几何尺寸的大小。其选择 依据主要是加工工件所需的表面粗糙 度，同时也需要考虑其他一些因素（如磨削效率、村料特性等）。以外圆磨 为例，常用粒度与表面粗糙度有下面的大致关系：粒度3646546070 8090100 粗糙度 Ra1.6Ra0.8 Ra0.4 R

15、a0.2• 粗粒度的磨料适用于磨削 : 1）材质较软 , 延伸率大以及类似软铁和有色金属等材料。 2） 进给量大，磨削效率要求高的场合。 3） 表 面粗糙度要求不高的场合。 4） 磨削接触面大的场合。 • 细粒度的 磨料适用于磨削： 1 ） 硬度较高以及类似高碳工具钢，硬质合金一类的 金属材料和玻璃等脆性材料。 2 ） 表面粗糙度及精度要求高的场合。 3 ） 磨削接触面小的场合。 4 ） 工件半径或孤度小的场合。 3 、硬度 E F G H I J K L M N O P Q R 软 硬砂轮的硬度是指磨料 之间的结合度，砂轮中结合剂量的多少决定了砂轮的硬

16、度高低。用户需要根 据具体的磨削（如进刀量、粗糙度、材质）要求来灵活选择砂轮的硬度。一 般砂轮硬度选择的原则是： •较软的硬度 1 ）进刀量大的粗磨。 2 ） 磨削接触面大的场合。 3 ）材质较硬的工件，如高硬度工具钢和硬质合金等。 4）工件抗热性能差，严防表面烧伤。 •较硬的硬度 1 ）进刀量小的精 磨。 2 ）延长砂轮寿命。 3 ）材质较软的工件。 4 ）磨削接触面小或窄的场 合。 4 、组织号： 5 6 7 8 9 10 11 12 13 密 疏组织号用以表示砂轮内相邻的磨料颗粒之间的距离，也就是间隙的大小 。 砂轮中磨料颗粒所占的体积百分比，也就

17、是其浓度的大小，决定砂轮的组织 号，陶瓷砂轮组织号变化范围一般是从 5 到 13，数字越小表示砂轮组织越密， 数字越大表示砂轮组织越疏松。组织号 11，12 和 13 通常是指气孔砂轮。 5 、 结合剂： 结合剂是砂轮的关键组成之一，其功能是将磨料颗粒接固成一 体形成砂轮，以帮助其实现磨削功能。陶瓷结合剂一般是呈玻璃态的无机材 料。结合剂的选择主要取决于砂轮的工作速度，工件的加工方式及加工精度 的要求。圣戈班公司作为全球磨料磨具工业的先驱和领导者，积一百多年的 砂轮制造、应用的经验，研制开发了近百种不同性能的结合剂。6 、可供砂轮直径尺寸：30 1200mm 7可供线速度：35m/s 63m/

18、s 8、圣戈班目前需 进口购买的产品：NORTO磨具磨料产品：NORTO高速（树脂结合剂）砂轮，NORTO砂带，打磨砂片。WINTERS级磨具磨料：WINTER牌金刚石产品，立方氮化硼（CBN产品及其它金刚石钳工打磨抛光用具。Flexovit（富莱维特）切割片。CORZ磨具磨料UNICOM!具磨料9、产品订购要素： 订购表述：磨料 •粒度 •硬度 •组织号 • 结合剂 • 线速度 •形状•外径 • 厚度• 孔径 &a

19、mp;#8226; 数量例： WA 46 K 11 VBE 45m/s P 350401275 片常用形状代号：P（平形）、PDA单面凹）、PSX双斜边）、PDX单斜边）、B（杯 形）、PSA双面凹）10、可提供的配套服务：代用户选择推荐砂轮：用户告知磨削工件材料牌号、硬度、表面粗糙度要求，代用户推荐适用产品。 为用户提供磨削技术咨询、培训。磨削质量问题的产生来源于砂轮的选配， 机床的精度，操作者的方法与习惯，冷却液的效果与清洁度。我公司可向用 户奉献出我们多年来积累的经验。NORTO砂轮圣戈班NORTO砂轮美国 NORTO诺顿砂轮 规格参数及其使用用途砂轮粒度选择 20 22 24 30 3

20、6 40 46 54 60 70 80 90 100 120 150 180 220 280 320 400 磨料依次由粗到细 砂 轮粒度的选择是根据用户所需的光洁度而定的，一般粒度选择的原则是：粗 粒度砂轮适用于： 1 ） 材质较软，延伸率大以及类似软铁和有色金属等韧性 材料。 2 ） 进刀量大的场合 3 ） 表面粗糙度要求不高的场合 4 ） 磨削接触 面大的场合细粒度砂轮适用于： 1 ) 材质较硬，脆性较大的材料，如硬质工 具钢、玻璃等 2) 表面粗糙度要求高的场合 3) 磨削接触面小的场合 4) 工 件半径或孤度小的场合，如螺纹工具磨削 白刚玉砂轮 白刚玉：白色，刚玉的基本品种，条状结构

21、。强度高、耐磨，磨粒易碎裂， 棱角锋利，磨削能力强，效率高，发热量较小。但韧性偏低，磨削时易切入 工件， 其硬度略高于棕刚玉， 价格高于棕刚玉。 白刚玉砂轮可用于薄壁零件、 高速钢、合金钢、淬火钢工件的普通磨削，也可用于齿轮磨、螺纹及成型磨， 同时，也用于磨削轴承钢，汽车钢套等硬度较高的钢材，有人也称白砂轮。在砂轮行业中粗制白刚玉砂轮主要由以下方法制造，第一，根据客户需 要用粒度更粗砂粒制造的粗制白刚玉砂轮， 这种砂轮磨削速成度快， 工效高， 但光洁度低。还有一种方法制造粗制白刚玉砂轮是，在同等的条件下加大砂 粒之间的气孔率以达到加粗的目的，同样可使磨削效果提高，这样生产的粗 制白刚玉砂轮在实

22、际生产中应用也较为广泛。磨削加工中砂轮堵塞机理的研究 磨削加工是一种历史悠久、应用广泛的金属切削方法。在国内，目前主要应 用在传统刀具难以切削的硬质材料以及精度、 表面质量要求高的零件的加工。 随着大量新材料的出现和应用 以及科学技术发展所带来的对零件精度、 质量 的新要求，磨削加工应用的增长幅度远超过其他传统加工方法。在国外，磨 削加工已广泛地应用在毛坯直接加工，在很多方面取代了传统 的切削方法， 磨床的数量也达到机床总数的 60左右。磨削加工中，不仅磨粒的尺寸、形 状和分布对加工起着重要作用，往往在加工韧性金属时，出现砂轮的急剧堵 塞钝化，导致砂轮 寿命过早结束， 要避免砂轮堵塞钝化和由此

23、产生的不利影 响，研究砂轮的堵塞机理、过程十分有必要。一、磨屑的形成 磨削过程是一个复杂的多因素、多变量共同作用的过程，其目的是通过切除 一定量的工件材料获得较高表面质量和精度。砂轮是一个由磨料、结合剂经 压坯、干燥、烧结而成的疏松体 ，其中的单个磨粒就是一把微小的切削刃， 有很大的负前角和刃口钝圆半径。高速运动的磨粒经过滑擦、耕犁后切入工 件。切削层材料有明显的沿剪切面滑移后形成的短而薄的切屑， 这些磨屑在 磨削区内被加热到很高的温度(如中碳钢材料可达到1200K以上)，然后被氧 化和熔化，随后固化成微粒球体，在球体面上还有某些叉枝，这种球状磨屑 是一种主要磨屑形式 。磨削不锈钢 Cr20N

24、i24Si4Ti 时，通过扫描电子显微镜， 发现大量球状磨屑，当然还伴随着带状、节状磨屑以及灰烬，这些磨屑有不 少部分将会填充到砂轮气孔中， 依附在磨料的四周 ，引起砂轮的堵塞， 导致 磨削精度下降，烧伤工件，缩短砂轮寿命。二、砂轮堵塞的类型和机理砂轮堵塞的类型有嵌入型、依附型、粘着型、混合型。 嵌入型堵塞是磨屑嵌在砂轮工作表面气孔处的堵塞状态。依附型堵塞是磨粒 靠暂时的力量依附在磨粒切削刃的后刀面上的一种堵塞状况。粘着型堵塞是 指磨削熔化后粘附在磨粒凸出切削刃的四周或粘结剂上。混合型堵塞是以上 三种类型在某一微小部位的集合或层集。嵌入型和依附型堵塞的机理 嵌入型和依附型堵塞属于磨屑机械性地填

25、充在砂轮空隙中产生的堵塞现象。 填充的动力来自两个方面，一个是外来的，一个是内在的，涉及到物理、电、 热等方面的因素。外来因素：磨削加工有一个很重要的特点，径向磨削分力 Fy 大于切向分力Fz, Fy/Fz >210,工件材料愈硬，塑性愈小，Fy/Fz比值愈大，这样磨削 区的磨屑在强大的正压力作用下， 被机械地挤进砂轮表面的空隙里。 从微观 上分析，磨屑是沿磨粒前面滑出，磨粒前面的局部区域堆积着数层磨屑，在 磨粒的后面，由于砂轮高速旋转的作用，形成一个气流旋涡区，旋涡区的空 气压力显著减小，在负压作用下，使部分磨屑依附在磨粒的后面，形成磨粒 后刀面的依附性堵塞，依附物多数是灰烬和微粒。静

26、电场的作用：砂轮与工件的相对速度是 V砂远大于V工，普通磨床的V秒 =350m/s,我国高速磨床磨削速度的成熟数值为 5080/s，国外的试验速 度达200m/s250m/s,工件 的速度在1.5m/s以下。砂轮与工作相对运动时， 在磨削区内，砂轮与工件表面将会因电子逸出的原因出现按一定规律排布的 电荷。 同时，磨削区内的气体也会因高温作用导致被激放 电，使中性气体电 离成正离子和电子。在磨削区某些小区域内形成了由砂轮和工件组成的小电 场，在电场内，有中性原子、正离子、电子、杂质、粉尘，不仅有中性原子 被电离的过程 ，还有正离子与电子复合的过程。 在电场的作用下， 部分磨屑 将呈现极性，根据异性相吸原理，与砂轮极性相反的磨屑就被吸附在砂轮工 作表面。由于电场强度很小，所以吸附力也很弱，磨屑在砂轮表面是不牢靠 的，但借助于砂轮与工件之间较大的机械压力，使已吸附在砂轮表面的磨屑 能稳定地嵌入砂轮表面的空隙之间。粘着型堵塞的机理磨削过程中的绝大部分输入功率转化为磨削热，使磨削点温度高达1200K以上，在如此高温作用下，磨削首先遇空气迅速氧化，形成低熔点的金属氧化 物，接着这些金属氧化物在磨削 区高温加热呈融化状态，覆盖在砂轮