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如何選擇砂輪?

發布:2012-11-14  閱讀:3444

 砂輪磨具是磨削加工不可缺少的一種工具,砂輪選擇合適與否,是影響磨削質量,磨削成本的重要條件。本公司生產一系列的平面磨床,需配置不同的砂輪來適應各種工件的平面加工。為方便用戶及本公司設計、工藝人員選擇,本文針對平面磨削中,常用不同工件材料的砂輪選擇進行匯總,以供大家使用參考(見附表)。
砂輪的種類很多,并有各種形狀和尺寸,由于砂輪的磨料、結合劑材料以及砂輪的制造工藝不同,各種砂輪就具有不同的工作性能。每一種砂輪根據其本身的特性,都有一定的適用范圍。因此,磨削加工時,必須根據具體情況(如所磨工件的材料性質、熱處理方法、工件形狀、尺寸及加工形式和技術要求等),選用合適的砂輪。否則會因砂輪選擇不當而直接影響加工精度、表面粗糙度及生產效率。下面列出砂輪選擇的基本原則以供參考。
一、    普通砂輪的選擇
1. 磨料的選擇     磨料選擇主要取決于工件材料及熱處理方法。
a.       磨抗張強度高的材料時,選用韌性大的磨料。
b.      磨硬度低,延伸率大的材料時,選用較脆的磨料。
c.       磨硬度高的材料時,選用硬度更高的磨料。
d.      選用不易被加工材料發生化學反應的磨料。
最常用的磨料是棕剛玉(A)和白剛玉(WA),其次是黑碳化硅(C)和綠碳化硅(GC),其余常用的還有鉻剛玉(PA)、單晶剛玉(SA)、微晶剛玉(MA)、鋯剛玉(ZA)。
棕剛玉砂輪:棕剛玉的硬度高,韌性大,適宜磨削抗拉強度較高的金屬,如碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等,這種磨料的磨削性能好,適應性廣,常用于切除較大余量的粗磨,價格便宜,可以廣泛使用。
白剛玉砂輪:白剛玉的硬度略高于棕剛玉,韌性則比棕剛玉低,在磨削時,磨粒容易碎裂,因此,磨削熱量小,適宜制造精磨淬火鋼、高碳鋼、高速鋼以及磨削薄壁零件用的砂輪,成本比棕剛玉高。
黑碳化硅砂輪:黑碳化硅性脆而鋒利,硬度比白剛玉高,適于磨削機械強度較低的材料,如鑄鐵、黃銅、鋁和耐火材料等。
綠碳化硅砂輪:綠碳化硅硬度脆性較黑碳化硅高,磨粒鋒利,導熱性好,適合于磨削硬質合金、光學玻璃、陶瓷等硬脆材料。
鉻剛玉砂輪:適于磨削刀具,量具、儀表,螺紋等表面加工質量要求高的工件。
單晶剛玉砂輪:適于磨削不銹鋼、高釩高速鋼等韌性大、硬度高的材料及易變形燒傷的工件。
微晶剛玉砂輪:適于磨削不銹鋼、軸承鋼和特種球墨鑄鐵等,用于成型磨,切入磨,鏡面磨削。
鋯剛玉砂輪:適于磨削奧氐體不銹鋼、鈦合金、耐熱合金,特別適于重負荷磨削。
2. 粒度的選擇     主要取決于被磨削工件的表面粗糙度和磨削效率。
粒度是指磨料的顆粒尺寸,其大小則用粒度號表示(見表1)。
用粗粒度砂輪磨削時,生產效率高,但磨出的工件表面較粗糙;用細粒度砂輪磨削時,磨出的工件表面粗糙度較好,而生產率較低。在滿足粗糙度要求的前提下,應盡量選用粗粒度的砂輪,以保證較高的磨削效率。一般粗磨時選用粗粒度砂輪,精磨時選用細粒度砂輪。
當砂輪和工件接觸面積較大時,要選用粒度粗一些的砂輪。例如,磨削相同的平面,用砂輪的端面磨削比用砂輪的周邊磨削選的粒度要粗些。
不同粒度的砂輪其適用范圍(見表2)。
3. 硬度的選擇     主要取決于被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面質量。
硬度是指砂輪在外力作用下磨粒脫落的難易程度,為了適應不同工件材料磨加工的要求,制造砂輪時分成不同硬度的等級(見表3)。
砂輪選得過硬,磨鈍的磨粒不易脫落,砂輪易堵塞,磨削熱增加,工件易燒傷,磨削效率低,影響工件表面質量;砂輪選得過軟,磨粒還在鋒利時就脫落,增加了砂輪損耗,易失去正確的幾何形狀,影響工件精度。所以砂輪硬度的選擇要適當,還應根據砂輪與工件接觸面積大小、工件形狀、磨削的方式、冷卻方式、砂輪的結合劑種類等因素來綜合考慮。
下列砂輪硬度選擇原則供參考:
a.     磨削軟材料時要選較硬的砂輪,磨削硬材料時則要選軟砂輪;
b.     磨削軟而韌性大的有色金屬時,硬度應選得軟一些;
c.     磨削導熱性差的材料應選較軟的砂輪;
d.     端面磨比圓周磨削時,砂輪硬度應選軟些;
e.     在同樣的磨削條件下,用樹脂結合劑砂輪比陶瓷結合劑砂輪的硬度要高1~2小級;
f.       砂輪旋轉速度高時,砂輪的硬度可選軟1~2小級;
g.     用冷卻液磨削要比干磨時的砂輪硬度高1~2小級。
4. 結合劑的選擇     應根據磨削方法,使用速度和表面加工要求等條件予以考慮。
最常用的砂輪結合劑有陶瓷結合劑(V)和樹脂結合劑(B)。
陶瓷結合劑是一種無機結合劑,化學性能穩定、耐熱、抗腐蝕性好,氣孔率大,這種結合劑制造的砂輪磨削效率高、磨耗小,能較好地保持砂輪的幾何形狀,應用范圍最廣。適于磨削普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、硬質合金、有色金屬等。但是,陶瓷結合劑砂輪脆性較大,不能受劇烈的振動。一般只能在35米/秒以內的速度下使用。
樹脂結合劑是一種有機結合劑,這種結合劑制造的砂輪強度高,具有一定的彈性,耐熱性低,自銳性好,制作簡便,工藝周期短??芍圃旃ぷ魉俣雀哂?0米/秒的砂輪和很薄的砂輪。它的應用范圍僅次于陶瓷結合劑,廣泛用于粗磨、荒磨、切斷和自由磨削,如磨鋼錠,鑄件打毛刺等??芍圃旄咚?、高光潔度砂輪,重負荷、切斷以及各種特殊要求的砂輪。
5. 組織的選擇     主要考慮工件所受的壓力、磨削方法、工件材質等。
組織是指砂輪中磨粒所占砂輪體積的百分比。砂輪組織等級的劃分是以62的磨粒體積百分數為“0”號組織,磨粒體積每減2,其組織增加一號,依此類推,共分15個號。號數越大,組織越松(見表4)。
組織緊密的砂輪能磨出較好的工件表面,組織疏松的砂輪,因空隙大,可以保證磨削過程中容納磨屑,避免砂輪堵塞。通常粗磨和磨削較軟金屬時,砂輪易堵塞,應選用疏松組織的砂輪;成型磨削和精密磨時,為保持砂輪的幾何形狀和得到較好的粗糙度,應選用較緊密組織的砂輪;磨削機床導軌和硬質合金工具時,為減少工件熱變形,避免燒傷裂紋,宜采用松組織的砂輪;磨削熱敏性大的材料、有色金屬、非金屬材料宜采用大于12#組織的砂輪。
6. 形狀和尺寸的選擇     應根據磨床條件和工件形狀來選擇。
常用砂輪形狀有平形砂輪(P)、單面凹砂輪(PDA)、雙面凹砂輪(PSA)、薄片砂輪(PB)、筒形砂輪(N)、碗形砂輪(BW)、碟形一號砂輪(D1)等。
每種磨床所能使用的砂輪形狀和尺寸都有一定的范圍。在可能的條件下,砂輪的外徑應盡可能選得大一些,以提高砂輪的線速度,獲得較高的生產率和工件表面質量,砂輪寬度增加也可以獲得同樣的效果。
現國標砂輪書寫順序:砂輪代號、尺寸(外徑×厚度×孔徑)、磨粒、粒度、硬度、組織、結合劑、最高工作線速度。
例示:P 400×150×203 A60 L 5 B 35
二、    金剛石砂輪的選擇
金剛石砂輪比用碳化硼、碳化硅、剛玉等一般磨粒制成的砂輪刃角鋒利、磨耗小、壽命長、生產率高、加工質量好,但價格昂貴,因而適用于精磨硬質合金、陶瓷、半導體等高硬度脆性難加工材料。
金剛石砂輪的特征包括磨料種類、粒度、硬度、濃度、結合劑、砂輪形狀與尺寸。
磨料:廣泛使用人造金剛石(JR),根據它的結晶形狀和顆粒強度,分各種型號,按其特定用途選型號。
粒度:要以工件粗糙度、磨削生產率和金剛石的消耗三個方面綜合考慮。
硬度:只有樹脂結合劑金剛石砂輪才有“硬度”這一特性。一般采用S(Y1)級或更高。
結合劑:常用的結合劑有四種,其結合能力和耐磨性以樹脂、陶瓷、青銅、電鍍金屬為序,依次漸強。樹脂結合劑金剛石砂輪磨削效率高,被加工工件粗糙度好,適用范圍廣,自銳性好,不易堵塞,發熱量小,易修整,主要用于精磨工序。陶瓷結合劑金剛石砂輪主要用于各種非金屬硬脆材料、硬質合金、超硬材料等的磨削。
濃度:濃度選擇要根據使用砂輪的粒度、結合劑、形狀、加工方法、生產效率及砂輪壽命的要求而定。高濃度金剛石砂輪保持砂輪形狀的能力強,低濃度砂輪磨削時,金剛石的消耗往往更低些,應根據需要酌情選取。
形狀和尺寸:按工件的形狀、尺寸和機床條件選用。
三、    立方氮化硼(CBN)砂輪的選擇
立方氮化硼(CBN)砂輪的立方氮化硼顆粒粘在普通砂輪表面只有很薄一層,其磨粒韌性、硬度、耐用度是剛玉類砂輪的100倍,最適于加工硬度高、粘性大、高溫強度高、熱傳導率低的難磨鋼材及高速或超高速磨削。其應用范圍與人造金剛石起著互相補充的作用。金剛石砂輪在磨削硬質合金和非金屬材料時,具有獨特的效果,但在磨削鋼料時,尤其是磨削特種鋼時,效果不顯著。立方氮化硼砂輪磨削鋼件的效率比剛玉類砂輪要高近百倍,比金剛石砂輪高五倍,但磨削脆性材料不及金剛石。
立方氮化硼砂輪的選擇和金剛石砂輪的選擇相類似。但在結合劑選用上,大部分是樹脂結合劑,次之是電鍍,金屬結合劑。陶瓷結合劑CBN砂輪主要用于鈦合金、高速鋼、可鍛鑄鐵等難加工的黑色金屬的磨削,樹脂結合劑CBN砂輪適用于磨削鐵磁性材料,是加工鋼材的理想選擇。CBN砂輪濃度一般在100~150間選用較經濟合理,它不能用普通切削液,需特殊的切削液。
四、    大氣孔砂輪的選擇
大氣孔砂輪在磨削時具有不易被堵塞、耐用度高和切削能力強等優點。適用于軟金屬和塑料、橡皮和皮革等非金屬材料的粗、精磨。同時,它具有散熱快的特點,所以在磨削一些熱敏性大的材料、薄壁工件和干磨工序中(例如刃磨硬質合金刀具和機床導軌等)有良好的效果。
大氣孔砂輪和一般陶瓷結合劑砂輪的制造方法基本一樣。不同點是在配料中外加一定量的增孔劑,它在砂輪燒結前完全揮發或被燒燼,從而產生大氣孔。
大氣孔砂輪生產范圍是:磨料一般選擇碳化物和剛玉等,如常用的有黑碳化硅(C)、綠碳化硅(GC)和白剛玉(WA)等幾種,這些磨料的硬度高、性脆而鋒利,具有良好的導熱和導電性能;磨料粒度(36#~180#);結合劑(陶瓷結合劑);硬度(G~M各級);形狀(平形、杯形、碗形或碟形等);氣孔尺寸(約0.7~1.4毫米)。
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