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磨具知识

  磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具,也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。
  
  磨具按其原料来源分,有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分,有砂轮、磨头、油石,砂瓦和涂附磨具五类。此外,习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。
  
  磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外,还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。
  
  磨具的主要特征包括磨料、粒度、硬度、组织和结合剂等五个因素。根据不同用途进行适当的选择可直接提高加工质量和生产效率。
  
  磨料:
  
  磨具使用的磨料主要有棕刚玉、白刚玉、黑碳化硅和绿碳化硅等。
  
  棕刚玉韧性高,适宜磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等抗张强度高的材料。白刚玉比棕刚玉有较高的硬度,切削性能较好,适于淬火钢、高碳钢、高速工具等材料的精磨工序。
  
  黑碳化硅硬度高,性脆而锋利,适于磨削、切割抗张强度低的材料,如:铸铁、玻璃、陶瓷、石料、耐火物等。
  
  绿碳化硅较黑硅化硅纯度高。适于磨削硬质合金、光学玻璃、宝石、玛瑙等硬脆材料。
  
  粒度:
  
  粒度的选择主要取决于对工件表面的加工精度和生产效率的要求。粗粒度及中等粒度的磨具适用于粗加工及半精加工,而细粒度磨具,则应用于精加工及超精加工。被磨削的物理机械性能也系决定粒度的因素,硬度低,延展性及韧性大的材料宜用粗粒度磨具加工,而硬度高性脆的材料宜用细粒度的磨具。
  
  组织:
  
  磨具的组织指组成磨具的磨料,结合剂和气孔三者的体积比例关系。磨料少、气孔率大称为松组织,反之为紧密组织。
  
  紧密组织的磨具,宜用于精磨,成型磨及加工留间小而表面光洁度要求高的工件。
  
  中等组织的磨具广泛用于一般留量工件的磨削工作。
  
  松组织的磨具适用于平面,内圆等接触面大的磨削加工及磨削膨胀敏感的工件及软质材料的工件。
  
  硬度:
  
  磨具表面的磨料被结合剂固定在一起的强度。或在外力作用下,脱落的难易程度,称为磨具的硬度。
  
  磨削工具简称为磨具.磨具有固结磨具、涂附磨具及超硬磨具三个大系列,各有特点,独立存在,各有所长,使用于世界各国国民经济之中。此处先对固结磨具作简要的介绍.
  
  1.固结磨具
  
  固结磨具是用磨料(磨削材料)与结合剂制成的具有一定形状和一定磨削能力的工具.
  
  固结磨具的标记示例:
  
  形状尺寸磨料粒度结合剂硬度组织 35M/S GB/T2485
  
  形状代号
  
  300×50×75磨料种类磨料粒度
  
  结合剂磨具硬度
  
  组织号最高工作速度磨具技术条件
  
  所在标准号
  
  除最高工作速度和磨具技术条件所在的标准号之外,其余各项为固结磨具的特征.固结磨具的磨料已在本文之(一)详细说明.磨料粒度是指磨料粗细大小,固结磨具的磨料采用下一系列标准,这7个特征均依据1998年全国磨料磨具标准化技术委员会编制由中国出版社出版的机械工业标准中每项规定.本篇除对固结磨具的硬度结合剂和组织三个特征加以叙述外,其余不再赘述.
  
  (1)硬度:
  
  此处的硬度是指固结磨具在外力作用下,结合剂与磨料结合的强度,根据粒度的粗细分别采用喷砂硬度计和洛氏硬度测定.硬度分超软(超软1、超软2)、软(软1、软2)、中软(中软1、中软2)、中(中1、中2)、中硬(中硬1、中硬2、中硬3)、硬(硬1、硬2)、超硬(超硬1、超硬2)等7个大级共15个小级.
  
  (2)结合剂:
  
  结合剂是指固结磨具中各类结合剂与磨料粘结的材料.固结磨具通常采用陶瓷、树脂、橡胶、菱苦土四大类别结合剂。这四类结合剂以陶瓷结合剂磨具的比例最大。陶瓷结合剂主要材料有粘土、长石、黄土、石英石等组成按不同磨料、不同用途及不同制法(浇注或压制)等不同的陶瓷结合剂.树脂结合剂主要是酚醛类型的树脂,分粉状树脂和液状树脂两大类,也是根据不同的制法和不同用途划分为各种不同树脂结合剂.橡胶结合剂目前采用人造丁苯胶、丁钠胶及液体橡胶三大类,根据制法的不同和用途的不同又划分为各种不同的橡胶粘结剂。菱苦土结合剂主要材料有氧化镁和氯化镁两种材料所组成,主要用于细粒度磨料作精细加工用途.
  
  各种结合剂的代号如下:
  
  结合剂名称结合剂代号
  
  陶瓷结合剂 V
  
  树脂结合剂 B
  
  橡胶结合剂 R
  
  菱苦土结合剂 Mg
  
  (3)组织:
  
  组织是指固结磨具中磨料所占有的体积,以重量%比表示.通常组织在磨具标志中不显示,而制造时设制配方时,自我控制以阿拉伯数字表示.即数字愈小,组织愈松,即固结磨具中磨料的比率愈少,反之数字愈大组织愈紧,所占的磨粒比率愈多.通常组织号从0-12共13个组织号.
  
  2、涂附磨具
  
  涂附磨具是指粘结剂把磨料粘附在可挠曲基材上的磨具,又称柔性磨具.
  
  涂附磨具具有九大特性:
  
  基材种类——基材处理——磨料种类——磨料的粒度——
  
  植砂密度——粘结剂种类——粘结强度——形状——尺寸
  
  砂带涂附磨具请参见本本文第三篇。
  
  3、超硬磨具
  
  超硬磨具是指用人造成金刚石或立方氮化硼超硬磨料所制成的磨具,系磨具另一大系列.
  
  超硬磨具具有如下几个特征与标记.
  
  浓度
  
  结合剂
  
  粒度
  
  磨料牌号
  
  磨粒层厚度
  
  孔径
  
  总厚度
  
  直径
  
  形状代号
  
  以上特征和标记均依照1998年全国磨料磨具标准化技术委员会编制由中国出版社出版的中国机械工业标准中每个标准的规定.
  
  关于浓度:与固结磨具的组织号大体相同,但在超硬磨具中标志中应标明.所谓浓度是指超硬磨具每cm3体积内所含超硬磨料的克数,以%数表示.
  
  浓度代号如下:
  
  代号磨料含量(g/cm3)浓度
  
  25 0.22 25%
  
  50 0.44 50%
  
  75 0.66 75%
  
  100 0.88 100%
  
  150 1.32 150%
  
  关于结合剂:是指超硬磨具所采用的结合剂类别.
  
  结合剂代号如下:
  
  结合剂结合剂代号
  
  树脂结合剂 B
  
  金属结合剂 M
  
  陶瓷结合剂 V
  
  涂附磨具是粘结剂将磨料粘结在布、纸等可挠性材料上而制成的可以进行研磨和抛光的工具。它与砂轮、砂瓦、油石、磨头、研磨膏一起,构成了磨具的六大品种。
  
  涂附磨具由三大部分组成:基体、磨料和粘结剂,又称三要素。从涂附磨具的剖面图能清楚地看到涂附磨具的结构。
  
  基体
  
  基体是磨料和粘结剂的承载体,它是涂附磨具有可挠性的主导因素。
  
  涂附磨具的基体主要有:布、纸、纤维和复合基体、无纺布等种类,基体在制造磨具之前,必须经过专门处理,必须经过专门处理,基体的性能与其本身的种类有关,而且还与被处理的方法有关。
  
  基体处理是通过基体处理剂来改善和提高基体的物理机械性能,满足涂胶植砂和磨削使用的工艺过程。
  
  一般基体处理可分为非耐水处理和耐水处理两大类,根据磨削条件不同,还可以对基体进行柔软处理、耐高渗处理、耐油处理及静电处理等。
  
  磨料
  
  磨料是起磨削作用的部分,常用的有刚玉、碳化硅、天然金刚砂等。磨料粒度及组成符合涂附磨具用磨料国标。
  
  植砂密度
  
  植砂密度对涂附磨具的质量和使用性能也是一个重要因素,它表示单位面积基体上磨料的疏密程度。
  
  粘结剂
  
  粘结剂将磨料与基体牢固地粘结一起,它可以为底胶、复胶和基体处理剂。
  
  涂附磨具作为研磨抛光工具,它的性能主要由下列因素来决定:基体、基体处理、磨料、粒度、植砂、密度、粘结剂、粘结强度、超涂层及形状尺寸等。
  
  显微硬度
  
  现在,磨料硬度多用显微硬度表示。显微硬度一种压入硬度,反映被测物体对抗另一硬物体压入能力。测量仪器显微硬度计,它实际上一台设有加负荷装置带有目镜测微器显微镜。测定之前,先要将待测磨料制成反光磨片试样,置于显微硬度计载物台上,通过加负荷装置对四棱锥形金刚石压头加压。负荷大小可根据待测材料硬度不同而增减。金刚石压头压入试样后,试样表面上产生一个凹坑。把显微镜十字丝对准凹坑,用目镜测微器测量凹坑对角线长度。根据所加负荷及凹坑对角线长度就可计算出所测物质显微硬度值。
  
  由于所用金刚石压头形状不同,显微硬度又分为维氏(Vickers)显微硬度努普(Knoop)显微硬度四种。
  
  维氏显微硬度用对象为130°金刚石四棱锥作压入头,其值按下式计算:
  
  HV=18.18 P
  
  d2
  
  品种维氏显微硬度/Mpa(kg/mm2)
  
  棕刚玉 19 600~21 600(2 000~2 200)
  
  白刚玉 21 600~2 600(2 200~2 300)
  
  铬刚玉 21 600~22 600(2 200~2 300)
  
  单晶刚玉 21 600~23 500(2 200~2 400)
  
  微晶刚玉 19 600~21 600(2 000~2 200)
  
  矾土烧结刚玉 16 700(1 700)
  
  锆刚玉 14 700(1 500)
  
  金刚石 78 500(8 000)
  
  碳化硼 49 000(5 000)
  
  碳化硅 30 400~3 330(3 100~3 400)
  
  石榴石 13 300(1360)
  
  石英 8 000(820)
  
  式:HV-维氏硬度,Mpa;
  
  P-荷重,kg;
  
  d-凹坑对角线长度,mm。
  
  努普硬度用对棱角为170°30′130°金刚石四棱锥作压入头,其值按下式计算:HK=139.54·P/L2。式:HK-努普硬度,Mpa;P-荷重,kg;L-凹坑对角线长度,mm。我国欧洲各国采用维氏硬度,美国则采用努普硬度。兆帕(MPa)显微硬度法定计量单位,而kg/mm2以前常用硬度计算单位。它们之间换算公式为1kg/mm2=9.80665Mpa。常用磨料显微硬度见下表。
  
  运输保管
  
  为避免磨具运输保管过程受损,必须注意:
  
  长途运输要用木箱或柳条筐条妥善包装,并用稻草锯末等软质物将磨具隔开,防止碰撞冲击。
  
  陶瓷磨具不能放潮湿或冰冻地方,橡胶磨具不可与油接触,树脂磨具有能与碱接触,否则会降低磨具强度及磨削力。
  
  磨具应存放干燥地方,室温不低于5摄氏度。
  
  磨具应按规格分开放置,存放处设有标志,以免出现混乱差错,放置方法应视磨削形状大小而定。直径大或较厚磨具应直立稍倾斜摆放,较薄较小砂轮应平叠摆放,但不宜过高,并其上其下各放一平整铁板,防止砂轮变形或破裂。
  
  有机磨具存放时间不宜超过一年。超期磨具,使用前应进行强度检验。经过改制后砂轮也应重新进行回转试验后方能使用。
  
  安装
  
  安装砂轮应注意以下几个方面:
  
  砂轮安装前,必须校对其安全速度。标志不清或无标志砂轮,必须重新经过回转试验。
  
  安装前,要用木槌轻敲砂轮。如发现有哑声,说明砂轮内可能有裂纹,不能使用。
  
  夹砂轮两边法兰盘,其形状、大小、必须相同。法兰盘直径为砂轮直径一半,内侧要求有凹槽。砂轮端面法兰盘之间,要垫上一块厚度约为1~2mm弹性纸板或皮草、耐油橡皮垫片,垫片直径略大于法兰盘外径。
  
  应依次对称地拧紧法兰盘螺钉,使夹紧力分布均匀。但用力不宜过大,以免压裂砂轮。
  
  砂轮安装好后,至少须经过一次静平衡才能安装到磨床上。
  
  磨削时安全操作
  
  磨削时应注意以下事项:
  
  开车前必须仔细检查各操作手柄或按钮否正确位置,磨床各种运动否正常。
  
  新砂轮使用前,要先空转5min。确认运转正常后,先将砂轮外圆及两端面修平整,然后连同法兰盘一起卸下,再进行一次静平衡。
  
  砂轮运转过程,操作者均不应站砂轮回转平面方向。
  
  磨削前要仔细检查被磨工件装夹否正确,紧固否可靠,特别应注意调整好挡块位置,并予以紧固,注意防止砂轮碰撞夹头,卡盘或顶尖座。
  
  磨削时,应工件砂轮都处正常运转状态下再进刀(进刀不得过猛);同样,必须退刀后才能停车。
  
  不能两人同时操作一台磨床。
  
  操作者不得靠磨床上,以免发生事故。
  
  工件尚运转时,不能进行测量,切忌用手触摸砂轮或用棉砂擦拭转动着工件。
  
  操作者应穿合身工作服,戴口罩,以免吸入灰尘磨削液雾珠。女工应戴工作帽,修整砂轮时应戴防护眼镜,以免碎屑飞入眼。
  
  停车前应先切断供液系统,并让砂轮空转1—2min,以甩掉砂轮吸附磨削液。
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