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砂輪應用技術(shù)

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砂輪選擇在磨削中的重要性   磨削加工一般作為工件加工的終工序, 其任務(wù)就是要保證產(chǎn)品零件能達到圖紙上所要求的精度和表面質(zhì)量。磨削表面粗糙度與零件精度有密切關(guān)系,一定的精度應有相應的表面粗糙度。一般情況下,對尺寸要進(jìn)行有效的控制,則粗糙度Ra值應不超過(guò)尺寸公差的八分之一,磨削表面粗糙度對零件使用性能的影響是:表面粗糙度值越小,則零件的耐磨性,耐蝕性,耐疲勞性越好。反之則相反。因此,在磨削加工中,必須注意降低表面粗糙度。影響磨削加工表面粗糙度的主要工藝因素中砂輪粒度對其有顯著(zhù)影響,砂輪粒度越細,同時(shí)參與磨削的磨粒就越多,則磨削表面粗糙度就越低。一般磨削時(shí)取46~80號粒度的砂輪,精磨時(shí)應選用150~240號粒度的砂輪,鏡面磨削時(shí)應選用W10~W7粒度的樹(shù)脂石墨砂輪,可獲得較好的工件表面粗糙度。
  近年來(lái)隨著(zhù)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應用,高精度磨削技術(shù)的發(fā)展,使磨削尺寸達到0.1~0.3μm,表面粗糙度達到0.2~0.05μm,磨削表面變質(zhì)層和殘留應力均甚小,明顯提高的加工質(zhì)量。成形磨削,特別是高精度的成形磨削,經(jīng)常是生活中的關(guān)鍵問(wèn)題。成形磨削有兩個(gè)難題:一是砂輪質(zhì)量,主要是砂輪必須同時(shí)具有良好的自礪性和形廓保持性,而這二者往往是有矛盾的。二是砂輪修整技術(shù),即高效、經(jīng)濟的獲得所要求的砂輪形廓和銳度。因而為了提高磨削的效率和精度,特別是對于難加工材料的高效精加工,高效和強力磨削采用了CBN砂輪,使得強力磨突破傳統磨削的限制,生產(chǎn)率成倍提高,有些零件的毛坯不需要經(jīng)過(guò)粗加工,可直接磨削成為成品,這不僅提高了加工效率,同時(shí)還提高了加工質(zhì)量。如SG磨料。它是一種新穎的陶瓷氧化鋁磨料,以純剛玉為原料,將其在水中與氧化鎂之類(lèi)媒介結合,產(chǎn)生塊狀膠凝物,干燥之后形成脆性物體。再將其碾碎至所需粒度,在1300℃到1400℃到溫度下燒結而成。其硬度大大高于普通氧化鋁,且韌性好,因此可以在較高速度和較大載荷條件下運轉,金屬磨除率比普通氧化鋁高三倍以上。它最大的優(yōu)點(diǎn)是磨削區溫度低,砂輪始終具有鋒利的磨削刃,砂輪形狀保持性好、時(shí)間長(cháng)。立方氮化硼磨削。它是一種堅硬而耐磨的磨料,并具有高的導熱性和耐化學(xué)侵蝕等優(yōu)異的性質(zhì)。最新一代的磨料是以尖銳、高強和可用于無(wú)支撐切削為特征的,這些特征可降低磨削加工過(guò)程中的磨削力,從而減少對工件的損傷。
  實(shí)際上,對磨料合成條件控制得嚴格與否將會(huì )直接影響到磨粒的最終晶型和包括強度、熱穩定性和斷裂特征在內的物理性質(zhì),從而影響到它的使用性能。如De Beers公司生產(chǎn)的四種ABN產(chǎn)品,這四種產(chǎn)品每種都具有自己不同的特性。ABN200是脆性的黑色磨料,主要用于陶瓷粘結磨削工具和金屬包敷樹(shù)脂粘結的磨削工具。ABN300具有與ABN200相似的強度,但顏色為琥珀色,通常應用于金屬和環(huán)氧樹(shù)脂粘結的磨削工具。ABN600為黑色,是一種典型的具有特定晶面的高強立方氧化硼磨料,也是應用于金屬和環(huán)氧樹(shù)脂粘結的磨具。ABN800則是最新一代的高強單晶立方氧化化硼材料。ABN800具有與ABN600相似的強度,但是,可以看到兩者存在著(zhù)顯著(zhù)的不同,前者具有尖銳棱角和高熱穩定性。
在磨削過(guò)程中,塊狀或圓的磨??煽紤]采用與工件呈較大的負前角進(jìn)行磨削。而對尖銳的多角狀的粒子在多數情況下采用較大的正前角進(jìn)行磨削。因此,在磨削碳化物含量較高的鋼(如某些高速鋼)時(shí),最好選擇具有負前角的磨料粒子。當加工更硬的強韌材料(如某些高速鋼和表面硬化鋼)時(shí),具有較大的正前角的尖銳多角狀磨粒具有潛在的優(yōu)勢。
  緩進(jìn)給磨削中磨料特征的影響。在磨削過(guò)程中加在單個(gè)磨料粒子上載荷的種類(lèi)與大小都將影響到磨粒的切削性能,進(jìn)而影響到最佳磨料的選擇。為說(shuō)明這點(diǎn),進(jìn)行了臺下的試驗:使用端頭半徑為0.5mmr90°V型陶瓷粘結砂輪磨削M2高速鋼,對兩種ABN600和ABN800磨料進(jìn)行測試,并對法向磨削力、功率和砂輪的磨損進(jìn)行監測??梢钥吹?,ABN800法向磨削力較低。當進(jìn)給量提高時(shí),切削率增加,磨削力也同時(shí)提高。但對于A(yíng)BN800砂輪,磨削力的提高相對較小。而磨削功率隨進(jìn)給量的增加而提高的趨勢與ABN600基本相同。盡管對于A(yíng)BN800磨料制成的砂輪測出的磨削力和能量較低但曲率為0.5mm砂輪端面的磨損也同時(shí)減小。當進(jìn)給量從而200mm/min提高到300mm/min時(shí),三個(gè)參數增中的相對百分比,即切削功率提高50%。隨著(zhù)磨削條件的惡劣程度加劇,具有尖角狀特征的磨粒的優(yōu)點(diǎn)表現得更為突出。
  鎳鉻鋼是一種較難磨削的材料。針對有尖銳棱角的磨料去屑率高的特點(diǎn),用陶瓷粘結的砂輪對牌號為718的鎳鉻鋼進(jìn)行磨削試驗。對兩種高強磨料,ABN600和ABN800進(jìn)行了如前的試驗??梢钥吹?,與ABN600相比,在工作臺速度為150mm/min和200mm/min時(shí),ABN800仍保持它的優(yōu)點(diǎn)。當工作臺速度進(jìn)一步提高到300mm/min時(shí),兩種砂輪都表現出高的砂輪磨損速率。然而,試驗結果表明,當使用尖銳磨料制成的砂輪磨削同樣的材料時(shí),在150mm/min和200mm/min的兩種速度下,都可以得到合理的砂輪壽命。
  使用樹(shù)脂粘結的砂輪進(jìn)行M2高速鋼平面磨削試驗。實(shí)驗中,用ABN600和ABN800兩種磨料制成的小砂輪的尺寸為125mm×6mm。實(shí)驗結果表明,使用尖銳的磨料的砂輪壽命長(cháng),而磨削功率低。
  眾所周知,磨削過(guò)程中,在磨料和工件磨削面之間會(huì )產(chǎn)生瞬間界面高溫。試驗證明,與常用磨料相比,立方氧化硼產(chǎn)生的界面磨削溫度更低。其中關(guān)鍵原因是立方氧化硼砂輪的比磨削能要比常用磨料的砂輪低。通過(guò)試驗,可以看到,隨著(zhù)切削深度的提高,立方氧化硼砂輪之所以具有低的磨削能,主要得益于立方氧化硼具有高的熱導率。
  綜上所述,在不同材料和工藝條件的磨削中,合理選用砂輪,可降低磨削加工表面精度,提高磨削加工表面質(zhì)量,能使磨削效率有成倍的提高,取得低成本加工的效果,并且砂輪壽命長(cháng),修整頻率低,金屬磨除率高,磨削力小冷卻效果佳。
諾頓砂輪介紹
一、磨具磨料:
  人類(lèi)從新石器時(shí)代開(kāi)始,就采用天然磨石打磨用具。伴隨著(zhù)蒸汽機的發(fā)明,磨具磨料開(kāi)始進(jìn)入機械制造領(lǐng)域,并成為不可替代的工藝方法越來(lái)越大量使用,是獲得高精度產(chǎn)品的重要手段。締屬于圣戈班集團的NORTON(諾頓)品牌,創(chuàng )建于一八八五年,是世界最早從事磨具磨料研究、生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)工廠(chǎng),一百多年來(lái)傾心為用戶(hù)提供保證磨削質(zhì)量,提高磨削效率、降低制造成本的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,是全球最大的磨具磨料制造商。在中國五十年代出版的工具書(shū)中都可以見(jiàn)到該品牌的介紹,從圣戈班NORTON在國內設廠(chǎng)生產(chǎn)后,是目前在中國大陸能買(mǎi)到的最佳性?xún)r(jià)比的國外品牌。
NORTON陶瓷結合劑產(chǎn)品介紹:
1、磨料種類(lèi)
 (1)剛玉類(lèi)磨料:
  A棕剛玉砂輪:適用于硬度較低的碳素鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵工件的普通磨削,如外圓磨、平面磨和無(wú)心磨,也可用于切斷、打磨等場(chǎng)合。
  WA(38A)―白剛玉砂輪: 用于硬度較高的合金鋼、高速鋼、淬火工件的普通磨削,也多用于齒輪磨、螺紋磨、成型磨場(chǎng)合。
  AWA(19A)―棕、白剛玉混合磨料:適用于硬度中等的碳素鋼、合金鋼工件的普通磨削。既可保證工件的表面粗糙度,又具有一定有磨削效率。
  SA(32A)―單晶剛玉:適用于高速鋼、奧氏體不銹鋼、鈦合金等高硬度、高強度金屬材料的磨削。
  ASA(23A)―單晶剛玉和棕剛玉的混合磨料:適用于球墨鑄鐵、冷激鑄鐵類(lèi)材料的高效磨削,也用于軸承鋼的普通磨削。
  PA(25A)―鉻剛玉,用于工具鋼、不銹鋼、淬火工件的內圓磨、工具磨、仿型磨及高光潔度磨削。
(2)碳化硅類(lèi)磨料:
  GC(39C)―綠色碳化硅
  C (37C)―黑色碳化硅
  碳化硅適用于鑄鐵、硬質(zhì)合金、有色金屬的磨削, 也可用于玻璃、石材等非金屬材料的磨削。
(3)SG磨料
  SG磨料是圣戈班開(kāi)發(fā)的經(jīng)特殊引晶凝膠系統燒結而成,帶有革命性的新一代氧化鋁磨料,具有硬度高,韌性好,鋒利度強等優(yōu)點(diǎn)。與普通剛玉磨料相比,SG具有磨耗比高,保形性強,工件表面加工質(zhì)量好,砂輪修整量小,磨削效率高等優(yōu)越性。SG砂輪特別適用于航空航天用合金、工具鋼、淬火工件、硬鉻、硬鑄鐵等 的磨削。因SG磨料價(jià)格較貴,通常SG可以根據不同場(chǎng)合的磨削要求,以一定比例同白剛玉(或其它剛玉磨料)進(jìn)行混合制成砂輪,以達到磨削效果和砂輪成本的最佳組合。
2、磨料粒度
  粒度是用來(lái)表示磨料顆粒幾何尺寸的大小。其選擇 依據主要是加工工件所需的表面粗糙度,同時(shí)也需要考慮其他一些因素(如磨削效率、村料特性等)。以外圓磨為例,常用粒度與表面粗糙度有下面的大致關(guān)系:
  粒度  36-46  54-60  70-80  90-100
  粗糙度 Ra1.6   Ra0.8   Ra0.4   Ra0.2
  粗粒度的磨料適用于磨削:
1)材質(zhì)較軟,延伸率大以及類(lèi)似軟鐵和有色金屬等材料。
2)進(jìn)給量大,磨削效率要求高的場(chǎng)合。
3)表面粗糙度要求不高的場(chǎng)合。

4)磨削接觸面大的場(chǎng)合。
細粒度的磨料適用于磨削:
1)硬度較高以及類(lèi)似高碳工具鋼,硬質(zhì)合金一類(lèi)的金屬材料和玻璃等脆性材料。
2)表面粗糙度及精度要求高的場(chǎng)合。
3)磨削接觸面小的場(chǎng)合。
4)工件半徑或孤度小的場(chǎng)合。
3、硬度
  E   F   G   H   I   J   K   L   M   N   O   P   Q   R
  軟……………………………………………硬
  砂輪的硬度是指磨料之間的結合度,砂輪中結合劑量的多少決定了砂輪的硬度高低。用戶(hù)需要根據具體的磨削(如進(jìn)刀量、粗糙度、材質(zhì))要求來(lái)靈活選擇砂輪的硬度。
一般砂輪硬度選擇的原則是:
較軟的硬度
1)進(jìn)刀量大的粗磨。
2)磨削接觸面大的場(chǎng)合。
3)材質(zhì)較硬的工件,如高硬度工具鋼和硬質(zhì)合金等。
4)工件抗熱性能差,嚴防表面燒傷。
較硬的硬度
1)進(jìn)刀量小的精磨。
2)延長(cháng)砂輪壽命。
3)材質(zhì)較軟的工件。
4)磨削接觸面小或窄的場(chǎng)合。
4、組織號:
5 6 7     8 9 10 11 12 13
密…………………………………疏
組織號用以表示砂輪內相鄰的磨料顆粒之間的距離,也就是間隙的大小 。砂輪中磨料顆粒所占的體積百分比,也就是其濃度的大小,決定砂輪的組織號,陶瓷砂輪組織號變化范圍一般是從5到13,數字越小表示砂輪組織越密,數字越大表示砂輪組織越疏松。組織號11,12和13通常是指氣孔砂輪。
5、結合劑:
  結合劑是砂輪的關(guān)鍵組成之一,其功能是將磨料顆粒接固成一體形成砂輪,以幫助其實(shí)現磨削功能。陶瓷結合劑一般是呈玻璃態(tài)的無(wú)機材料。結合劑的選擇主要取決于砂輪的工作速度,工件的加工方式及加工精度的要求。圣戈班公司作為全球磨料磨具工業(yè)的先驅和領(lǐng)導者,積一百多年的砂輪制造、應用的經(jīng)驗,研制開(kāi)發(fā)了近百種不同性能的結合劑。
6、可供砂輪直徑尺寸:30―1200mm
7、可供線(xiàn)速度:35m/s―63m/s
9、產(chǎn)品訂購要素:
  訂購表述:磨料;粒度&;硬度;組織號;結合劑;線(xiàn)速度;形狀;外徑;厚度;孔徑;數量
例:WA 46   K 11 VBE 45m/s P 350  40   127   5片
常用形狀代號:P(平形)、PDA(單面凹)、PSX(雙斜邊)、PDX(單斜邊)、B(杯形)、PSA(雙面凹)
美國NORTON 諾頓砂輪規格參數及其使用用途
砂輪粒度選擇
20 22 24 30 36 40 46 54 60 70 80 90 100 120 150 180 220 280 320 400
磨料依次由粗到細
砂輪粒度的選擇是根據用戶(hù)所需的光潔度而定的,一般粒度選擇的原則是:
粗粒度砂輪適用于:
1) 材質(zhì)較軟,延伸率大以及類(lèi)似軟鐵和有色金屬等韌性材料。
2) 進(jìn)刀量大的場(chǎng)合
3) 表面粗糙度要求不高的場(chǎng)合
4) 磨削接觸面大的場(chǎng)合
細粒度砂輪適用于:
1) 材質(zhì)較硬,脆性較大的材料,如硬質(zhì)工具鋼、玻璃等
2) 表面粗糙度要求高的場(chǎng)合
3) 磨削接觸面小的場(chǎng)合
4) 工件半徑或孤度小的場(chǎng)合,如螺紋工具磨削