如何选择适合的砂轮：特性与选购

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：②砂轮的多孔性好，有利于散热和容纳磨屑，砂轮不易堵塞。②砂轮具有一定的弹性，可避免烧伤工件表面，同时还具有一定的抛光作用。③耐热温度为200℃左右，故当磨削温度增高时砂轮会快速损耗，失去正常的外形。砂轮硬度影响砂轮的自锐性。

1.砂轮的特性要素

砂轮的特性主要由以下七个要素衡量:磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状尺寸和最高工作速度。

(1)磨料在磨削中起切削作用的材料称为磨料，为砂轮的主要成分。磨料经压碎后即成为各种粗细不同的磨粒，具有锐利的刃口，因磨削时要承受强烈的挤压、摩擦和高温的作用，故磨料应具有极高的硬度和相当的韧性，并具有一定的强度、耐热性和化学稳定性。

磨料分天然磨料和人造磨料两大类。天然磨料含杂质多，且价格昂贵，故很少采用。目前制造的砂轮主要采用人造磨料。人造磨料分刚玉类、碳化硅类和超硬类三大类。

1)刚玉类磨料。刚玉类磨料的主要成分是氧化铝(Al₂O₃)。常用的有以下几种:

①棕刚玉(A)。它含杂质多，呈棕褐色。棕刚玉的硬度高，韧性较好，能承受较大的磨削压力，故适用于磨削碳素钢、合金钢和青铜等材料。棕刚玉价格便宜，应用较广泛。

②白刚玉(WA)。它含氧化铝的纯度极高，呈白色。白刚玉较棕刚玉硬而脆，磨粒相当锋利，不易磨钝，且磨钝的磨粒也容易破裂而形成新的锋利刃口。因此，白刚玉具有良好的切削性能和自锐性，适用于精磨各种淬硬钢、高速钢及容易变形的工件等。

③铬刚玉(PA)。它是在氧化铝中再加入氧化铬(Cr₂O₃)，呈玫瑰红色。其切削性能略高于白刚玉，在相同条件下，用铬刚玉磨出的工件表面粗糙度值更小，适合精磨各种淬硬钢件和表面粗糙度值要求较小的工件。

④微晶刚玉(MA)。其颜色和工作特性与棕刚玉相似，但具有更好的自锐性和韧性，适于磨削不锈钢、轴承钢、特种球墨铸铁等材料，也适于超精密磨削。

⑤单晶刚玉(SA)。它具有比其他刚玉类磨料更高的硬度、耐磨性和韧性，适于磨削韧性好的不锈钢、高钒高速钢和其他难加工材料，在超精密磨削中也有应用。

2)碳化硅类磨料。常用的有以下两种:

①绿碳化硅(GC)。它含碳化硅的纯度极高，呈绿色，且有美丽的金属光泽。绿碳化硅硬而脆，刃口锋利，适于磨削高硬度材料，如硬质合金、光学玻璃等。

②黑碳化硅(C)。它含杂质较多，呈黑色，有金属光泽，常用于磨削抗拉强度较低的材料，如铸铁、黄铜、青铜及其他非金属材料等。

3)超硬类磨料。常用的有以下两种:

①人造金刚石(MBD)。金刚石是目前已知物质中最硬的一种材料，其刃口非常锋利，切削性能优良，但价格昂贵。主要用于加工高硬度材料，如硬质合金和光学玻璃等。人造金刚石无色透明或呈淡黄、淡绿色。

②立方氮化硼(CBN)。它呈棕黑色，硬度略低于金刚石，具有极好的磨削性能，且热化学性能稳定，产生的磨削热也少。主要用于磨削高硬度、高韧性的难加工材料，如含铝、钒、钴较高的合金钢和不锈钢等材料，其磨削特种钢材的性能比金刚石还好。

(2)粒度粒度是表示磨粒尺寸大小的参数。根据国家标准(GB/T 2481.1—1998，GB/ T 2481.2—2009)的规定，当磨粒尺寸较大时，用筛选法分级，见表6-1。磨粒基本尺寸小于53μm的磨粒称为微粉，用光电沉降仪分级，见表6-2。

表6-1 磨料粒度

表6-2 磨料粒度(微粉)

1)筛网法。筛网法用于测定颗粒尺寸大于50μm的磨粒，粒度代号表示磨粒所能通过的筛网在每英寸(1in＝25.4mm)长度上所含的网眼数，又称英制法。这种方法表示的粒度号越大，磨粒就越细。

2)沉降法。尺寸很小的磨粒，呈微粉状，需用此方法测定。F系列微粉用F230～F2000共13个粒度号表示。

砂轮的粒度对工件表面粗糙度和磨削效率有很大的影响，磨削时要合理选择砂轮的粒度。

(3)结合剂结合剂是将磨粒粘固成砂轮的材料。结合剂的种类和性质也会影响砂轮的硬度和强度。

1)陶瓷结合剂(V)。陶瓷结合剂是应用最广泛的一种结合剂，它由天然花岗石和黏土配制而成。主要特点是:

①力学性能和化学性能稳定，耐热、耐腐蚀，能适应使用各种切削液的磨削。

②砂轮的多孔性好，有利于散热和容纳磨屑，砂轮不易堵塞。

③呈脆性，不能承受大的冲击力和侧面压力，易产生裂纹，不能制造薄片砂轮，砂轮的最高速度为35m/s。

④冰冻会产生裂纹。

2)树脂或其他热固性有机结合剂(B)。它是有机结合剂。主要特点是:

①有很高的强度，可制成薄片砂轮和最高工作速度高于50m/s的高速磨削砂轮，具有较好的自锐性，磨削效率高。

②砂轮具有一定的弹性，可避免烧伤工件表面，同时还具有一定的抛光作用。

③耐热温度为200℃左右，故当磨削温度增高时砂轮会快速损耗，失去正常的外形。

④化学性能不稳定，易受碱、油和水的侵蚀，在潮湿的环境中存放会降低砂轮的强度，故一般树脂砂轮的存放期不超过一年。

3)橡胶结合剂(R)。主要特点是:

①耐热温度低于150℃，耐湿性也较差，易于老化，存放期为两年。

②有较好的弹性，可制成薄片砂轮。

③不易烧伤工件，且有良好的抛光作用。

④砂轮的气孔小。

(4)硬度砂轮硬度是指结合剂粘结磨粒的牢固程度，也表示磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。磨粒不易脱落的砂轮称为硬砂轮；反之，称为软砂轮。

砂轮硬度影响砂轮的自锐性。国家标准GB/T 2484—2006规定的磨具硬度分级及其代号见表6-3。

表6-3 砂轮硬度等级

(5)组织组织是表示砂轮内部结构的松紧程度的参数，与磨粒、结合剂、气孔三者的体积比例有关，如图6-7所示。磨具组织可用数字标记，通常为0～14，数字越大，表示组织越疏松。

一般外圆、内圆、平面、无心磨削及刃磨磨具都采用中等组织的砂轮。

图6-7 砂轮的组织

a)疏松 b)中等 c)紧密

(6)形状和尺寸国家标准GB/T 4127.1～4127.16《固结磨具尺寸》和GB/T 2484—2006《固结磨具一般要求》，对砂轮的形状和尺寸都已进行标准化规定，故操作时可按机床规格及加工要求选择。

(7)最高工作速度砂轮高速旋转时，砂轮上任一部分都受到很大的离心力作用，如果砂轮没有足够的回转强度，砂轮就会爆裂而引起严重事故。因此，砂轮的最高工作速度，必须标注在砂轮上。按国家标准GB/T 2494—2003《普通磨具安全规则》中的磨具最高工作线速度规定，一般为35 m/s。砂轮制造厂按照国家标准GB/T 2493—1995《砂轮的回转试验方法》规定，对新砂轮以1.6倍最高工作速度(56 m/s)的速度，在回转试验机中试验，并在达到最高速度时维持0.5min。

2.砂轮的代号

根据国家标准GB/T 2484—2006的规定，砂轮各特性参数以代号形式表示，其书写顺序为:对应标准号、砂轮型号、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织、结合剂和最高工作速度。砂轮标志示例如下:砂轮GB/T41271-300×30×75-WA 60 L 6 V-35mm/s表示符合国家标准GB/ T4127的平形砂轮，外径为300mm，厚度为30mm，内径为75mm，白刚玉磨料，60号粒度，硬度为中软，6号组织，陶瓷结合剂，最高工作速度为35m/s。

3.砂轮特性选择的一般原则

(1)磨料的选择应按工件材料及其热处理方法来选择磨料。通常要使磨料的硬度大于工件材料的硬度，即磨料具有良好的切削性能。一般选择原则是:

1)工件材料为碳素结构钢或优质碳素结构钢时，可选用棕刚玉。

2)工件材料为淬火钢、低合金钢或合金结构钢、高速工具钢、铬轴承钢时，可选用白刚玉。

3)工件材料为硬质合金时，可选用人造金刚石或绿碳化硅。

4)工件材料为铸铁、黄铜时，可选用黑碳化硅。

5)刃磨高速工具钢及模具制造时，可选用立方氮化硼。

砂轮粒度的选择见表6-4。

表6-4 粒度的选择