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(dá)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(yīng)有相應(yīng)的表面粗糙度。一般情況下,對(duì)尺寸要進(jìn)行有效的控制,則粗糙度Ra值應(yīng)不超過尺寸公差的八分之一,磨削表面粗糙度對(duì)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(duì)其有顯著影響,砂輪粒度越細(xì),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(hào)粒度的砂輪,精磨時(shí)應(yīng)選用150~240號(hào)粒度的砂輪,鏡面磨削時(shí)應(yīng)選用W10~W7粒度的樹脂石墨砂輪,可獲得較好的工件表面粗糙度。
近年來隨著新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用,高精度磨削技術(shù)的發(fā)展,使磨削尺寸達(dá)到0.1~0.3μm,表面粗糙度達(dá)到0.2~0.05μm,磨削表面變質(zhì)層和殘留應(yīng)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(jì)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(duì)于難加工材料的高效精加工,高效和強(qiáng)力磨削采用了CBN砂輪,使得強(qiáng)力磨突破傳統(tǒng)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媒介結(jié)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(jié)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(yùn)轉(zhuǎn),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(qū)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(zhǎng)。立方氮化硼磨削。它是一種堅(jiān)硬而耐磨的磨料,并具有高的導(dǎo)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(qiáng)和可用于無支撐切削為特征的,這些特征可降低磨削加工過程中的磨削力,從而減少對(duì)工件的損傷。
實(shí)際上,對(duì)磨料合成條件控制得嚴(yán)格與否將會(huì)直接影響到磨粒的最終晶型和包括強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和斷裂特征在內(nèi)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(jié)磨削工具和金屬包敷樹脂粘結(jié)的磨削工具。ABN300具有與ABN200相似的強(qiáng)度,但顏色為琥珀色,通常應(yīng)用于金屬和環(huán)氧樹脂粘結(jié)的磨削工具。ABN600為黑色,是一種典型的具有特定晶面的高強(qiáng)立方氧化硼磨料,也是應(yīng)用于金屬和環(huán)氧樹脂粘結(jié)的磨具。ABN800則是最新一代的高強(qiáng)單晶立方氧化化硼材料。ABN800具有與ABN600相似的強(qiáng)度,但是,可以看到兩者存在著顯著的不同,前者具有尖銳棱角和高熱穩(wěn)定性。
在磨削過程中,塊狀或圓的磨粒可考慮采用與工件呈較大的負(fù)前角進(jìn)行磨削。而對(duì)尖銳的多角狀的粒子在多數(shù)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(fù)前角的磨料粒子。當(dāng)加工更硬的強(qiáng)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(shì)。
緩進(jìn)給磨削中磨料特征的影響。在磨削過程中加在單個(gè)磨料粒子上載荷的種類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。為說明這點(diǎn),進(jìn)行了臺(tái)下的試驗(yàn):使用端頭半徑為0.5mmr90°V型陶瓷粘結(jié)砂輪磨削M2高速鋼,對(duì)兩種ABN600和ABN800磨料進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)法向磨削力、功率和砂輪的磨損進(jìn)行監(jiān)測(cè)??梢钥吹?,ABN800法向磨削力較低。當(dāng)進(jìn)給量提高時(shí),切削率增加,磨削力也同時(shí)提高。但對(duì)于ABN800砂輪,磨削力的提高相對(duì)較小。而磨削功率隨進(jìn)給量的增加而提高的趨勢(shì)與ABN600基本相同。盡管對(duì)于ABN800磨料制成的砂輪測(cè)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(dāng)進(jìn)給量從而200mm/min提高到300mm/min時(shí),三個(gè)參數(shù)增中的相對(duì)百分比,即切削功率提高50%。隨著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(xiàn)得更為突出。
鎳鉻鋼是一種較難磨削的材料。針對(duì)有尖銳棱角的磨料去屑率高的特點(diǎn),用陶瓷粘結(jié)的砂輪對(duì)牌號(hào)為718的鎳鉻鋼進(jìn)行磨削試驗(yàn)。對(duì)兩種高強(qiáng)磨料,ABN600和ABN800進(jìn)行了如前的試驗(yàn)??梢钥吹?,與ABN600相比,在工作臺(tái)速度為150mm/min和200mm/min時(shí),ABN800仍保持它的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)工作臺(tái)速度進(jìn)一步提高到300mm/min時(shí),兩種砂輪都表現(xiàn)出高的砂輪磨損速率。然而,試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)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。
使用樹脂粘結(jié)的砂輪進(jìn)行M2高速鋼平面磨削試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中,用ABN600和ABN800兩種磨料制成的小砂輪的尺寸為125mm×6mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用尖銳的磨料的砂輪壽命長(zhǎng),而磨削功率低。
眾所周知,磨削過程中,在磨料和工件磨削面之間會(huì)產(chǎn)生瞬間界面高溫。試驗(yàn)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。通過試驗(yàn),可以看到,隨著切削深度的提高,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(dǎo)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(zhǎng),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:
人類從新石器時(shí)代開始,就采用天然磨石打磨用具。伴隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明,磨具磨料開始進(jìn)入機(jī)械制造領(lǐng)域,并成為不可替代的工藝方法越來越大量使用,是獲得高精度產(chǎn)品的重要手段。締屬于圣戈班集團(tuán)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)的專業(yè)工廠,一百多年來傾心為用戶提供保證磨削質(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(guó)五十年代出版的工具書中都可以見到該品牌的介紹,從圣戈班NORTON在國(guó)內(nèi)設(shè)廠生產(chǎn)后,是目前在中國(guó)大陸能買到的最佳性價(jià)比的國(guó)外品牌。
NORTON陶瓷結(jié)合劑產(chǎn)品介紹:
1、磨料種類
(1)剛玉類磨料:
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(qiáng)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(nèi)圓磨、工具磨、仿型磨及高光潔度磨削。
(2)碳化硅類磨料:
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磨料是圣戈班開發(fā)的經(jīng)特殊引晶凝膠系統(tǒng)燒結(jié)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(qiáng)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(qiáng),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(jù)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(dá)到磨削效果和砂輪成本的最佳組合。
2、磨料粒度
粒度是用來表示磨料顆粒幾何尺寸的大小。其選擇 依據(jù)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(xì)粒度的磨料適用于磨削:
1)硬度較高以及類似高碳工具鋼,硬質(zhì)合金一類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(jié)合度,砂輪中結(jié)合劑量的多少?zèng)Q定了砂輪的硬度高低。用戶需要根據(jù)具體的磨削(如進(jìn)刀量、粗糙度、材質(zhì))要求來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(yán)防表面燒傷。
較硬的硬度
1)進(jìn)刀量小的精磨。
2)延長(zhǎng)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(hào):
5 6 7 8 9 10 11 12 13
密…………………………………疏
組織號(hào)用以表示砂輪內(nèi)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(hào),陶瓷砂輪組織號(hào)變化范圍一般是從5到13,數(shù)字越小表示砂輪組織越密,數(shù)字越大表示砂輪組織越疏松。組織號(hào)11,12和13通常是指氣孔砂輪。
5、結(jié)合劑:
結(jié)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(xiàn)磨削功能。陶瓷結(jié)合劑一般是呈玻璃態(tài)的無機(jī)材料。結(jié)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(qū)和領(lǐng)導(dǎo)者,積一百多年的砂輪制造、應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),研制開發(fā)了近百種不同性能的結(jié)合劑。
6、可供砂輪直徑尺寸:30―1200mm
7、可供線速度: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(hào);結(jié)合劑;線速度;形狀;外徑;厚度;孔徑;數(shù)量
例:WA 46 K 11 VBE 45m/s P 350 40 127 5片
常用形狀代號(hào):P(平形)、PDA(單面凹)、PSX(雙斜邊)、PDX(單斜邊)、B(杯形)、PSA(雙面凹)
美國(guó)NORTON 諾頓砂輪規(guī)格參數(shù)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(xì)
砂輪粒度的選擇是根據(jù)用戶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(xì)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