砂轮.docx

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砂轮

第三章砂轮

第一节常用砂轮的基本知识

一、砂轮的特性

砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、粘结剂、组织、强度、形状及尺寸等。

1.磨料及其选择原则

磨料是砂轮的基本材料，在磨削时主要起切削的作用。

磨料硬度是指磨料这种物质本身所具有的硬度。

磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。

天然磨料包括：

石英、石榴石、天然刚玉及天然金刚石等。

人造磨料包括：

刚玉系和碳化物系等普通磨料；人造金刚石、立方碳化硼等超硬磨料；以及硬度较低的的磨料氧化铬、氧化铁、玻璃粉等。

磨具，系指用结合剂或粘结剂将磨料按一定要求粘结而成的砂轮、油石、砂纸、砂带等以及用油料、水剂调合而成的研磨膏等用于磨削的工具。

现代磨具制造业主要选用人造磨料来制造磨具。

普通磨料的固结磨具（本书表述的是砂轮），由磨粒、结合剂和空隙三部分组成。

磨粒以其裸露在表面部分的棱角作为切削刃；结合剂将磨粒粘结在一起，经加压与熔烧使之具有一定的形状和强度；空隙则在磨削中起容纳切屑、磨削液和散逸磨削热的作用。

磨料、粘结剂和空隙构成砂轮结构的三要素。

普通磨料的品种、代号、特征及其应用范围：

表4-3-1普通磨料品种、代号及其应用范围

系类

名称

代号

特征

应用范围

刚玉系

棕刚玉

A（GZ）

呈棕褐色，硬度较高，韧性较大，价格相对较低

适于磨削抗拉强度较高的金属材料，如碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等

白刚玉

WA（GB）

呈白色，硬度比棕刚玉高，韧性较棕刚玉低，易破碎，棱角锋利

适于磨削淬火钢、合金钢、高碳钢、高速钢以及加工螺纹及薄壁件等

单晶刚玉

SA（GD）

呈淡黄或白色，单颗粒球状晶体，强度与韧性均比棕、白刚玉高，具有良好的多棱多角的切削刃，切削能力较强

适于磨削不锈钢、高钒钢、高速钢等高硬、高韧性材料及易变形、烧伤的工件，也适于高速磨削合低粗糙度磨削

微晶刚玉

MA（GW）

呈棕黑色，磨料由许多微小晶体组成，韧性大，强度高，工作时呈微刃破碎，自锐性能好

适于磨削不锈钢、轴承钢、特种球墨铸铁等较难磨材料，也适于成形磨、切入磨、高速磨及镜面磨等精加工

铬刚玉

PA（GG）

呈玫瑰红或紫红色，韧性高于白刚玉，效率高，加工后表面粗糙度较低

适于刀具、量具、仪表、螺纹等低粗糙度表面的磨削

锆刚玉

ZA（GA）

呈灰褐色，具有较高的韧性合耐磨性，是Al2O3的复合氧化物

适用于对耐热合金钢、钛合金及奥氏体不锈钢等难磨材料的磨削合重负荷磨削

黑刚玉

BA（GH）

呈黑色，又名人造金刚砂，硬度低，但韧性好，自锐性、亲水性能好，价格较低

多用于研磨与抛光，并可用来制做树脂砂轮及砂布、砂纸等

碳化物系

黑色

碳化硅

C（TH）

呈黑色，有光泽，硬度高，但性脆，导热性能好，棱角锋利，自锐性优于刚玉

适于磨削铸铁、黄铜、铅、锌等抗张强度较低的金属材料，也适于加工各类非金属材料，如橡胶、塑料、矿石、耐火材料及热敏性材料的干磨等，也可用于珠宝、玉器的自由磨粒研磨等

绿色

碳化硅

GC（TL）

呈绿色，硬度和脆性均较黑色碳化硅高，导热性好，棱角锋利，自锐性能好

主要用于硬质合金刀具和工件、螺纹合其它工具的精磨，适于加工宝石、玉石、钟表宝石轴承及贵重金属、半导体的切割、磨削和自由磨粒的研磨等

立方

碳化硼

SC（TF）

呈黄绿色，晶体呈立方体，强度高于黑碳化硅，脆性高于绿碳化硅，棱角锋利

适于磨削韧而粘的材料，如不锈钢、轴承钢等，尤适于微型轴承的沟槽的超精加工等

铈碳化硅

CC（TS）

呈暗绿色，硬度比绿碳化硅略高，韧性较大，工件不易烧伤

适于加工硬质合金、钛合金以及超硬高速钢等材料

碳化硼

BC（TP）

呈灰黑色，在普通磨料中硬度最高，磨粒棱角锋利，自锐性好

适于硬质合金、宝石及玉石等材料的研磨与抛光

磨料选择注意事项

●须考虑被加工材料的性质。

抗张强度较高的材料，应选用韧性大的磨料；硬度低、延伸率大的材料，应选用较脆的磨料；对高硬材料则应选择硬度较高的磨料。

●须注意选用不易与工件材料产生化学反应的磨料，以减少磨具的消耗。

●磨料在加工过程中，会遇到不同介质，在一定的温度范围内，会受到侵蚀、产生化学反应以至完全分解。

因此，必须在磨料选用时予以注意。

2.粒度及其选择原则

砂轮粒度是指磨料颗粒的几何大小；冷轧辊磨削通常使用36～120＃的粒度。

粒度号是表征磨粒颗粒大小的数字。

表示粒度号的方法有二种：

一种是英制，用一英寸长度上筛网有多少个孔来表示；另一种是公制法，用筛网眼的宽度（微米或毫米）来表示。

粒度号与磨料的颗粒大小相反，粒度号小颗粒大，粒度号大的颗粒小。

粒度的选择应考虑加工工件尺寸、几何精度、表面粗糙度、磨削效率以及如何避免某些磨削缺陷的产生等因素。

一般来说，要求工效高、表面粗糙度较高，砂轮与工件接触面大、工件材料韧性大和延伸性较大以及加工薄壁工件时，应选择粗一些的粒度；反之，加工高硬脆、组织紧密的材料，精磨、成形磨和高速磨削时，则应选择较细的粒度。

砂轮粒度的选择原则：

粗←—————粒度—————→细

大←加工余量→小

粗←加工粗精程度→精

软、粘←工件材质→硬、脆

宽←加工时接触面积→窄

大←砂轮直径→小

粘←结合剂性质→脆

3.硬度及其选择原则

砂轮的硬度是指粘结剂粘结磨粒的牢固程度。

也就是砂轮工作表面的磨粒，在外力作用下脱落的难易程度。

砂轮硬度的选择，主要取决于被磨工件的材料、磨削方式和性质。

选择的主要原则如下：

软←—————硬度—————→硬

硬、脆←工件材质→软、粘

宽←加工时接触面积→窄

高←砂轮速度→低

低←工件转速→高

粗←加工粗精度→粗

良好←机床精度→不良

熟练←操作者熟练程度→不熟练

4.粘结剂及选择原则

粘结剂是把许多细小的磨粒粘结在一起的材料。

结合剂主要有陶瓷、人造树脂、橡胶——天然树脂结合剂及菱镁结合剂。

各种结合剂特点如下：

陶瓷——多孔，轻便，刚性大，耐热，耐油和酸碱的侵蚀。

人造树脂——轻便，锐利，强度大且有弹性，坚固性和耐热性比陶瓷结合剂差。

天然树脂——有弹性，密度大，磨料易脱落，耐热差，不耐酸，不耐油。

菱镁结合剂——致密，利于光亮表面低速磨削。

冷轧辊通常使用树脂类粘结剂（常用标记：

B）。

结合剂的强度（硬度）通常以字母表示，它不表示磨粒的硬度而指粘结强度，它和砂轮磨料的脱落速度有关，从E～W按字母顺序排列表示强度从软向硬发展：

很软E、F、G

软H、I、J、K

中等L、M、N、O

硬P、Q、R、S

超硬T、U、V、W

冷轧辊通常使用H～K的砂轮。

粘结剂就是将磨粒粘接在一起的物质。

其代号、性能及选择原则如下表：

（注：

括号内为旧代号）

表4-3-2粘结剂代号、性能及选择原则

类别

名称及

代号

原料

性能

选择原则

无

机

结

合

剂

陶瓷结合剂

V（A）

粘土、长石硼玻璃、石英及滑石

化学性能稳定，耐热抗酸、碱、气孔率大磨耗小、强度较高，能较好地保持磨具的几何形状，但脆性较大，弹性差，不能承受侧面扭曲力和冲击力。

适用于内、外圆、无心、平面、螺纹及成形磨削以及刃磨、珩磨及超精磨。

适于对碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属进行加工。

有

机

结

合

树脂结合剂

B（S）

酚醛树脂或环氧树脂

结合强度高，具有一定的弹性，能在高速下进行工作。

自锐性好，但其耐热性、坚固性较V差，且不耐酸、碱。

适用于荒磨、切断和自由磨削，可用来制造高速、低粗糙度重负荷、薄片切断砂轮。

剂

橡胶结合剂

R（X）

合成、天然橡胶

强度高，弹性好，磨具结构紧密，气孔率较小，磨粒钝化后易脱落。

但耐酸。

耐油及耐热性较差，磨削时有臭味。

适于制造无心磨、导轨精磨、抛光砂轮、超薄型切割用片状砂轮以及轴承精加工用砂轮。

5.组织

砂轮总体积是由磨粒、粘结剂、孔隙构成的。

这三部分体积的比例关系叫作砂轮的组织。

通常用磨粒所占砂轮体积的百分比来表示砂轮组织的松紧程度。

砂轮的组织通常类似蜂窝状，按国际标准组织级别以1～16表示，越小的号码表示组织越致密：

很密的1、2

密的3、4

中等5、6、7、8

疏松的9、10、11

很疏松的12、13、14、15、16

6.强度

砂轮强度是指砂轮在高速旋转时，在离心力的作用下，抵抗其自身破碎的能力，我们通常用砂轮的线速度来表征其强度。

就我厂所使用的砂轮来说，其最高线速度不能超过45m/s。

7.形状及尺寸

砂轮的形状多种多样，有平形、杯形、蝶形砂轮等；一般轧辊磨床都使用平形砂轮。

砂轮的尺寸是指砂轮的外径、宽度、内径。

砂轮的微刃不等高性、磨粒微刃性、自锐性

以砂轮最外圆作为基准圆，则砂轮各磨粒切刃的顶峰在基准圆里边，并且距离基准圆远近不等。

磨粒切刃的这种分布性质，称为微刃不等高性；

在通常情况下，在砂轮表面上，每颗磨粒具有一个切刃，但是通过修整砂轮，每颗磨粒可能有几个切刃同时参加切屑工作，这种性质称为磨粒的微刃性；

磨粒产生新棱角和磨粒自选脱落，这种现象称为砂轮的自锐性；

二、砂轮的标记

砂轮的标记如下所述：

1、砂轮的标记全部用字母及数字以代号形式表示，其标记方法如下：

（1）标记书写的顺序：

砂轮形状－尺寸－磨料－粒度－硬度－组织－结合剂－线速度。

（2）尺寸书写的顺序：

外径－宽度－孔径。

2、砂轮标记的具体含义：

第二节砂轮的选择和安装

一、砂轮选择

选择砂轮时，主要根据被磨工件材料的性质和热处理方法来选择。

选择磨料粒度时主要是根据加工精度、表面粗糙度和磨削生产中的要求来选择，选择砂轮硬度的主要依据是被磨工件的材料，磨削方式和性质等。

而且必须根据工件材料的性质，加工余量的大小，砂轮和工件的接触面积大小等来选择砂轮组织，对于结合剂，主要是根据工件材料的性质，磨削方法，加工表面质量要求来选择，而砂轮的形状和尺寸主要是根据磨床类型、加工方法及工件形状尺寸来决定。

砂轮选用的正确与否对轧辊磨削质量很重要，它涉及磨料的粒度、材质、间隙尺寸、硬度、粘结剂。

要得到一个良好的磨削量，磨削时间和砂轮脱落之间的关系，可依据以下原则：

1）轧辊表面越硬，砂轮相对越软；

2）如砂轮脱落太快，说明硬度低，对应措施有：

增加砂轮转速、增加滑架速度、降低轧辊转速。

如果这些措施不起作用，则表明该砂轮选用不合适；

3）如砂轮有间隙堵塞、变光、轧辊表面有烧伤，则砂轮硬度过高。

二、砂轮的安装、拆卸

1.砂轮的安装规则

砂轮的安装必须按下列规则进行：

（1）清洗砂轮法兰、清洗法兰上各螺丝孔、平衡滑道、滑块的砂轮泥。

（2）新砂轮安装前，必须经过敲击试听检查，有杂音的砂轮禁止使用。

（3）砂轮与法兰盘配合间隙控制在0.5mm以内，但过紧的砂轮也禁止使用。

（4）砂轮端面与法兰盘接触的地方，必须用纸垫均匀的垫好。

（5）砂轮法兰盘上固定砂轮的螺丝必须齐全，安装前要涂油，采用对称循环方法均匀拧紧。

（6）紧固好的砂轮作静平衡，要立起安装平衡轴时，接触地面的砂轮边缘必须垫好软制品。

（7）砂轮静平衡架纵横必须水平，平衡轴与砂轮法兰盘必须完全研合。

（8）平衡好的砂轮，固定好平衡块，吊离平衡架，拆下平衡轴，将其吊入规定的架子上放好。

（9）将平衡轴上的导向轴及平衡的螺丝、螺母擦净，涂上油，放在规定位置。

砂轮工作时高速旋转，承受较大的离心力，如果安装不当或砂轮本身有裂纹，使用时会引起砂轮爆裂，发生严重后果，因此，砂轮在使用前必须做共振测试。

2.共振测试方法

在测试之前，检查砂轮是否在运输过程中或者由于其它的原因受到损坏。

测试采取的方法是：

可以用一个小的金属工具在砂轮上轻轻敲击，比如在小型砂轮上用螺丝刀把手，或者在较硬的砂轮上使用木制榔头。

假如砂轮产生失真的响声，那么砂轮可能有裂纹，该砂轮就不能使用。

这一检查被称为“共振测试”。

在这种测试的时候，砂轮应该是干的，而且绝对不能带有锯屑等杂物，不然会减弱响声。

须提醒的是，有机烧结块砂轮不会产生一种清晰的金属响声，这是玻璃化混合物或者硅酸脂砂轮的特征。

在砂轮竖向中心线两侧约45°以及圆周约25mm位置轻轻敲击。

将砂轮旋转约45°后进行重复测试。

一个完好无缺的砂轮会产生一种清晰的金属响声，假如砂轮有破裂现象会出现很弱或沉闷的声音。

3.砂轮安装、拆卸时的注意事项

砂轮安装、拆卸时需作好以下工作：

（1）砂轮安装前应采用肉眼观察和做共振测试，仔细检查砂轮有无裂纹和损坏；

（2）砂轮内孔与法兰盘的配合，应有适当的间隙，以免磨削时受热膨胀而使砂轮胀裂；

（3）两个法兰盘直径必须相等，其大小应不小于砂轮外径的1/3；不允许用手锤或重物敲击法兰盘，以防止法兰盘损坏变形；

（4）在法兰盘、垫圈和砂轮端面之间，应放上衬垫，使之压紧；

（5）紧固时，螺栓不能拧得太紧。

当用几个螺栓紧固法兰盘时，必须对角分几次，逐渐拧紧，而且只能用标准扳手；

（6）必须将法兰盘的锥孔与磨床主轴上的圆锥体擦得十分干净；

（7）新砂轮经静平衡后，第一次装上磨床时，必须在有防护罩的情况下空转3～5分钟。

此时，砂轮正前方不得有人；

（8）拆卸砂轮时，不要把压紧螺母旋转方向搞错。

（9）每次更换砂轮时必须检查法兰盘内锁紧砂轮用的蘑菇头是否有松动和损坏，如有异常，该法兰盘停止使用；

4．砂轮平衡

由于砂轮的转速很高，如果砂轮不平衡，就会产生很大的离心力，使机床产生振动，从而在工件表面产生振动波纹，影响加工表面质量。

此外，还会加速主轴轴承的磨损，甚至使砂轮破裂等。

为了使砂轮平稳的工作，砂轮直径在250mm以上的新砂轮在装上磨床使用前必须进行平衡。

尺寸较大的砂轮使用一段时间后磨损较多，还需重新平衡。

砂轮平衡常有两种方法：

静平衡和动平衡。

静平衡是将砂轮安装好法兰盘后，吊上专用静平衡架，利用平衡块对砂轮不平衡的位置进行调节，达到平衡。

具体操作方法在磨床操作规程上有详细说明。

动平衡是将砂轮安装上磨床，利用磨床的动平衡装置进行平衡。

具体操作方法在磨床操作规程上有详细说明。

思考题：

1．轧辊失效的主要原因是什么？

2．简述轧辊剥落的形成过程。

3．攀钢西昌冷轧轧辊轴承分别是什么型式的，润滑方式是什么？

4．轴承损坏的主要原因有哪些？

5．砂轮的特征有哪些，砂轮标识包含哪些信息？