磨具

磨具組織粗分為緊密、中等和疏鬆三類。每類又可再細分數等，用組織號來區分。磨具組織號越大，磨料在磨具中所佔的體積百分率越小，磨粒之間的間隙越寬，表示組織越松。反之，組織號越小表示組織越緊。較松組織的磨具使用時不易鈍化，在磨削過程中發熱少，能減少工件的發熱變形和燒傷。較緊組織的磨具磨粒不易脫落，有利於保持磨具的幾何形狀。磨具的組織只在製造時按磨具配方予以控制，一般不作測定。超硬磨料固結磨具主要是由金剛石、立方氮化硼等與結合劑固結成的磨具。由於金剛石、立方氮化硼的價格高、具有很好的耐磨性能，用它們製造的固結磨具與普通磨料固結磨具不同，除超硬磨料層外，還有過渡層和基體。超硬磨料層是起切削作用的部分，由超硬磨料和結合劑組成。基體是在磨削中起支托作用的，由金屬、電木或陶瓷等材料組成。過渡層用於連接基體和超硬磨料層，由結合劑構成，有時也可省去。常用的結合劑有樹脂、金屬、電鍍金屬和陶瓷等。固結磨具的製造工序有：分配料、混料、成型、熱處理、加工和檢查等。隨結合劑不同，製造工藝也不盡一樣。陶瓷結合劑磨具主要採用壓型法，將磨料和結合劑按配方的重量比例稱量后，置於混料機內混合均勻，投入金屬模具內，在壓力機上成型出磨具毛坯。毛坯經乾燥再裝入窯內焙燒，燒成溫度一般為1300℃左右。當採用低熔點燒熔結合劑時，燒成溫度低於1000℃。再按規定尺寸形狀精確加工，最後檢查產品。樹脂結合劑磨具一般是在室溫條件下在壓力機上成型，也有採用在加熱條件下邊加熱邊加壓的熱壓工藝。成型后在硬化爐內硬化。以酚醛樹脂為結合劑時，硬化溫度為180~200℃。橡膠結合劑磨具主要採用對輥機混料，並滾壓成薄片，然後用沖刀沖裁成型；也有的用鬆散料，投入金屬模具內在壓力機上成型。成型后在硫化罐內硫化，溫度為165~180℃。金屬結合劑磨具的製造工藝有粉末冶金法和電鍍法兩種，主要用於超硬磨料固結磨具。粉末冶金法以青銅等為結合劑，混料后採用熱壓或在室溫條件下加壓成型，然後燒結加工。電鍍法以鎳或鎳鈷合金等為電鍍金屬，按電鍍工藝將磨料固結在基體上，製成磨具。特殊品種的磨具有燒結剛玉磨具和纖維磨具等。燒結剛玉磨具是用氧化鋁微粉和適量的氧化鉻混合、成型，在1800℃左右燒結製成。這種磨具結構緊密，有較高強度，主要用於加工鐘錶、儀錶等零件。纖維磨具是用含有或粘附有磨料的纖維絲(如尼龍絲)作原料製成的，它的彈性好，主要用於金屬材料及其製品的拋光。

磨具在使用過程中，當磨粒磨鈍時，由於磨粒自身部分碎裂或結合劑斷裂，磨粒從磨具上局部或完全脫落，而磨具工作面上的磨料不斷出現新的切削刃口，或不斷露出新的鋒利磨粒，使磨具在一定時間內能保持切削性能。磨具的這種自銳性，是磨具與一般刀具相比突出的特點。早在新石器時代，人類就已經開始應用天然的磨石來加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了；在19世紀美國出現了用天然磨料與粘土相結合燒成的陶瓷砂輪；1900年前後，人造磨料問世，採用人造磨料製造的各種磨具相繼產生，為磨削和磨床的快速發展創造了條件。此後，天然磨具在磨具中所佔比例逐漸減少。

磨具按其原料來源分，有天然磨具和人造磨具兩類。機械工業中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結構特徵區分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦以上統稱固結磨具和塗附磨具五類。此外，習慣上也把研磨劑列為磨具的一類。

固結磨具按所用磨料的不同，可分為普通磨料固結磨具和超硬磨料固結磨具。前者用剛玉和碳化硅等普通磨料，後者用金剛石和立方氮化硼等超硬磨料製成。此外，還有一些特殊品種，如燒結剛玉磨具等。

普通磨料固結磨具是由結合劑將普通磨料固結成一定形狀，並具有一定強度的磨具。一般由磨料、結合劑和氣孔構成，這三部分常稱為固結磨具的三要素。

磨料在磨具中起切削作用。結合劑是把鬆散的磨料固結成磨具的材料，有無機的和有機的兩類。無機結合劑有陶瓷、菱苦土和硅酸鈉等；有機的有樹脂、橡膠和蟲膠等。其中最常用的是陶瓷、樹脂和橡膠結合劑。

氣孔在磨削時對磨屑起容屑和排屑作用，並可容納冷卻液，有助於磨削熱量的散逸。為滿足某些特殊加工要求，氣孔內還可以浸漬某些填充劑，如硫黃和石蠟等，以改善磨具的使用性能。這種填充劑，也被稱為磨具的第四要素。

表示普通磨料固結磨具特徵的項目有：形狀、尺寸磨料、粒度、硬度、組織和結合劑。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，從磨具表面脫落的難易程度，它反映了結合劑把持磨粒的強度。

粒度是指磨料顆粒的尺寸，其大小用粒度號表示。

國標規定了磨料和微粉兩種粒度號。

粒度是指磨料顆粒尺寸的大小。粒度分為磨粒和微粉兩類。對於顆粒尺寸大外圓磨砂輪於 40μm的磨料，稱為磨粒。用篩選法分級，粒度號以磨粒通過的篩網上每英寸長度內的孔眼數來表示。如60 # 的磨粒表示其大小剛好能通過每英寸長度上有60孔眼的篩網。對於顆粒尺寸小於40μm的磨料，稱為微粉。用顯微測量法分級，用W和後面的數字錶示粒度號，其W后的數值代表微粉的實際尺寸。如W20表示微粉的實際尺寸為20μm。各種粒度號的磨粒尺寸見表1 。

表1 磨料粒度號及其顆粒尺寸

表2不同粒度砂輪的使用範圍

註：比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 細的微粉很少使用，表中未列出。磨料粒度的選擇，主要與加工表面粗糙度和生產率有關。粗磨時，磨削余量大，要求的表面粗糙度值較大，應選用較粗的磨粒。因為磨粒粗、氣孔大，磨削深度可較大，砂輪不易堵塞和發熱。精磨時，余量較小，要求粗糙度值較低，可選取較細磨粒。一般來說，磨粒愈細，磨削表面粗糙度愈好。

結合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪。砂輪的強度、抗衝擊性、耐熱性及抗腐蝕能力，主要取決於結合劑的性能。

常用的結合劑有陶瓷結合劑(V)、樹脂結合劑(B) 、橡膠結合劑(R)和金屬結合劑(M)等。

陶瓷結合劑：應用最廣，適用於外圓、內圓、平面、無心磨削和成形磨削的砂輪等；

樹脂結合劑：適用於切斷和開槽的薄片砂輪及高速磨削砂輪；

橡膠結合劑：適用於無心磨削導輪、拋光砂輪；

金屬結合劑：適用於金剛石砂輪等。

磨具的硬度主要取決於結合劑加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易脫落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等級一般分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬和超硬七大級，從這些等級中還可再細分出若干小級。測定磨具硬度的方法，較常用的有手錐法、機械錐法、洛氏硬度計測定法和噴砂硬度計測定法。

磨具的硬度與其動態彈性模量具有對應關係，這有利於用音頻法測定磨具的動彈性模量來表示磨具硬度。在磨削加工中，若被磨工件的材質硬度高，一般選用硬度低的磨具；反之，則選用硬度高的磨具。

菱鎂磨具是由菱鎂水泥與碳化硅以一定比例複合而成，既繼承了菱鎂水泥強度高、硬度大的優點，又保留了碳化硅良好的耐磨性。

1）、強度高、硬度大、耐磨性好，具有良好的削磨能力；

2）、仿形好，拋磨起光快、光澤度好；

3）、菱鎂水泥膠黏性好，磨塊結合效果好，不蹦邊；

4）、削磨量少，消磨力強，打磨效率高；

5）、成本低廉，耐磨性好，具有極高的性價比。

菱鎂磨具主要用於瓷磚、微晶玻璃等表面的粗磨、中磨、細磨直到拋光，實用性強，用量大，可廣泛應用於天然石材、陶瓷、微晶玻璃等非金屬材料的切割、打磨和拋光，可以減少換裝工具的時間，提高工作效率，尤其適用於手提電動工具、手推切割機、自動橋式切割機，市場前景廣闊，正在全國範圍內普及應用。

有機磨具的特徵是使用範圍廣，具有一定的彈性和較高的結合強度，並具有良好拋光性能。在粗、精、細、拋等磨削工藝中均得到應用，其樹脂磨具具有下列特點：

1、結合強度高

與陶瓷結合劑相比，樹脂結合劑結合強度高，其樹脂砂輪磨削線速度達80~120m/s，並可承受較大的磨削壓力。重負荷砂輪磨削壓力高達10×104～40×104N，廣泛應用於鋼鐵工業，如各種鋼錠、鋼坯等荒磨工序。高速重負荷專用砂輪等粗磨加工具有操作安全，適合高速磨削和大進給磨削，磨削效率高。

2、具有一定的彈性

相對陶瓷磨具樹脂磨具具有良好的韌性，有一定的可塑性和延展性。其彈性模量（E）比陶瓷低幾十倍。所以，樹脂磨具適宜於製備各種規格的薄片砂輪和高速切割砂輪。同時，由於有一定的彈性變形，可以緩衝磨削力的作用。因而磨削效果好，有拋光效果，能提高加工表面的粗糙度。

3、能製成各種複雜形狀和特殊要求的磨具

由於樹脂結合劑磨具硬化溫度低，可常溫硬化，收縮率較小，可製成各種複雜形狀和特殊要求的磨具。如：採用玻璃纖維增強的樹脂砂輪，易排屑、散熱性好的多孔樹脂砂輪和溝槽砂輪；改善磨削工藝條件的螺栓緊固砂輪、電解磨削砂輪、拋光砂輪；以及筒形、碗形、蝶形等異形砂輪。

4、適用範圍廣

由於新型樹脂結合劑品種多，可以製成各種強度和性能的樹脂磨具。因而，可廣泛用於荒磨、粗磨、切割、半精磨、精磨、拋光等工序。樹脂磨具結合強度高，使用速度高，耐衝擊，適於粗磨和荒磨加工；樹脂磨具具有良好的韌性，適用於切割加工工序；樹脂磨具彈性好，有一定的拋光性，可用於精磨和拋光加工。樹脂磨具耐熱性較低，易磨損，適用於平面磨和精磨加工。

5、有利於防止被磨削工件產生燒傷

樹脂結合劑耐熱性較低，可減少或避免燒傷工件現象。工件在磨削過程中產生的熱量，首先使樹脂炭化，促使鈍化了的磨料自動脫落，露出新的鋒利的磨粒，降低了磨削區域的熱量，避免了工件燒傷。

6、樹脂磨具硬化溫度低，生產周期短，設備簡單

有利於專業化生產。不足之處在於：

（1）樹脂磨具耐鹼性、耐水性較差，易老化。一般有效存放期為一年。因此，不能長期存放。

（2）樹脂磨具耐熱性較低，磨削加工時，磨耗較大，不適於定型成形磨削。

（3）樹脂磨具氣孔率低，加工有氣味，應注意環境污染問題。

有機磨具即是樹脂磨具，主要用於鋼鐵、汽車、軸承、鐵道、車輛、造船、化工、儀錶、航空航天、建材及其它機械加工工業。可用於加工各種非金屬材料和金屬材料。如：木材、橡膠、塑料、玻璃、陶瓷、石材、銅、鋁、鑄鐵、鋼材等，以及硬質合金、高速鋼、高釩鋼、鈦鋼、不鏽鋼等。此外，在糧食加工，醫學及地質勘探等領域都得以應用。

根據加工目的和用量不同，可以進行荒磨、粗磨、半精磨、精磨、細磨和高精度低粗糙度磨削。同時，可根據加工對象的不同，進行外圓磨削、內圓磨削、平面磨削、工具磨削、專用磨削、電焊磨削、珩磨、超精加工、研磨及拋光等。

1、粗磨加工應用

粗磨是指以高效切削大量多餘材料為主要特徵的磨削方法。荒磨則是許多種粗磨加工廣泛使用的俗稱。

粗磨加工應用領域：

（1）用樹脂荒磨砂輪和高速重負荷樹脂砂輪，粗磨退火或不退火優質合金鋼或不鏽鋼坯的精整加工。用於表面外觀缺陷（焊縫、裂紋、氧化層等）的磨削加工。

（2）用樹脂荒磨砂輪對鑄件的澆口、冒口和坯縫進行磨削加工和一般性精整加工。

（3）用樹脂荒磨砂輪對模鍛、鍛件的大毛刺或澆口整修后留下來的飛邊，進行徹底的磨除。

（4）在焊接操作時，殘留在焊件表面上的焊縫要採用荒磨平整焊縫和倒圓磨削。

（5）對大型板材氣割成圓形或其它複雜形狀時，氣割所產生的熔渣，要採用攜帶型荒磨機磨除。如：大型熱軋建築型鋼和管切的粗切加工等。

2、手持磨削加工應用

手持磨削是磨削方法的綜合概括。它們的共同特徵是：無論是工件還是磨削機械的支承使工件與磨具相接觸，制導和移動等均直接依靠手工進行。

手持磨削又分為固定式手持磨削和移動式手持磨削。將磨削機械固定，手持加工工件進行磨削的方式，稱為固定式手持磨削。加工時採用的手持砂輪機進行可移動的磨削方式，稱為移動式手持磨削。

手持磨削主要應用領域：

（1）用手提式樹脂荒磨砂輪，加工龐大而笨重難以在磨床上安裝的工件。如：大型鑄件的粗磨。

（2）用高速鈸形砂輪或鋼紙磨片，加工已裝配有其它‘零件的工件。如：重型建築構件和船舶構件。

（3）對小型調整時需要進行的磨削加工。如：在常見大型部件的有限部位上校正裝配件。

（4）用高速鈸形砂輪等，對工件最終成形或對工件與鄰接部位接合處的倒圓，對已經裝配或已經焊接的工件進行磨削。如：對汽車車體的加工。

（5）用於形狀不規則表面上的雕塑加工。如：模具的加工。

（6）工件光整加工。即要求對工件進行倒圓或光整磨削，使其表面美觀，性能滿意，而對形狀和尺寸無嚴格要求。如：用可彎曲鈸形砂輪加工不鏽鋼製品，用PVA砂輪加工石材等。

（7）在工件表面的有限面積上做少量磨削，以便形成一種特殊的形狀，例如：各種刀具的銳磨等。

3、切割加工應用

樹脂薄片砂輪主要用於冶金工業的鋼棒、鋼管、扁鋼、角鐵、槽鋼、鋼軌、鋼板等金屬材料的切割加工；半導體工業的硅、鍺、藍寶石、鐵素體、石墨、陶瓷、石英等金屬和非金屬材料的精密超薄切片加工；似及建築材料工業、化學工業、航空航天工業、機械工業、汽車工業、船舶工業的金屬材料和非金屬材料的切割加工。

在金屬材料切割加工中，採用樹脂薄片砂輪切割，具有以下優點：

（1）切割速度快。在切割金屬材料時，切割砂輪的切割速度是其它切削方法（如鋸、車切）的10倍。

（2）切割尺寸精度高。採用砂輪切割，其切口寬度和切割面的平整度，一般來說比金工鋸切要好。

（3）切割表面平滑。砂輪切割后其表面經常不須進行精加工，而鋸切后的切斷面很明顯。

（4）可用於硬質材料的切割加工。如淬硬鋼和金屬碳化物以及硬脆非金屬材料的切割加工。

（5）磨具使用過程中，自銳性好，不需要修整。

（6）成本低。使用砂輪切割所需成本明顯低於其它切割方法。

（7）其它方面的應用。如窄槽切口，或者淬硬鋼或超硬非金屬加工件的切縫等。

樹脂磨具切割加工所具有的這些特性，使其在許多金屬加工業和非金屬加工業，以及在工業生產的其它領域得到廣泛應用。

4、常規磨削加工應用

（1）用樹脂砂輪在外圓磨床或萬能磨床上對軸類、套筒以及其他類型零件的圓柱面、圓錐面和肩端面進行磨削加工。

（2）用樹脂砂輪外圓周面或砂輪的端面，如螺栓緊固砂輪、大氣孔砂輪、開槽砂輪、多孔砂輪和多孔帶溝槽砂輪，以及多用杯形砂輪、筒形砂輪的端面等，對機械零件的各種平直為滿足平直度、表面粗糙度和平面之間相互位置精度等要求而進行平面磨削加工。

（3）用樹脂砂輪的外圓面或樹脂磨頭，在內圓磨床、萬能磨床或專用磨床上，對錶面質量要求較高的通孔、盲孔、台階孔、錐孔和軸承內溝道等部件進行內圓磨削加工。

（4）用樹脂砂輪、樹脂和橡膠導輪，在無心磨床上，採用柔性定位的方式，使用砂輪的外圓周面，對旋轉對稱的內圓或外圓表面進行無心磨削加工。

（5）用專用樹脂砂輪磨螺紋砂輪。在螺紋磨床上，對高精度及表面粗糙度的傳動螺紋，測量機件的螺紋，工量具螺紋和淬硬處理的螺紋部分進行螺紋加工。如螺紋、蝸桿、絲錐、滾刀、量規等帶錐螺紋、多頭螺紋、平行螺紋等磨削加工。

（6）用環氧樹脂珩磨輪以及雙錐面、蝶型、雙蝶型、蝸桿式砂輪等，在齒輪磨床上，對經淬硬處理的齒輪進行齒輪磨削加工。

（7）用樹脂強力磨砂輪，在工具磨削上，對具有較高的硬度熱硬性，耐磨性與足夠的強度和韌性的切削工具材料，如碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金等，進行工具磨削加工，以達到理想的精度，表面粗糙度和正確的幾何形狀，使切削刃具具有較高的鋒利性和耐用度。

5、其它專用磨削加工中的應用

（1）用樹脂磨鋼軌砂輪，在專用鋼軌修磨列車上，對鋼軌進行修磨加工。

（2）用導電樹脂砂輪，在電解磨床上，對一些高硬度的零件，如各種硬質合金刀具、量具、擠壓拉絲模具、軋輥等，以及普通磨削很難加工的小孔、深孔、薄壁筒、細長桿零件和複雜型面的零件，進行電解磨削加工。其中電解作用佔加工量的95%。磨料的機械加工作用僅佔5%。因此，電解磨削比普通磨削加工效率高。

（3）用PVA（聚乙烯醇）拋光輪，PU（聚氨酯）拋光輪、無紡布拋光輪等，在拋光機上，對石材、玻璃、不鏽鋼等進行拋光加工。

（4）磨錄音機磁頭、鐘錶、儀器行業所用的精磨拋光砂輪。如FBB（耐水聚乙烯醇）砂輪等。