磨削知识 - 图文

磨削加工和砂轮

1.磨削加工

1-1 磨削加工的位置

磨削加工是机械作业的一个领域,在磨削加工方面是使用砂轮对车刀、刀具等磨削工具

进行加工的方法。

表1 机械作业法的分类 铸造 锻造、压延、拉丝、挤压、钣金作业 非磨削加工 焊接 滚压加工、抛光加工 电解磨削、化学磨削 车削、形削、平削、立削 使用固定工具 拉削 (车刀)磨削 锉削、刮削 使用刀具 磨削 使用旋转工具 铣削 (刀具类)磨削 钻孔、铰孔 机械作业 磨削加工(Grinding) 珩磨 使用固定磨料 超精加工(Super Finishing) 磨削加工 的加工法 带式磨削(Belt Grinding) 电解磨削(Electrolytic Grinding) 磨料 抛光(Lapping) 加工法 超声波加工(Ultrasonic Machining) 喷射加工(Blasting) 使用游离磨料 滚磨磨削(Barrel Finishing) 的加工法 抛光磨削(Buffing) 喷砂(Sand or Grit Blasting) 喷丸硬化(Shot Peening) 液体喷砂(Liquid Honing)

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1-2 磨削加工的概念 1-2-1 磨削加工的定义

磨削加工一般使用高速旋转的砂轮,利用构成这个砂轮的极硬的微细磨料来切削加

工物的加工方法。

1-2-2 磨削加工的特点以及缺点

磨削加工与切削加工相比,具有以下特点。

(1) 能够很容易的切削使用切削工具所不能切削的硬质或脆性材料。

砂轮的切刃是非常硬的矿物质的粒子,能够很容易的加工超硬合金和陶瓷器具。 (2) 能够很容易的得到要求的加工面粗糙度以及精度。

构成砂轮的一个一个切刃很小,并在高速旋转下使用,切屑极小。即,比使用切削工具得到的加工面的粗糙度好,尺寸精度也好。 (3) 加工率极好

砂轮的周速度为10 – 80m/s,比切削工具的速度高数倍到数十倍。因此,一个一个的切屑很细微,而且加工率极好。 (4) 切刃的自锐作用

在使用中,砂轮由于切刃的磨损,而导致切削阻力增大,磨料裂开或脱落,产生新的切刃和气孔。因此,不象一般的切削工具那样需要重新研磨。 (5) 因为磨削点的温度高,是导致烧裂的原因

磨削作业中,磨削点的温度很容易超过1000℃,这是磨削加工的一个大缺点。因此,为了不使产生烧裂现象,需要使用性能良好的磨削液进行充分的冷却。 (6) 使用高速旋转的砂轮

由于砂轮是高速旋转的,所以万一损坏的话,具有产生重大灾害的危险性。因此,需要充分考虑包括工作人员以及工作环境在内的安全性。

1-2-3 磨削加工的分类

在磨削加工的分类方面,存在各种各样的考虑方法,如果根据它的的作业方法分类,

包括如下几种。

(1) 圆筒磨削 ---------------------- 纵向进给磨削方式(Traverse Cut)

(Cylindrical Grinding) 横向进给磨削方式--斜置横向进给磨削方式

(Plunge Cut) (Angular Slide Plunge Cut)

纵向进给磨削 横向进给磨削 斜置横向进给磨削

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(2)内面磨削(Internal Grrinding) 普通式(Plain type) 行星式(Planetary type) 无心式 – 集结式

普通式 行星式 无心式 (砂轮轴公转形)

集结式

(3)无心磨削(Centerless Grinding) 纵向进给法 (Through Feed) 横向进给法 (Infeed)

切向送进法 (Tangential Feed)

纵向进给法 横向进给法 切向进给法

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(4) 平面磨削(Surface Grinding)

卧轴矩形工作台

使用平行砂轮

卧轴圆形工作台 立轴矩形工作台 使用杯形、环形、 立轴圆形工作台 扇形砂轮 卧轴矩形工作台

纵向进给贯穿磨法 使用薄片砂轮

(两头平面磨削) 运载式

卧轴矩形工作台 卧轴圆形工作台

立轴矩形工作台

卧轴矩形工作台

立轴圆形工作台

纵向进给贯穿磨法 运载式

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(5)工具磨削(Tool Grinding) 车刀、钻头、铣刀、滚刀、推刀、插齿刀、 立铣刀

车刀磨削 钻头磨削

铣刀磨削 滚刀磨削

推刀磨削 插齿刀磨削

立铣刀磨削

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2.砂轮

2-1 砂轮的构成

砂轮是由磨料、粘合剂、气孔3要素构成的。 根据场合,有时要添加填充剂、添加剂、以及 特殊处理。

磨料 … 作为切刃切削加工物

粘合剂 … 保持磨料的结合

气孔 … 切屑的排泄道、冷却作用

2-2 决定砂轮性质的5个主要因素

砂轮的性质或性能主要由以下5个主要因素决定。

磨料的种类 … 磨料的品种(氧化铝质磨料、碳化硅质磨料) 粒度 … 磨料的大小(粗号、中号、细号、粉末)

结合度 … 磨料的保持力(极软、软、中、硬、极硬:粘合剂的量) 组织 … 砂轮中的磨料的容积比例(密、中、粗 = 多孔性砂轮) 粘合剂的种类 … 保持磨料的材料的种类(陶瓷、热固树脂、橡胶、

氧化镁)

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2-3 磨料的种类和特点

作为砂轮切刃的磨料使用天然磨料和人造磨料。现在全部使用人造磨料。

表2 人造磨料的种类(JIS) 氧化铝质 Al2O3 かっ色氧化铝质 白色氧化铝质 粉碎形氧化铝质 淡红色氧化铝质 氧化锆氧化铝质 黑色碳化硅 绿色碳化硅 A WA HA PA Z C GC 碳化硅 SiC

表3 クレノートン的使用磨料 氧化铝质 AL2O3 クレノートン记号 A、57A SHA、68A ZS、ZF、ZN STA、76A WA、38A RA、PW、85A DA、32A、80A SG、SGF、TG 碳化硅 SiC

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用途 一般钢铁自由磨削、生钢材精密磨削用 自由磨削用 不锈钢钢材自由磨削用 一般淬火钢材精密磨削用 合金钢、工具钢、淬火钢材等 难磨削材的精密磨削用 精密磨削用 非铁、非金属、铸铁磨削用 超硬合金磨削用 16A、19A、23A、35A 特殊精密磨削用 C、37C GC、39C 表4 磨料的化学成分和物理性质

磨料 A WA RA 32A 80A SG SHA STA ZS

碳化硅 磨料 C GC

表5 磨料和其它材料的硬度比较 材料名 软钢(HRB85) 玻璃 硬钢(HRC60) 柘榴石 超硬合金

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化 学 成 分 % AL2O3 96.81 99.74 99.11 99.11 99.48 99.60 96.00 85.80 73.10 TiO2 2.35 0.43 0.41 2.90 3.50 0.15 SiO2 0.75 0.03 0.04 0.03 0.01 0.08 3.70 0.15 Fe2O3 0.09 0.03 0.02 0.19 0.02 0.30 7.00 0.10 ZrO2 0.03 0.02 25.50 Cr2O3 0.53 其他 0.17 0.28 0.24 0.40 1.00 比重 3.97 3.97 3.96 3.96 3.98 3.87 3.96 3.65 4.34 努氏硬度 (200g/15秒) 2000 2030 1950 2100 2120 2150 1950 1300 1600 化 学 成 分 % SiC 98.41 99.00 SiO2 0.98 0.30 Si 0.30 0.27 Fe 0.07 0.04 其他 0.24 0.39 比重 3.20 3.20 努氏硬度(200g/15秒) 2476 2506 努氏硬度 186 320 730-760 1240-1400 1700-1940 材料名 努氏硬度 1950-2050 2460-2550 2700-2800 4700 8000-8500 氧化铝质磨料(AL2O3) 碳化硅磨料(SiC) 碳化硼 立方晶氮化硼(CBN) 金刚石 2-4 粒度(Grain Size)

粒度表示的是磨料的大小,用25.4mm(1英寸)四方的旧目数表示。因此,数字越大磨料的

大小越细碎。表6显示的是磨料的标称粒度和它的的平均直径。

表6 磨料的标称粒度和平均直径

粗 号 中 号 粒度(F) 平均径(μm) 粒度(F) 平均径(μm) 粒度(F) 平均径(μm) 8 10 12 14 16 20 24 30 36 46 54 60 2,830-2,000 2,380-1,680 2,000-1,410 细 1,680-1,190 1,410-1,000 1,190-840 840-590 710-500 590-420 号 420-297 350-250 297-210 70 80 90 100 120 150 180 220 250-177 210-149 177-125 149-105 125-88 105-63 88-53 74-44 粉 末 240 280 320 360 400 500 600 700 800 1,000 1,200 1,500 2,000 2,500 3,000 87.5-73.5 73.5-62 62-52.5 52.5-44 44-37 37-31 31-26 26-22 22-18 18-14.5 14.5-11.5 11.5-8.9 8.9-7.1 7.1-5.9 5.9-4.7 2-5 结合度(Grade)

结合度显示的是保持磨料的粘合剂的保持力。在磨削作业中左右磨料切刃的自锐作用。

一般用字母表示。接近A的软,接近Z的硬。

表7 结合度标称和记号 标称 记号 极软 软 中 L M N O 硬 P Q R S 极硬 T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K

正常磨削和异常的状态

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2-6 组织(Struoture)

组织显示的是砂轮的固定容积中所占磨料的比例。

表8 组织号码和磨料率（JIS） 组织 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 磨料率％ 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 （允许差：±1.5％）

2-7 粘合剂（Bond）

表9显示的是粘合剂的种类和用途。

表9 粘合剂的种类和用途（1） 种类 陶 瓷 成分 长 石 粘 土 陶 石 玻 料 其 它 使用磨料 溶融氧化铝质 粘合剂记号 V VSG VSK1 V201 V VO3 VO5 VO7 VBE VBA VG VA2 VA3 V21 V VO2 VO4 VK VA6 Mg SS 用途 精密磨削用 一般精密磨削用 一般精密磨削用 一般磨削用 平面磨削用 高速磨削用 A磨料高速磨削用 一般精密磨削用 弯曲磨削用 沟槽磨削用 间歇进给磨削用 间歇进给磨削用 镜面研磨用 一般磨削用 高速磨削用 超硬合金磨削用 一般精密磨削用 橡胶磨削用 用于忌避如刃物类的磨削热的作业 碳化硅 氧化镁 （氯氧化物） 氯化镁 10

表9 粘合剂的种类和用途（2） 种类 树脂 成分 粘合剂记号 B BK14 BK2 B38 BZ BZZ BY BSG B12 B24 BK9 BRF BSG B14 B16 BGS BK5 BK6 BSG BX51 B201 B17 BSG B5 BH B31 BNZ BF B9 BK3 环氧树脂 天然橡胶 合成橡胶 B P 橡胶

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用途 一般磨削用 轻、中负荷磨削、去除裂纹磨削用 高负荷磨削、去除裂纹磨削用 轧辊磨削用 苯酚树脂 （酚醛树脂） B 镜面磨削用 圆盘、平面磨削用 无心磨削用 螺纹、沟槽磨削用 钢球研磨用 偏置磨具用 切断砂轮用 珩齿用 圆盘、平面磨削用（生材用） 切断、无心磨用砂轮用 BK7 BK16 PK3 R RS R 表10 利用磨削盘等构造规格（第14条）的周速度区别尺寸限制表 （单位：mm）

砂轮的最高使用周速度区别 普通周速度 全形状 切断砂轮 1，500以下 砂轮的 形状 尺 寸 孔径 (H) 0.7D 以下 凹处径 (P) 1.02Df+4以上 安装部安装部的平的厚度(E) 6号、11号以上 行部径 (J.K) 外径（D） 厚度(T) 缘厚 （W） E以下 以上 5号、7号 Df+2R 12号、 13号 以上 超过普通周速度 45m/s 以下 1、3、4、 5、7、8、 10 20－26 1，065以下 D 75以上 D(D610) 以下 ≤ 0.6D 以下 1.02Df+4以上 T以上 Df+2R 以上 45m/s 以上 60m/s 以下 1、3、4、 5、7、8、 1，065以10、 20－26 27－28 下 D 50以上 0.5D 1.02Df+4以上 T以上 Df+2R 以上 305以下 以下 切断砂轮 1500以下 其它的砂轮760以下 D 50以上 80以下 D 50以上 80以下 0.33D 以下 60m/s 以上 80m/s 以下 1、10、27、28 切断 Df+2R 以上 80m/s 以上 以下 1、10、27、28 切断砂轮 1500以下 其它的砂轮760以下 0.2D 以下 Df+2R 以上 100m/s 切断 备注：1.在这个表里，Df表示的是凸缘的直径，R表示的是凹处的圆内半径。 2.在这个表里没有规定的尺寸可以任意使用。

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2－9 最高使用周速度

表11表示的周速度称为「普通周速度」。另外，超过表11 的周速度称为「高速度」。

表11 砂轮的普通使用周速度的限度 （单位：m/s） 砂 轮 的 种 类 砂轮的普通使用周速度的限度 粘合剂为 无机质 33 － 63 45 － － － 33 33 63 33 45 30 30 33 没有加固 有加固 － － － － 粘合剂为 有机质 50 63 63 50 80 72 50 50 50 63 50 50 35 40 45 57 72 63 80 没有加固 平行砂轮 有加固 一般用 超重磨削用 螺纹磨削用以及沟槽磨削用 曲柄轴以及凸轮轴磨削用 直径在100mm以下，厚度在25mm以下 直径在100mm以上205mm以下，厚度在13mm以下 其它尺寸 单锥形、双锥形、单凹形、双凹形、安全形、碟形、以及磨具用碟形 楔形 带槽形 环形以及环形的扇形 杯形以及碗形 圆盘形以及圆盘形的扇形 偏置形（直径在230mm以下，厚度在10mm以下） 切断

没有加固 有加固 一般用 螺纹磨削用以及沟槽磨削用 一般用 曲柄轴以及凸轮轴磨削用 13

2－10 形状、缘形（Type and Face）

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2－11 高速砂轮的特别表示

表12 色 调 最 高 使 用 轴 速 度 区 别 JIS R 6241以上，45m/s以下 45m/s以上，60m/s以下 60m/s以上 （1）

备注： 1.色带的宽度设定为20mm。

2.（2）的场合的色带的外径要比凸缘径大。

色 调 兰色系统 黄色系统 红色系统 （2）

2－12 尺寸允许差

表13 允许差 （单位：mm） 外径 （D） 未满50 50以上 未满255 255以上 未满510 510以上 尺寸 允许差 ±0.5 ±1.0 ±2.0 ±3.0 厚度 （T） 未满25 25以上 未满50 50以上 尺寸 允许差 ±0.5 凹径 （P） 未满25 25以上未满125 125以上未满225 225以上

（单位：mm） 孔 径 （H） ＋0.40 ＋0.10 ＋0.60 ＋0.10 没有轴衬 未满50.80 50.80以上 未满76.20 76.20以上

缘厚 （W） 未满50 尺寸 允许差 ＋1.5 －0.5 ＋2.0 －0.5 持续 允许差 ＋0.5 0 ＋1.0 0 ＋2.0 0 ＋3.0 0 ±1.0 ±2.0 50以上 尺 寸 允 许 差 一般磨削 带轴衬 ＋0.30 0 ＋0.40 0 16

机械磨削 普通速度 ＋0.30 0 高速度 H12 H12 H11 2－13 平衡度（平衡）

砂轮的平衡度

2－14 劳动安全卫生规则

（砂轮的罩子）

第117条 旋转中的砂轮存在给工作人员带来危险的隐患时，事业者必须设置罩子。但是，直径不满50毫米的砂轮，不在此范围内。 （砂轮试运转）

第118条 事业者在当天开始工作前，必须进行1分钟以上的试运转，更换砂轮时必须进行3分钟以上的试运转。

（超过砂轮的最高轴速度时，禁止使用）

第119条 事业者不可以使用超过其最高使用周速度的砂轮。 （禁止使用砂轮的侧面）

第120条 事业者不可以使用以使用侧面为目的的砂轮以外的砂轮侧面。 （抛光轮的罩子）

第121条 事业者必须要给抛光盘（使用布抛光、软木等的抛光盘除外）的抛光研磨需要部分以外的部分设置罩子。

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2－15 标准表示法

下面表示的是砂轮的尺寸规格。

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3.正确砂轮的选择方法

为了取得良好的磨削结果，选择适当的砂轮是很重要的。但是，要满足所要求的加工精度，达到效率好、砂轮磨损少的需要非常困难。因此，在砂轮选择时，明确着眼点，是基本的姿态。相对于每个作业，砂轮的选择请考虑 的砂轮选择表。

砂轮选择的必要条件

选择正确砂轮的基本思考方法按照表14。另外，为了提高磨削效果，请务必活用下面的调查表。

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表14 要 素 不 变 要 素 工作物材质 磨 料 粒 度 SG磨料…从合金钢到钢用硬度高的脆性材料…细号粒度 途广泛 具有柔软延性的材料 A磨料…具有抗拉强度…粗号粒度 30kg/mm2以上张力的钢 WA磨料…具有抗拉强度 50 kg/mm2以上的张力的钢 80A、32A磨料…极硬难以切削的合金钢 C磨料…抗拉强度 20 kg/mm2以下的张力小的铸铁、 非铁金属、非金属 GC磨料…超硬合金、宝石 取代多的自由磨削…#10-30 取代少的精密磨削…细号粒度 接触面积小……细号粒度 接触面积大……粗号粒度 切入(磨削压)大的时候 …粗号粒度 切入(磨削压)小的时候 …细号粒度 取代和表面粗糙度 取代多的自由磨削 … A磨料 镜面加工 … GC磨料 接触面积 机械的状态 可 变 要 素 砂轮速度 工作物的速度 切入或磨削压力 磨削油剂的使用 作业者的熟练度

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结合度 软的粘性材料…硬结合度 硬的脆性材料…软结合度 组织 软的粘性材料 …粗组织 硬的脆性材料 …密组织 自由磨削…粗组织 精密磨削…密组织 粘合剂 超硬合金 橡 胶 …陶瓷 铝 自由磨削…硬结合度 精密磨削…中或软结合度 接触面积小…硬结合度 接触面积大…软结合度 有刚性、振动少的机械…软结合度 无刚性、振动多的机械…硬结合度 速度大的时候…软结合度 速度小的时候…硬结合度 速度大的时候…硬结合度 速度小的时候…软结合度 切入(磨削压)大的时候…硬结合度 切入(磨削压)小的时候…软结合度 湿式时与干式相比硬一点的结合度 熟练者与不熟练者相比软一点的结合度

自由磨削…热固树脂 精密磨削…陶瓷 镜面加工…热固树脂 接触面积大…多孔性 接触面积小…密组织 接触面积大…粗组织 无刚性、振动多的机械 无刚性的机械,如果将 …粗组织 陶瓷变更为热度树脂,多能获得好结果 切入(磨削压)大的时候 …热固树脂 强碱性…陶瓷 21

结合度 软的粘性材料…硬结合度 硬的脆性材料…软结合度 组织 软的粘性材料 …粗组织 硬的脆性材料 …密组织 自由磨削…粗组织 精密磨削…密组织 粘合剂 超硬合金 橡 胶 …陶瓷 铝 自由磨削…硬结合度 精密磨削…中或软结合度 接触面积小…硬结合度 接触面积大…软结合度 有刚性、振动少的机械…软结合度 无刚性、振动多的机械…硬结合度 速度大的时候…软结合度 速度小的时候…硬结合度 速度大的时候…硬结合度 速度小的时候…软结合度 切入(磨削压)大的时候…硬结合度 切入(磨削压)小的时候…软结合度 湿式时与干式相比硬一点的结合度 熟练者与不熟练者相比软一点的结合度

自由磨削…热固树脂 精密磨削…陶瓷 镜面加工…热固树脂 接触面积大…多孔性 接触面积小…密组织 接触面积大…粗组织 无刚性、振动多的机械 无刚性的机械,如果将 …粗组织 陶瓷变更为热度树脂,多能获得好结果 切入(磨削压)大的时候 …热固树脂 强碱性…陶瓷 21

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