超硬磨具知識(shí)匯總

時(shí)間：2020-04-20作者：昆山市錸金電子有限公司瀏覽：76

　一、超硬磨具的使用特點(diǎn)
　　
　　采用超硬磨料（金剛石或立方氮化硼）作為切削材料的磨具，稱為超硬磨料磨具（簡(jiǎn)稱超硬磨具）。由于超硬磨料比普通磨料有著較大的優(yōu)越性，因而超硬磨料比普通磨料就顯示出十分優(yōu)良的磨削性能，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，具體表現(xiàn)在：
　　
　　1、超硬磨料本身具有較高的硬度，可加工各種高硬度材料，特別是對(duì)普通磨料難以加工的材料較顯其優(yōu)越性；
　　
　　2、超硬磨具加工中磨損少，使用周期長(zhǎng)，磨削比高，可獲得較佳的經(jīng)濟(jì)性，使用中形狀保持性好，*經(jīng)常更換砂輪和修整砂輪，節(jié)約工時(shí)，改善勞動(dòng)條件，有利于加工操作；
　　
　　3、超硬磨料切削鋒利，磨削力小，有利于被加工零件加工精度和表面粗糙度的改善，減少機(jī)床的動(dòng)力消耗；磨料顆粒鋒利使得磨具在加工中磨削溫度較普通磨具要低，可大大提高被加工表面質(zhì)量，減少或避免零件出現(xiàn)裂紋、燒傷、金相組織復(fù)化等弊病，從而提高零件的使用壽命，大為改善總的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
　　
　　鑒于超硬磨具有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性，隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，隨著加工工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，用量不斷增長(zhǎng)，有力地推動(dòng)著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但由于超硬磨具的工具成本較高，而且又有其本身的*特性能和規(guī)律性，使用不當(dāng)不僅會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)，而且得不到滿意的加工質(zhì)量和應(yīng)該得到的優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效果。
　　
　　二、首先，要選擇合適特性的超硬磨具
　　
　　超硬磨具是一種和普通磨具不同的磨具，其結(jié)構(gòu)形式和個(gè)性也不相同，有其*特的特性。超硬磨具的特性是指磨料、粒度、結(jié)合劑、濃度、形狀和尺寸等項(xiàng)。
　　
　　1磨料的選擇：
　　
　　超硬磨料主要有金剛石和立方氮化硼兩大類，用于超硬磨具的金剛石主要指人造金剛石，**金剛石已基本不用于制作磨具。人造金剛石和立方氮化硼除均為高溫高壓下人工合成、具有高硬度、鋒利性好、耐磨損等共同特性外，性質(zhì)上仍有很大的差別，因而使用范圍有明確的分工。
　　
　　金剛石是自然界目前人類認(rèn)識(shí)的較堅(jiān)硬物質(zhì)，作為磨料表現(xiàn)出較優(yōu)的硬度、強(qiáng)度、研磨能力，導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)等，可加工很多的硬質(zhì)材料，如加工硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石瑪瑙、玻璃、石材、建材、混凝土和半導(dǎo)體材料等就顯示出很大的優(yōu)越性。但由于金剛石是碳的同素異形體，在較高的溫度下易于鋼鐵的鐵族元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，引起強(qiáng)烈化學(xué)磨損，直接影響磨具的磨削性能和損耗，所以不適宜加工這類材料。
　　
　　立方氮化硼雖然硬度**金剛石，但比普通磨料仍高得多，其導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和研磨能力也優(yōu)得多，也是一種非常優(yōu)異的磨削材料，而且立方氮化硼的穩(wěn)定性和化學(xué)惰性也大大**金剛石，所以對(duì)普通磨料難以加工且金剛石又不宜加工的硬而韌的金屬材料不失為一種非常合適的磨料，如工具鋼、模具鋼、不銹鋼、耐熱合金等，特別是高釩高速鋼、鋁高速鋼等對(duì)磨削溫度較為敏感的金屬材料較是較為理解的磨料。
　　
　　人造金剛石和立方氮化硼目前已有多種品種，適用的領(lǐng)域也不相同，我們應(yīng)有一個(gè)全面的了解，在GB/T6405-94標(biāo)準(zhǔn)中有明確的說(shuō)明（見(jiàn)下表），人造金剛石的有些品種僅用于制作工具，而非用于磨具。
　　
　　硬、韌金屬材料的研磨和拋光
　　
　　金剛石和立方氮化硼還有鍍衣磨料，即在磨粒表面鍍附一層物質(zhì)，通常樹(shù)脂結(jié)合劑磨具干磨時(shí)，選用鍍銅金屬衣磨料，濕磨時(shí)選用鍍鎳金屬衣磨料，陶瓷結(jié)合劑磨具選用鍍陶瓷材料的磨料，其目的是制作磨具時(shí)增加磨粒和結(jié)合劑的結(jié)合強(qiáng)度，延長(zhǎng)磨具使用壽命，降低加工成本。一般情況下，鍍衣增重以不**過(guò)磨料自重50％為宜，但成型磨削、間斷磨削增重可達(dá)50～**.
　　
　　2粒度的選擇：
　　
　　粒度是指磨粒大小的量度。粒度號(hào)指按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)磨粒尺寸所作的分級(jí)標(biāo)記。在標(biāo)志超硬磨具的特性時(shí)，粒度指的就是粒度號(hào)。
　　
　　在超硬磨具使用中，選擇磨具的粒度一般根據(jù)被加工工件表面粗糙度要求、磨削加工效率、工序要求，以及磨具結(jié)合劑的種類綜合加以考慮，下列兩表可作參考。
　　
　　
　　
　　在磨加工中操作者一般都具有普通磨料磨具的使用經(jīng)驗(yàn)，粒度選擇的原則基本相同，但考慮到兩大類磨料性能的差異，要求達(dá)到相同的加工表面粗糙度，由于超硬磨粒的鋒利性和不易磨損性，選用的粒度號(hào)就要比普通磨料細(xì)1～2個(gè)粒度號(hào)。
　　
　　選擇超硬磨具的粒度時(shí)，還應(yīng)考慮磨具所采用的結(jié)合劑，因?yàn)楦鞣N結(jié)合劑均有它的較佳粒度范圍，太粗或太細(xì)均不利于其磨削加工。一般情況下，樹(shù)脂結(jié)合劑磨具選用100/120以細(xì)；陶瓷結(jié)合劑磨具選用100/120～170/200；金屬結(jié)合劑磨具選用70/80～230/270。當(dāng)然還要看加工效率和加工表面粗糙度要求等選擇較佳粒度，要求加工效率高時(shí)，選用較粗粒度號(hào)。反之選較細(xì)粒度號(hào)。
　　
　　3結(jié)合劑的選擇：
　　
　　超硬磨具結(jié)合劑是制作磨具不可缺少的，其作用是將磨粒粘結(jié)成具有一定幾何形狀，并把持住磨粒使其在加工中承受磨削力而起到切削作用，超硬磨具結(jié)合劑主要有樹(shù)脂結(jié)合劑（代號(hào)B）、陶瓷結(jié)合劑（代號(hào)V）和金屬結(jié)合劑（代號(hào)M）三大類，如何選擇結(jié)合劑主要依據(jù)其自身的性能和加工中對(duì)磨具的要求而定。
　　
　　樹(shù)脂結(jié)合劑自銳性能良好，不易堵塞，很少修整，磨削效率較高，磨削溫度較低，而且本身具有一定彈性，能起拋光作用，故其在超硬磨具中得到廣泛應(yīng)用，樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石磨具經(jīng)常應(yīng)用于硬質(zhì)合金工件、鋼基硬質(zhì)合金工件，以及部分非金屬材料的半精磨、精磨等；樹(shù)脂結(jié)合劑立方氮化硼磨具主要用于高釩高速鋼刀具的刃磨和工具鋼、模具鋼、不銹鋼和耐熱合金工件的半精磨、精磨等。但樹(shù)脂結(jié)合劑耐熱性差，在較高的磨削溫度下耐磨性差，磨具的磨損大，在大負(fù)荷磨削時(shí)尤為明顯，常以采用鍍附金屬衣磨料來(lái)加以改善。
　　
　　陶瓷結(jié)合劑是目前應(yīng)用日益廣泛的一種結(jié)合劑，該種結(jié)合劑磨具工作表面有較好的容屑空間，切削鋒利，磨削效率高，加工中不易發(fā)熱和堵塞，有利于磨削過(guò)程的平穩(wěn)進(jìn)行，熱膨脹量小，容易控制加工精度，而且該種磨具整形、修整相對(duì)容易，對(duì)方便恢復(fù)磨具工作表面的切削能力十分有利。一般用于粗磨、半精磨，以及接觸面大的成型磨削等。由于金剛石的耐熱性較差，陶瓷結(jié)合劑燒結(jié)時(shí)必須溫度很低，目前還有較大難度，使得陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具較少采用，所以陶瓷結(jié)合劑主要還是應(yīng)用在耐熱性較好的立方氮化硼磨具。
　　
　　金屬結(jié)合劑有青銅結(jié)合劑和電鍍結(jié)合劑兩大類。青銅結(jié)合劑磨具是以銅粉、錫粉為主要材料和補(bǔ)充改善其性能的其它材料充分混和，再將磨料加入其中充分混合均勻，置于模具中壓制成型（一般有冷壓——在室溫下壓制和熱壓——在加熱條件下壓制之分），然后燒結(jié)而成。該種磨具的結(jié)合劑和磨粒的結(jié)合強(qiáng)度高，耐磨性好，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，保持形狀好，能承受較大的負(fù)荷。但缺點(diǎn)是自礪性差，容易堵塞磨具表面，發(fā)熱大，磨具修整也十分困難。它主要用于玻璃、陶瓷、石材、建材、混凝土、半導(dǎo)體材料等非金屬材料的粗磨、精磨和切割工序，少量用于硬質(zhì)合金、復(fù)合超硬材料的磨削加工，以及成型磨削和各種珩磨、電解磨削等。青銅結(jié)合劑立方氮化硼磨具目前除用于合金鋼工件的珩磨外還較少使用。電鍍結(jié)合劑是一種結(jié)合強(qiáng)度較高的結(jié)合劑，一般將單層或多層磨粒用電鍍方法鍍?cè)诮饘倩w上，該種結(jié)合劑磨具工作表面上單位面積的磨粒數(shù)比其它幾種結(jié)合劑高得多，而且磨粒都裸露出結(jié)合劑表面，因而切削鋒利，磨削效率高。但受鍍層厚度限制，磨具總的使用壽命不可能太高，一般用于特殊用途加工，如成型磨削用磨具、小磨頭、套料刀、電鍍鉸刀、銼刀等。這些年來(lái)，立方氮化硼電鍍金屬結(jié)合劑磨具應(yīng)用日益擴(kuò)大，特別在加工各種鋼類零件的小孔、型腔時(shí)較為**，*具特色，磨削效率高，經(jīng)濟(jì)性好，還可獲得較好的形狀精度。
　　
　　4濃度的選擇：
　　
　　超硬磨具濃度是指磨具工作層內(nèi)單位體積中的含超硬磨料的質(zhì)量，它是超硬磨具所*有的特性。**上統(tǒng)一約定每立方厘米體積內(nèi)含有0.88克超硬磨料時(shí)，其濃度稱為100％，代號(hào)100，常用濃度見(jiàn)下表：
　　
　　濃度采用過(guò)高或過(guò)低都不利于超硬磨具的正常使用，并直接影響磨削效率、加工成本和加工質(zhì)量。選用時(shí)應(yīng)首先考慮磨具結(jié)合劑的種類，各種結(jié)合劑由于結(jié)合能力的不同，均有它各自的較佳濃度范圍，一般人造金剛石磨具采用的濃度范圍見(jiàn)下表：
　　
　　立方氮化硼磨具由于磨料性質(zhì)和加工對(duì)象材質(zhì)的不同，采用濃度一般比人造金剛石磨具高25~50%。
　　
　　對(duì)于有特殊要求的加工，濃度選用還可進(jìn)行調(diào)整。如，在拋光和高精度磨削中，常采用**一般磨削時(shí)的濃度；對(duì)要求加工效率高的工序，可采用粗粒度、高濃度的磨具；對(duì)于要求磨具形狀保持性好的成型磨削、端面磨削、溝槽磨削等，應(yīng)選擇較高濃度的磨具。
　　
　　5形狀和尺寸的選擇：
　　
　　超硬磨具的形狀和尺寸可根據(jù)加工機(jī)床的技術(shù)條件和要求，以及對(duì)被加工工件的加工部位的要求來(lái)決定，常用的超硬磨具的形狀及其使用范圍見(jiàn)下表：
　　



　　三、其次，需采用合理的磨削用量
　　
　　超硬磨具由于本身的特點(diǎn)，使用時(shí)在選擇合適的磨具特性后，還必須采用合理的磨削用量，才能獲得較佳的磨削效果，得到高效加工效率、良好的加工質(zhì)量和較低的加工成本。
　　
　　1、砂輪速度（vs）的采用：
　　
　　砂輪速度指的是砂輪使用速度、砂輪工作時(shí)的圓周速度，即砂輪圓周上較大直徑處測(cè)量的砂輪切向速度，是磨削參數(shù)中至關(guān)重要的一項(xiàng)指標(biāo)，它對(duì)磨削影響較大，砂輪速度過(guò)低，其工作表面上磨粒的磨屑厚度較大，造成砂輪磨損就大，且單位時(shí)間工件表面經(jīng)過(guò)的磨粒少，使加工表面粗糙度較差。隨著砂輪速度的提高，兩者均得以改善，但砂輪速度的提高受到了機(jī)床條件的限制，砂輪速度過(guò)高時(shí)，由于機(jī)床剛性的不足，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，加劇砂輪的磨損和加工表面粗糙度的惡化，加劇磨削溫度的升高，破壞被加工表面質(zhì)量，這些都是必須避免的。
　　
　　砂輪速度的選擇一般依據(jù)結(jié)合劑種類、磨削形式和冷卻條件進(jìn)行選擇。金剛石砂輪因磨料的熱穩(wěn)定性較差，一定要限速使用，常從下列兩表中綜合加以考慮來(lái)：
　　
　　立方氮化硼砂輪由于磨料的熱穩(wěn)定性較金剛石大大提高，在較高速度下加工引起的較高磨削溫度不會(huì)像金剛石砂輪那樣因高溫引起的強(qiáng)烈磨損，造成砂輪磨損嚴(yán)重，加工質(zhì)量降低，加工成本提高，所以立方氮化硼砂輪可以采用較高的砂輪速度，反而是較高的砂輪速度才能較好地發(fā)揮立方氮化硼磨料的特性，**較佳的加工效果，一般采用如下參數(shù)：
　　
　　隨著磨床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的發(fā)展，以及磨具材料的進(jìn)步，越來(lái)越多地采用了高速磨削工藝，**了較佳的磨削效果，尤其是立方氮化硼磨具較為廣泛地采用較高的數(shù)值，電鍍結(jié)合劑立方氮化硼有的用到120~150米/秒，甚至較高，個(gè)別達(dá)到250米/秒。
　　
　　2、磨削深度（a）的選用：
　　
　　磨削深度是指工件有往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)沿砂輪徑向進(jìn)給的距離，它的大小直接影響加工效率、加工質(zhì)量和加工成本，也是磨削加工一個(gè)十分重要的參數(shù)。隨著磨削深度的增大，加工效率提高，磨具磨損加大，而且相應(yīng)增加砂輪和工件的接觸壓力，使磨削力和磨削溫度升高，達(dá)到一定量后會(huì)激劇增大砂輪磨損，同時(shí)還引起機(jī)床振動(dòng)，使加工表面質(zhì)量很快惡化，磨削溫度的過(guò)高，也會(huì)造成被加工表面燒傷、裂紋的出現(xiàn)，工件壽命將會(huì)較大降低。
　　
　　磨削深度的選用應(yīng)根據(jù)加工效率的要求、磨削方式、磨具的粒度、結(jié)合劑的種類，以及加工成本綜合加以考慮。在目**般的機(jī)床條件下，金剛石砂輪建議采用以下參數(shù)：
　　
　　立方氮化硼砂輪由于磨粒自銳性較好，且導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性等物理特性較佳，能良好地保持砂輪工作表面的鋒利性，磨削深度可大于金剛石砂輪。對(duì)于特殊的磨削工藝，如深切緩進(jìn)強(qiáng)力磨削，較是磨削深度可達(dá)兩位數(shù)，一次通過(guò)完成。
　　
　　3、工件速度（vw）的確定：
　　
　　工件速度是指工件被加工表面相對(duì)于砂輪工作點(diǎn)的相對(duì)瞬時(shí)速度，對(duì)磨削效果僅略有影響，比其它加工參數(shù)影響要弱得多。當(dāng)然，工件速度過(guò)低，在一定程度上影響加工效率和加工表面粗糙度；工件速度過(guò)高，砂輪磨損會(huì)略有增加，而且由于機(jī)床剛性的限制，還會(huì)加重磨削沖擊力，引起噪音的加大。一般超硬磨具磨削時(shí)，工件速度建議在10~20米/分范圍內(nèi)選擇較適當(dāng)。但對(duì)深切緩進(jìn)給磨削，工件速度十分緩慢，低達(dá)每分鐘幾十至幾百毫米。
　　
　　4、軸向進(jìn)給速度（va）的選定：
　　
　　軸向進(jìn)給速度是指單位時(shí)間內(nèi)工件沿砂輪回轉(zhuǎn)軸線方向相對(duì)移動(dòng)的距離，超硬磨具磨削時(shí)，隨著軸向進(jìn)給速度的增大，磨削效率提高，磨具磨損加大，加工表面粗糙度下降，一般加工建議選用下表所列參數(shù)：
　　
　　刃磨時(shí)，很多情況下都是由操作者手動(dòng)控制工作臺(tái)進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，常在1~2米/分范圍內(nèi)。
　　
　　對(duì)一些特殊要求的加工，就需根據(jù)要求來(lái)調(diào)整，如要求加工表面低粗糙度的精磨、拋光等，則必須采用很小的軸向進(jìn)給速度，對(duì)于粗粒度磨具的高效率磨削，就要采用較大的軸向進(jìn)給速度。
　　
　　四、再次，應(yīng)采用合適的磨削液
　　
　　在超硬磨具使用過(guò)程中，由于磨粒對(duì)工件材料的去除作用，和磨具與工件的相對(duì)摩擦，磨削區(qū)的溫度是很高的，加上超硬磨料導(dǎo)熱系數(shù)高，很快傳到磨具中，引起磨具溫度的快速提高，會(huì)影響磨削過(guò)程的正常進(jìn)行，增加砂輪的磨損，工件表面粗糙度下降，加工質(zhì)量變差，溫度太高時(shí)，甚至?xí)斐晒ぜ砻胬瓚?yīng)力的較大提高，引起表面裂紋。對(duì)樹(shù)脂結(jié)合劑磨具太高的磨削溫度還會(huì)造成磨粒附近結(jié)合劑的熱分解，破壞了其結(jié)合強(qiáng)度，引起磨具磨損的較大加劇，大為降低磨削工序的經(jīng)濟(jì)性。所以采用超硬磨具進(jìn)行加工時(shí)，在條件允許的情況下應(yīng)盡量采用磨削液，達(dá)到降低磨削區(qū)溫度，加強(qiáng)潤(rùn)滑效果，改善加工狀況，充分合理使用超硬磨具的目的。
　　
　　選擇磨削液時(shí)，除一般要求無(wú)腐蝕、**，符合環(huán)保要求外，還應(yīng)有良好的潤(rùn)滑性、洗滌性和冷卻效果，對(duì)超硬磨具來(lái)說(shuō)較強(qiáng)調(diào)其洗滌性和冷卻效果。金剛石磨具加工硬質(zhì)合金和各種高合金剛時(shí)，宜采用輕質(zhì)礦物油、蘇打水（樹(shù)脂結(jié)合劑磨具不宜）及各種水溶性磨削液、弱堿性乳化液等，尤以煤油、輕柴油和水溶性磨削液為佳。金剛石磨具加工非金屬材料時(shí)，一般用水做磨削液。立方氮化硼磨具加工時(shí)，由于磨料在高溫下易和水產(chǎn)生水解作用，大大加劇磨具的磨損，一般不采用水溶性磨削液，多數(shù)采用輕質(zhì)礦物油（如煤油、輕柴油等），當(dāng)必須采用水溶性磨削液時(shí)，也必須加入較壓添加劑，以減弱磨料的水解作用。
　　
　　五、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　**將使用超硬磨具進(jìn)行磨削加工時(shí)，主要應(yīng)該關(guān)注的幾方面問(wèn)題作了簡(jiǎn)要闡述，可能拾一漏萬(wàn)，所述內(nèi)容僅供參考，也可能有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)斧正。隨著技術(shù)的進(jìn)步，新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷創(chuàng)新，磨削加工工藝也在飛躍發(fā)展，超硬磨具的使用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，磨具的特性和磨削工藝參數(shù)必將涌現(xiàn)很多新鮮事物，有待我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)、總結(jié)、提高。就超硬磨具的使用而言，還有一些使用中的重要問(wèn)題也沒(méi)有探討，諸如超硬磨具的修整、使用中對(duì)機(jī)床的要求、磨具的平衡、安裝、運(yùn)輸、保存等問(wèn)題，由于篇幅限制，本文就未作介紹了。


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