2.7　磨具的選擇和使用

磨料、磨具是推動磨削加工技術發(fā)展的一個極為活躍而又十分關鍵的因素。正確選擇和使用磨具對提高磨削加工效果至關重要。現(xiàn)對各類磨具的選擇原則作簡要敘述。

2.7.1　普通磨具的選擇與使用

磨削過程就是磨具中的磨粒對工件的切削過程。選擇磨具就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工件材料的物理力學性能產(chǎn)生的抗力。由于磨具品種、規(guī)格繁多，而每一種磨具都不是萬能的切削工具，只有一定的適用范圍，因此對每一種磨削工作，都必須適當選擇磨具的特性參數(shù)，才能達到良好的磨削效果。磨具特性主要包括磨料、粒度、硬度、結合劑、組織、形狀和尺寸。這里從磨具特性方面來敘述選擇磨具的一般原則。

（1）磨料的選擇

磨料種類很多，其選擇原則與被加工工件材料物理力學性能有直接關系。

一般來說，磨削抗拉強度較高的工件材料時，選擇韌性較大的剛玉類磨料為宜；磨削抗拉強度低的工件材料，則以選擇脆性較大而硬度較高的碳化硅類磨料為宜。部分材料的抗拉強度與選用的磨料見表2-8。

在選擇磨料時，要考慮工件材料與磨料之間的化學反應性能。磨料與工件材料之間的化學反應是磨料產(chǎn)生化學磨損的主要原因。若用碳化硅磨料磨鋼時，會產(chǎn)生強烈的化學磨損。剛玉類磨料磨削時則無此反應，不會發(fā)生化學磨損。相反，剛玉磨料磨削玻璃時，特別是有水冷卻時，會產(chǎn)生強烈的化學反應，而碳化硅磨料磨削玻璃時則沒有這種反應。因此，剛玉類磨料可用來磨削鋼類工件，而不適于磨削玻璃，碳化硅磨料則不適于磨削鋼材。

磨料和工件材料之間的化學親和作用也要給予重視，尤其是某些難加工材料與磨料的親和作用很明顯。例如，碳化硅磨料磨削耐熱合金時，由于碳化硅能與鐵發(fā)生自化學反應且在磨削區(qū)高溫作用下，碳化硅能發(fā)生分解，并與工件材料中的某些金屬成分（如Co、Ni、Cr、W等）形成化合物，使碳化硅砂輪發(fā)生較嚴重的磨損，而用單晶剛玉磨削耐熱合金時，則能取得較好的磨削效果。此外，選擇磨料時，還要考慮磨料的紅硬性。

下面介紹各種磨料的性能及適用范圍。

①棕剛玉（A）　磨料的韌性大，硬度高，顆粒鋒銳。因此，它適合于磨削抗拉強度較高的材料，如碳素鋼、普通合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等。棕剛玉價格便宜，應用十分廣泛，被視為通用磨料。棕剛玉的二級品，可作為磨修砂輪、砂瓦、砂布、砂紙用磨料及制作樹脂切斷砂輪。

②白剛玉（WA）　磨料的硬度略高于棕剛玉，但其韌性差一些。硬的磨料容易切入工件，可以減少工件的變形和磨削熱量。白剛玉磨料最適于精磨、刀具的刃磨、螺紋的磨削及磨削容易變形及燒傷的工件，但價格高于棕剛玉。

③單晶剛玉（SA）　磨料具有良好的多棱切削刃，并有較高的硬度及韌性。這種磨料在磨削時不易破碎，切削能力強、壽命長，適于加工較硬的金屬材料，如高釩高速鋼、耐熱合金鋼及鈷基、鎳基合金鋼與不銹鋼等材料。尤其是含釩2％～3％的高釩鋼，其可磨性能很差，用一般磨料很難磨削，而用單晶剛玉磨料則能適用。單晶剛玉磨料磨削淬火鋼、工具鋼及其他合金鋼時，均能獲得良好的磨削效果。單晶剛玉磨料生產(chǎn)量較小，只推薦用于耐熱合金及難磨金屬材料的磨削。

④微晶剛玉（MA）　外觀、色澤、化學成分均與棕剛玉相似，所不同的是它的顆粒是由許多微小晶體集合組成。它具有強度高、韌性大、自銳性良好的特點，磨削過程中不易成大顆粒地脫落。由它制成的磨具磨損小，適于不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼、特種球墨鑄鐵等材料的磨削，還用于重負荷磨削和精密磨削。

⑤鉻剛玉（PA）　磨料的硬度與白剛玉相近，韌性比白剛玉稍高，切削性能較好且有較高的強度和足夠的脆性，因此磨削工件的表面不易燒傷和產(chǎn)生裂紋，并能提高生產(chǎn)率。用它制成的磨具現(xiàn)狀保持性好，因而適用于成形磨削。鉻剛玉比白剛玉具有更好的磨削性能，能使被加工表面降低表面粗糙度值。鉻剛玉廣泛用于淬火鋼、合金鋼刀具、螺紋的磨削加工、量具及儀表零件的精密磨削。

⑥鋯剛玉（ZA）　是Al2O3和ZrO2的復合氧化物，韌性較好，適合于重負荷磨削及耐熱合金鋼、鈦合金、奧氏體不銹鋼的磨削。

⑦黑剛玉（BA）　磨料外觀呈黑色，具有一定的韌性，硬度比棕剛玉低，多用于自由研磨，如電鍍前、拋光的打磨或粗磨，用于噴砂，制作粗砂輪、砂布、砂紙等。

⑧黑碳化硅（C）　硬度比剛玉類磨料高，切刃銳鋒，但性脆。導熱性良好，散熱快，自銳性能優(yōu)于剛玉磨料。適宜加工抗拉強度較低的材料，如灰口鑄鐵、白口鑄鐵、青銅、黃銅、礦石、耐火材料、骨材、玻璃、陶瓷、皮革、橡膠等，還適于磨削熱敏性材料，可用于干磨。黑碳化硅磨料可用于自由研磨，廣泛用于珠寶、玉器、瑪瑙制品的切割和整形等作業(yè)。

⑨綠碳化硅（GC）　磨料性質(zhì)比黑碳化硅硬而脆，較鋒利，具有尖銳的切削微刃，很容易切入被加工工件，但韌性不高。綠碳化硅除具有與黑碳化硅相同的用途外，主要適用于硬質(zhì)合金刀具和工件磨削、螺紋磨削及其工具的精磨，還可磨削瑪瑙、鐘表寶石軸承、高級珠寶玉器、貴重金屬（如鍺）的切割和自由研磨。其價格高于黑色碳化硅，除磨削硬質(zhì)合金材料和技術要求較高的一些工件加工外，應盡量選用黑碳化硅磨料。

⑩立方碳化硅（SC）　性脆而鋒銳。用它制成的油石和小砂輪對微型軸承進行超精研磨和溝道磨削時有較強的磨削能力，并能降低微型軸承的表面粗糙度值。

碳化硼（BC）磨料呈黑色，顆粒比金剛石更易于破碎而形成新的鋒銳的切削刃，切削性能保持性較好。但因工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，生產(chǎn)的碳化硼的粒度只有100#及更細的粒度，加之碳化硼磨料熱穩(wěn)定性差，不能承受高溫作用，所以多將其制成研磨膏或拌入油劑用于自由研磨，適宜于硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、模具、精密元件加工和拋光。

（2）磨料粒度的選擇

磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般可根據(jù)以下各點選取。

①工件加工精度要求較高，表面粗糙度值較低時，應選取磨料粒度細的磨具。磨料越小，同時參與切削的磨料越多，工件表面上殘留的磨粒切削痕跡越小，表面粗糙度值就越低。但是，磨料粒度的選擇還必須和所采用的磨削條件結合起來考慮。若所選用的磨削用量小，砂輪修整精細，則選用磨料粒度粗一些也可獲得較低的工件表面粗糙度值。

②磨具和工件表面接觸面積比較大，或者磨削深度也較大時，應選用粒度粗的磨料。粒度粗的磨料和工件表面的摩擦較少，發(fā)熱量也較少。因此，用砂輪端面磨平面時，所選用的磨料粒度比用砂輪的周邊磨平面時可以粗一些。

通常，平面磨削采用36#～46#粒度的砂輪，工件表面粗糙度值Ra可達0.8～0.4μm。若提高砂輪速度vs，減少磨削深度ap，工件表面粗糙度值Ra可達0.4～0.2μm，精磨時，采用150#～240#粒度的磨料進行磨削，工件表面粗糙度值Ra達0.2μm或更低。在進行鏡面磨削時，選用微粉W10～W7粒度的樹脂結合劑的石墨砂輪，工件表面粗糙度Ra可達0.012μm。

③粗磨時，加工余量和采用的磨削深度都比較大，磨料的粒度應比精磨時粗，這樣才能提高生產(chǎn)效率。

④切斷和開溝工序，應采用粗粒度、松組織且硬度較高的磨料。

⑤磨削韌性金屬和軟金屬時，如黃銅、紫銅、軟青銅等，磨具表面易被切屑堵塞，所以應該選用粒度粗的磨料。

⑥磨削硬度高的材料，如淬火鋼、合金鋼等，應選用粗粒度的磨料。磨削硬質(zhì)合金時，由于材料的導熱性較差，容易產(chǎn)生燒傷、龜裂，因而應選用粒度粗一些的磨料為宜。對于薄形及薄壁形工件的磨削，也因其容易發(fā)熱變形而應選用粒度粗些的磨料。

⑦對于切削余量小，或者磨具與工件接觸面不大的工件，可以選用粒度細一些的磨料。濕磨與干磨用的磨具相比，其磨料粒度可以細一些。

⑧在剛性好的磨床上加工時，可選用粒度粗一些的磨料。

⑨成形磨削時，希望砂輪工作面的形狀保持性要好，因而磨料選用較細的粒度為宜。

⑩高速磨削時，為了提高磨削效率，磨料的粒度反而要比普通磨削時偏細1～2個粒度號。因為粒度細的磨粒比較尖銳，容易切入工件。同時，砂輪單位工作面積上的工作磨粒要多，每顆磨粒上承受的力反而要小些，因而不易磨鈍。另外，即使個別磨粒脫落，對砂輪磨損的不均勻性的影響也不如粗粒度的大，因此有利于保持磨削過程的平穩(wěn)性。但高速磨削時的砂輪粒度也不能過細，否則排屑條件變壞，反而不利于提高磨削效率。

一般來說，中等粒度的磨料應用最普遍。細粒度磨料通常只在精磨、研磨和拋光時使用。成批生產(chǎn)時，在滿足工件粗糙度要求的前提下，應盡量選用粒度粗一些的磨料，以提高生產(chǎn)效率。而在小批量或單件生產(chǎn)時，一般著重考慮工件的加工質(zhì)量，所以選用一些細粒度的磨料比較有利。不同粒度的磨料應用范圍參見表2-9。

（3）磨具硬度的選擇

合理選擇磨具的硬度，是獲得良好磨削效果的關鍵。

選擇磨具硬度時，最基本的原則是：保證磨具在磨削過程中有適當?shù)淖凿J性，避免磨具過大的磨損；保證磨削時不產(chǎn)生過高的磨削溫度。

前已述及，磨具硬度的高低與結合劑數(shù)量的多少有關，磨具的硬度越高，結合劑數(shù)量就要多，結合劑橋越粗壯，結合劑對磨粒的把持力越大，使磨粒能承受較大的磨削力而不破碎或脫落。反之，磨具硬度低時，則結合劑對磨粒的把持力小，磨粒容易碎裂或脫落。因此，如果磨具的硬度選得過高，不僅使磨鈍的磨粒不易破碎或脫落而失去其切削能力，而且也增加了磨具與工件之間的摩擦力，工件表面容易發(fā)熱而出現(xiàn)燒傷。為了及時除去磨鈍的磨粒，就必須頻繁地修整磨具，造成磨具的大量磨耗。如果磨具的硬度選得過軟，則磨粒還在鋒銳的時候就會脫落，從而造成不必要的磨損。同時，磨具磨損太快，其工作表面磨損極不均勻，還會影響工件的加工精度。

綜上所述，只有正確選擇磨具的硬度，才能保持其正常的磨削狀態(tài)，滿足加工的需要。特別是刃磨某些工具時，磨具硬度即使偏差一小級，都會影響刃磨質(zhì)量，可見磨具硬度的影響是十分重要的。

選擇磨具硬度時，最基本的方法是：工件硬度高，磨具的硬度就要低；工件硬度低，磨具的硬度就要高。因為工件硬度較低時，磨具上的磨粒切入工件所承受的壓力就相應較小，磨粒不易磨鈍，為使磨粒不會在變鈍前就產(chǎn)生破碎或脫落，故選用硬度高一些的磨具比較合適；反之，工件硬度高時，磨粒切入工件所承受的壓力相應較大而容易變鈍，選用硬度較軟的磨具可及時產(chǎn)生自銳，保持磨具的磨削性能。但是，工件材料更軟而且韌性又大時（如軟青銅、黃銅等），由于切下的金屬切屑容易堵塞磨具，所以應選用粒度較粗而硬度較軟的磨具來加工為宜。

磨具的硬度也是影響磨削區(qū)域溫度高低的重要因素。磨削熱導率低的工件（如合金鋼）時，由于工件表面溫度相對較高，因此往往容易產(chǎn)生燒傷、裂紋，此時就應選擇硬度較低、組織較松的砂輪，同時還要加強冷卻，這樣才能有效避免工件的燒傷。同樣，磨削薄形工件時，也需采用組織較松、硬度較低的砂輪。當磨削薄壁空心工件的外圓時，砂輪的硬度應較之磨實心工件時低些，這也是為了防止磨削溫度升高而引起工件變形之故。

選擇磨具硬度時，一般還要考慮以下一些情況。

①磨具與工件接觸面積大時，磨具的硬度應選得低一些，以免工件發(fā)熱過高而影響磨削質(zhì)量。例如，立軸平磨所用的磨具硬度較低；平面磨削和內(nèi)圓磨削所用的砂輪硬度比外圓磨削用的砂輪硬度低。但在磨細而長的內(nèi)孔時，由于砂輪速度低，砂輪容易磨損而使工件產(chǎn)生錐度（喇叭口），因而砂輪的硬度又要比一般內(nèi)圓磨時高些。同樣，磨小孔徑的工件可采用較硬的砂輪，磨大孔徑的工件則應采用較軟的砂輪。

②磨斷續(xù)的表面和鑄件打毛刺時，應該選硬級或超硬級的砂輪；重負荷磨鋼坯時，也應選硬級或超硬級的砂輪，以免砂輪磨損太快。

③修整用的代金剛石磨具（砂輪或油石），由于修整時的壓力較大，需要較高的硬度，因此常采用超硬級的磨具。

④重型磨床和剛性較好的磨床，由于它們在磨削時的振動小，磨粒不容易被破壞，因此可用硬度較低的砂輪。

⑤外圓切入磨削時，為避免工件燒傷，砂輪硬度應比軸向進給時低些。

⑥自動走刀的磨床可以比手動走刀的磨床用較軟的砂輪。

⑦加工表面要求粗糙度值越小，工件尺寸要求越精確時，應該選擇硬度越低的砂輪，以免磨削時發(fā)熱過多，工件表層組織變壞。例如，用超軟級鏡面磨削樹脂結合劑砂輪，可以磨出粗糙度Rz為0.05μm的表面。但是，對于一般精磨用砂輪，硬度又要高些，否則會由于砂輪工作表面產(chǎn)生不均勻磨損而影響工件的加工精度。

⑧工件表面出現(xiàn)的劃痕，常與磨具硬度選擇不當有關。當磨具硬度太低時，磨粒容易脫落，于是由于擠壓或摩擦的作用，脫落的磨粒會劃傷工件表面，因而此時要適當提高磨具的硬度。

⑨干磨時工件容易發(fā)熱，應比濕磨時選用軟1～2小級的砂輪。

⑩生產(chǎn)效率要求較高時，可以選用軟一些的砂輪，以利于砂輪的自銳，減少修整次數(shù)。但砂輪的磨損會相應增加，因而在技術經(jīng)濟指標上要進行全面的分析比較。

高速磨削時，當進給速度不變，則磨粒切下的切屑變薄，磨粒承受的切削力相應減小，砂輪的磨損也就慢些。此時為了改善砂輪的自銳情況，其硬度就要比普通磨削時軟1～2小級，這是高速精磨時的情況。同樣，對于一些不平衡的工件（如曲軸等），由于磨削時的工件速度不能太高，因此砂輪的硬度也要選得低一些，以免燒傷工件。以提高切削效率為主要目的高速磨削，切入進給量要加大，此時磨粒上承受的磨削力增加。為了保證磨粒不過早脫落，砂輪的硬度就應比普通磨削時高1～2小級。

磨鋼球（滾珠）時，應選超硬級的砂輪；一般切斷工件，砂輪的硬度應選中至中硬級。

刃磨硬質(zhì)合金和高速鋼刀具時，應選擇J～G硬度的砂輪。

成形磨削時，為了保持工件的正確幾何形狀，砂輪的磨損不應太大，因此砂輪的硬度應高一些。

（4）結合劑的選擇

磨具中結合劑的性能，影響它與磨粒的反應能力及其強度。結合劑與磨粒之間的反應能力好，結合劑與磨粒的結合力就強，磨粒就不容易碎裂或脫落。結合劑的強度高，磨粒不僅能承受較高的磨削力，而且還可使砂輪具有較高的回轉(zhuǎn)強度而不容易破裂。此外，結合劑與磨粒的反應能力較好時，對于同樣硬度的磨具來說，所用的結合劑數(shù)量就可以少些，因而磨具的組織更為疏松，有利于磨削工作的進行。

磨具結合劑的選擇主要與加工方法、使用速度及工件表面加工要求等有關。每種結合劑都有它本身的優(yōu)點和缺點，應該結合磨削時的條件來選擇磨具結合劑的種類。

①陶瓷結合劑（V）　這種結合劑的應用范圍最廣，能制成各種粒度、硬度、組織、形狀和不同大小的磨具。陶瓷結合劑在磨削時性能穩(wěn)定，耐水、耐酸、耐堿、耐油且不受天氣、溫度變化的影響，能在多種磨削液條件下進行磨削，也可用于干磨。與其他結合劑相比，陶瓷結合劑可制成不同氣孔尺寸的磨具，如大氣孔砂輪、松組織砂輪等，磨削時不易受切屑堵塞，因而磨削效率高。

在磨料、粒度、硬度相同并在同樣條件加工同樣工件時，陶瓷結合劑磨具的磨損也比其他結合劑要小，因而它的使用壽命較長。

通常，陶瓷結合劑砂輪的使用速度在35m/s以下，但也可制成高于35m/s的高速砂輪，如50m/s、60m/s、80m/s乃至120m/s的高速砂輪。

陶瓷結合劑砂輪在磨削過程中能較好地保持外形，所以適合于成形磨削，如磨螺紋、磨齒輪、樣板磨削及其他成形磨削等。

含硼的陶瓷結合劑又比其他類型陶瓷結合劑的磨削性能好，因為它的結合劑用量少，可以相應增大磨具的氣孔率，使磨粒的切削刃更鋒芒外露。

②樹脂結合劑（B）　其使用范圍僅次于陶瓷結合劑。它具有一定的彈性和足夠的強度，并具有拋光性能，粗、精、細磨均可采用。一般適用于以下幾個方面。

由于樹脂結合劑在高溫下容易燒毀，自銳性好，在一般或高速的荒磨工序上應用很廣，如鑄件打毛刺、磨鋼坯、防止發(fā)熱的平面磨削等。

樹脂結合劑還常用于切割金屬材料或切割非金屬材料，如薄片砂輪及切礦石砂輪等。

樹脂結合劑還可以制成高厚度砂輪，用于無心磨削的導輪和主軸平面磨床用的筒形砂輪。

樹脂結合劑具有較好的拋光性能，用它制成的細粒度砂輪可用作鏡面磨削，加工工件表面粗糙度值可達Ra0.012μm。

樹脂結合劑砂輪的制作工藝比較靈活，可以加入玻璃纖維網(wǎng)，以增加砂輪的強度，由它制成60～80m/s的高速磨片、高速切割片等，可用于打焊縫或切斷。

這種結合劑還可加入石墨材料或銅粉制成導電砂輪，在電化學磨削中獲得良好效果。

③橡膠結合劑（R）　比樹脂結合劑更富有彈性，可制成0.2mm及更薄的薄片砂輪，用于切斷彈簧卡頭及鋼筆尖開溝。橡膠結合劑在高溫作用下易產(chǎn)生塑性變形，磨削后的工件表面粗糙度值較低，故適用于超精磨削或鏡面磨削。

橡膠結合劑砂輪也常用來磨削軸承內(nèi)、外溝道。用它制成的柔性拋光砂輪可用于鉆頭溝槽拋光，絲錐、板牙拋光及飛機發(fā)動機葉片拋光等工序。

橡膠結合劑砂輪對工件的摩擦力較大，無心磨床上使用的導輪幾乎都采用此種結合劑制成。

橡膠結合劑砂輪的組織比較緊密，不適合進行粗磨。但它能較好地保持外形輪廓，因此也可用來磨削成形表面。

④菱苦土結合劑（Mg）　這種結合劑制作的砂輪，其結合強度雖較差，但因容易產(chǎn)生新的鋒利磨粒，因而在某些磨削工序上的效果反倒優(yōu)于其他結合劑。這種結合劑容易起水解作用，一般不適于在濕磨條件下工作，所以應用范圍不廣，一般用于磨保安刀片、農(nóng)用刀具、切紙刀具及磨糧食谷物、磨地板、磨膠體材料（如牙膏、石油）等。使用時，砂輪速度一般在20m/s以內(nèi)。

⑤其他結合劑　如金屬結合劑多用于制造金剛石磨具。

（5）磨具組織的選擇

磨具的組織對磨削性能的影響很大。不同組織的砂輪，其孔隙不一樣，磨粒的密度也不同。因此，即使磨具硬度相同但組織不同，砂輪的磨削性能也有差別。磨具的組織疏松時，磨削效率高，但磨具的磨損快，壽命短；組織太緊密時，因難以容納切屑而容易燒傷工件。

磨削硬度低而韌性大的材料時，磨具易被磨屑堵塞，需要采用組織松一些的磨具。組織松的磨具可以使磨料顆粒最大限度地切入工件，并將較厚的磨屑帶走。用大氣孔碳化硅砂輪磨橡膠皮輥和皮革，磨陶瓷或磨無線電陶瓷元件的坯體時，既可避免工件發(fā)熱，又可提高磨削效率，獲得較好效果。采用緩進給大切深的磨削工藝磨削內(nèi)燃機葉片根槽時，選用微氣孔超軟砂輪也可獲得良好的磨削效果。

成形磨削和精密磨削時，砂輪的組織應選擇緊密一些，以利于保持砂輪工作型面的成形性和獲得較高的精度。當砂輪與工件接觸面積大，或加工黏性難磨材料時，排屑比較困難，冷卻條件也不好，為避免磨削區(qū)域過熱，宜采用松組織砂輪。

在高速重負荷磨鋼坯時，為了保證砂輪具有足夠強度和較長的壽命，一般均采用組織最緊密的砂輪。為保證鋼球的幾何形狀，磨鋼球時也采用組織緊密的砂輪。

（6）磨具形狀和尺寸的選擇

磨具的形狀應根據(jù)磨床的條件及工件的形狀而定。

砂輪的形狀很多，各種形狀尺寸的砂輪用途如下。平形系列砂輪的直徑在3～16000mm范圍內(nèi)，內(nèi)圓、外圓、平面、無心、工具及螺紋等磨床均可應用：通常外徑150mm以內(nèi)、厚度10～100mm的平形砂輪多用于內(nèi)圓磨床；外徑75～200mm的多用在工具磨床上；外徑250～500mm、厚度20～100mm的平形砂輪在臥軸平面磨床上用得較多；外徑250～400mm、厚度32～50mm的平形砂輪多用在中等尺寸的外圓磨床上；外徑600～900mm、厚度63～75mm的平形砂輪常用來磨軋輥或用于其他外圓磨床；外徑750～1100mm、厚度28～100mm的砂輪用于磨曲軸；外徑1200～1600mm、厚度80～120mm的砂輪主要用來磨大型曲軸；外徑350～750mm、厚度125～550mm的砂輪，大部分用于無心磨床的磨削輪，用來磨削軸承內(nèi)、外套圈的外圓和圓錐、圓柱滾子外圓還用來磨削，紡織機錠桿、汽車拖拉機上的活塞銷及其他大批量生產(chǎn)的工件外圓等；外徑250～500mm、厚度8～63mm的平形砂輪，其邊緣修整成尖角后，用在螺紋磨床上磨削單線或多線外螺紋工件；外徑80～250mm、厚度6～10mm的平形砂輪，經(jīng)修整成尖角后用來磨削內(nèi)螺紋工件；外徑150～600mm、厚度13～75mm的平形砂輪用在臺式、落地式或懸掛式砂輪機上；外徑50～250mm、厚度10～25mm的平形砂輪用在手提式砂輪機上。

弧形砂輪用于磨削軸承的溝道。

（7）按各種磨削條件選擇普通磨具

各種磨削條件下普通磨具選擇見表2-10。

（8）按磨料對被磨削材料的適應性選擇磨具

按磨料對被磨削材料的適應性選擇磨具見表2-11。

（9）磨具的安全使用

絕大多數(shù)磨削工作均由高速回轉(zhuǎn)的砂輪進行切削，而砂輪（磨具）又是一種脆性物體，在其制造、運輸和使用過程的各個環(huán)節(jié)中，有許多因素影響其強度，從而影響使用時的安全性。圖2-27列出了影響磨具安全使用的各種因素。

①磨具的運輸與保管　為避免磨具在運輸和保管過程中受到損傷，必須注意以下事項。

a.長途運輸時要用木箱或柳條筐妥善包裝，并用稻草或鋸末等軟質(zhì)物質(zhì)將磨具分隔開。搬運時要防止碰撞和沖擊，堆放要穩(wěn)當。

b.陶瓷磨具不要放在潮濕或冰凍的地方；橡膠磨具不宜與油接觸；樹脂磨具不能與堿接觸，否則會降低磨具的強度及其磨削能力。

c.磨具應存放在干燥的地方，室溫不應低于5℃。

d.磨具應按規(guī)格分開放置，存放處應設有標志，以免出現(xiàn)混亂和差錯。

e.放置位置和設置方法應視磨具形狀和大小而定。較大直徑或較厚的砂輪采用直立或稍傾斜地擺放，較薄和較小的砂輪應平疊擺放，但疊放高度不要超過500～600mm。橡膠或樹脂薄片砂輪的疊放高度要在200mm以下，并在其上下各放一塊平整的鐵板，可防止砂輪變形或破裂。小直徑砂輪（50mm以下者）可用繩索串起來保管。碗形、杯形和碟形等異形砂輪應將其底朝下一個一個地疊放，但放置高度不要太高。

f.橡膠和樹脂都有“老化”現(xiàn)象，所以這兩類結合劑的磨具存放期一般不能超過一年。超過存放期的磨具，必須重新檢查后才能使用。

g.經(jīng)過改制后的砂輪，必須重新經(jīng)過回轉(zhuǎn)檢驗后才能使用。

②砂輪的安全速度　為了不致造成差錯，砂輪上均印有安全工作速度的標志，特別是高速砂輪，更應有醒目的特殊標志。必須按砂輪上標志的工作速度使用。普通磨具的最高工作速度見表2-12。

注：特殊最高速度的磨具，應按用戶要求制造，但必須有醒目標志。

③砂輪的裝夾

a.砂輪安裝前，必須校對其安全工作速度。標志不清或無標志的砂輪，必須重新進行回轉(zhuǎn)檢驗。

b.安裝砂輪前，要用木槌輕敲砂輪，如發(fā)現(xiàn)砂輪（特別是陶瓷砂輪）有啞聲時，說明砂輪內(nèi)部可能存在裂紋，這種砂輪不能使用。

c.夾在砂輪兩邊的法蘭盤，其形狀、大小要相同。法蘭盤的直徑一般為砂輪直徑的一半，內(nèi)側(cè)面要有凹槽。在砂輪端面與法蘭盤之間，要墊上一塊厚度為1～2mm的彈性紙板或皮革、耐油橡膠墊片，墊片的直徑應稍大于法蘭盤的外徑。圖2-28（a）、（b）所示為正確安裝，圖2-28（c）所示為錯誤安裝。

d.應依次對稱地擰緊法蘭盤螺釘，使夾緊力分布均勻。但不得用力過大，以免壓裂砂輪。

e.砂輪裝好后，應經(jīng)過一次靜平衡才能裝到磨床上去。如果采用圖2-28（b）所示安裝法，或者裝在沒有平衡塊的小法蘭盤上，則應檢查砂輪的徑向偏擺。偏擺過大時，要重新安裝砂輪。

④砂輪的平衡　引起砂輪不平衡的原因很多：砂輪的幾何形狀不對稱，兩端面不平行，外圓與孔不同心，砂輪各部分的組織不均勻，裝夾時砂輪偏心和磨削過程中砂輪的不均勻磨損等，都是造成砂輪不平衡的重要原因。

砂輪不平衡質(zhì)量的存在使砂輪的重心偏離回轉(zhuǎn)曲線。砂輪旋轉(zhuǎn)時，便產(chǎn)生一個離心力P（圖2-29）。此力的大小與砂輪的轉(zhuǎn)速有直接關系。例如，一個外徑為400mm的砂輪，其重量（W）約為110N，假設偏心e=1mm，當砂輪轉(zhuǎn)速ns=1670r/min時，其離心力為

如果是高速磨削，則砂輪轉(zhuǎn)速ns=3000r/min，此時離心力可高達1107N。

這樣大的離心力不僅使軸承受到方向不斷變化的徑向力Pa和Pb的作用而加速磨損，砂輪主軸也因此而產(chǎn)生強迫振動，影響被加工工件的表面質(zhì)量，甚至可能導致砂輪破裂。因此，為使砂輪能平穩(wěn)而安全地工作以獲得良好的磨削效果，對于直徑大于250mm的砂輪，都需要進行仔細的平衡。

砂輪的平衡方法有三種：靜平衡、動平衡、自動平衡。

a.砂輪的靜平衡。砂輪的靜平衡如圖2-30所示。平衡架由兩個立柱2和底座1組成，每個立柱上均有一個圓柱支承3（或棱形刀口）。圓柱支承經(jīng)過淬火和精磨，并嚴格校正至水平位置。需要平衡的砂輪裝夾在法蘭盤上，并套在平衡心軸4上，然后放到圓柱支承上進行平衡。下面介紹兩種靜平衡方法。

重心平衡法：這種方法是首先找出重心位置，然后裝上平衡塊進行平衡。

找重心的方法：將砂輪套入平衡心軸，放到平衡架圓柱支承上輕輕滾動。如果砂輪重心與旋轉(zhuǎn)軸心重合，砂輪無論滾到什么角度都可停下靜止不動；如果不重合，則因偏心e［圖2-31（a）］而產(chǎn)生對軸線x的轉(zhuǎn)動力矩Mx，Mx=We（W為砂輪重量），使砂輪在圓柱支承上來回擺動，擺動停止時，其重心必處于通過軸心的垂線下方位置［圖2-31（b）］。

重心找到以后，在重心相反的方向、半徑為R的卡盤圓槽中緊固一個重量為W0的第一塊平衡塊n1［圖2-32（a）］；如果We=W0R，則砂輪達到平衡。但有時用一塊平衡塊很難達到要求，因此必須在對稱于平衡塊n1處緊固另外的兩塊或多塊重量相等的平衡塊n2和n3［圖2-32（b）］，同時沿圓槽對稱地移動此平衡塊，直到使砂輪達到平衡為止。

三點平衡法：將重量相等的三塊平衡塊n1、n2、n3等分固定在砂輪法蘭盤的圓槽上［圖2-33（a）］，先取任意一塊（如n1）放在垂直方向的上方，如果砂輪重心與回轉(zhuǎn)中心重合或者重心與回轉(zhuǎn)中心在同一垂線上時，砂輪都將靜止不動，再將另外兩塊平衡塊n2和n3分別轉(zhuǎn)到垂線的上方，若砂輪仍然不動，說明砂輪是平衡的，如果砂輪順時針方向轉(zhuǎn)動，說明重心在右邊的某一位置，需將平衡塊n1向左移動e1的距離［圖2-33（b）］，使砂輪處于暫時的平衡，此時各平衡塊和砂輪重心所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩將滿足下述平衡方程的要求：

W0e1+W0e2=W0e3+We

式中　W0——平衡塊重量；

e1，e2，e3——各平衡塊與通過砂輪回轉(zhuǎn)中心垂線的距離；

e——砂輪重心與通過砂輪回轉(zhuǎn)中心垂線的距離。

將砂輪轉(zhuǎn)過120°，使平衡塊n2轉(zhuǎn)到垂線的上方，此時砂輪又可能處于不平衡狀態(tài)，需將平衡塊n2向右移動［圖2-33（c）］，使砂輪再次平衡。

用上述方法移動平衡塊n3，使砂輪又處于平衡狀態(tài)［圖2-33（d）］。通過一次調(diào)整三塊平衡塊的位置，砂輪往往還不能在任何角度都達平衡，而只是逐漸趨于平衡。反復調(diào)整數(shù)次，砂輪即可達到平衡。

b.砂輪的動平衡。經(jīng)靜平衡后的砂輪，一般可以滿足一定的使用要求。但是，由于受平衡架導軌的水平精度、平衡心軸的圓度及滾動摩擦等因素的影響，靜平衡的精度仍不太高。對于大直徑砂輪，由于重量很大，靜平衡時不僅勞動強度很大，費時較多，同時由于過大的重量會使平衡架和平衡心軸產(chǎn)生變形，因而會影響靜平衡精度。此外，用靜平衡法平衡寬砂輪時只能達到靜態(tài)平衡，當砂輪高速旋轉(zhuǎn)時，又可能產(chǎn)生動態(tài)不平衡。如圖2-34所示，在砂輪上有一不平衡量mx，距砂輪回轉(zhuǎn)中心的距離為rx，則轉(zhuǎn)動力矩為mxrx。此時可以用靜平衡法在砂輪的左端或者右端的法蘭盤圓槽上固定一定重量的平衡塊，使砂輪達到平衡。但當整個組件高速旋轉(zhuǎn)時，便會產(chǎn)生兩個數(shù)值相等、方向相反的離心力P'和P，從而產(chǎn)生力矩，此力矩有使整個組件沿其作用方向轉(zhuǎn)動的趨勢，并給每個軸承座一定的支反力Pa和Pb。當軸旋轉(zhuǎn)時，作用于軸承座上的支反力的方向不斷變化而引起振動。因此，對于高精度磨床和大砂輪、寬砂輪磨床，要采用動平衡方法，方能達到較好的平衡效果。

砂輪的動平衡可用HYQ022A動平衡儀（上海機床廠生產(chǎn)）進行。HYQ022A動平衡儀由傳感器、電子儀器和閃光燈組成。砂輪組件的不平衡所引起的振動，由傳感器接收轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器放大，一方面在儀器上指示出不平衡量的大小，另一方面通過閃光燈發(fā)出的同步閃光信號顯示出砂輪組件重心偏移的方位，找出砂輪組件的不平衡重量和方位后，通過加平衡塊或移動平衡塊的位置，便可使砂輪組件達到動平衡。

c.砂輪的自動平衡。經(jīng)過靜平衡或動平衡的砂輪，由于使用過程中的多次修整和對磨削液吸附的差異，以及磨削過程中的不均勻磨損等，會使砂輪產(chǎn)生新的動態(tài)不平衡。因此，在高精度磨削和高速磨削時，常采用砂輪自動平衡裝置，對砂輪的不平衡情況隨時進行檢測，并加以自動補償，使砂輪在磨削過程中始終保持良好的平衡狀態(tài)。

我國已研制出多種砂輪自動平衡裝置，均可獲得較好的平衡精度，具有一定的實用價值。

2.7.2　超硬磨具的選擇與使用

（1）超硬磨料的選擇

鑒于金剛石和立方氮化硼磨料性能上有差異，其使用范圍也不同。金剛石磨料的硬度、強度、研磨能力、熱導率和線脹系數(shù)均優(yōu)于立方氮化硼，因此適于加工硬而脆的材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、瑪瑙、光學玻璃、石材、混凝土、半導體材料等。但由于金剛石是碳的同素異形體，在較高溫度下易與鋼中的鐵族金屬產(chǎn)生化學反應，形成碳化物，造成嚴重的化學磨損，影響磨具的磨削性能且加工效果也不好，因此金剛石不適宜用來加工鐵族金屬材料。與金剛石相比，立方氮化硼磨料的熱穩(wěn)定性、化學惰性均較優(yōu)，不易和鐵族金屬及其他元素發(fā)生化學反應，因此盡管其硬度等物理力學性能比金剛石稍差一些，但用它來加工硬而脆的金屬材料，如磨削工具鋼、模具鋼、不銹鋼、耐熱合金、高釩高速鋼等黑色金屬，具有獨特的優(yōu)點，是理想的磨料。

金剛石磨料有天然和人造兩大類。它們的化學成分和晶體結構完全一樣，因而磨削性能基本相同，但因它們的生成方法不同，故在磨料的外形和物理力學性能方面又有差異。天然金剛石表面光滑、韌性好；人造金剛石是由石墨在高溫高壓條件下轉(zhuǎn)化生長而成的，表面粗糙，脆性較大。在受沖擊載荷條件下，采用天然金剛石有利。在一般磨削場合，則采用人造金剛石磨具。金剛石磨粒的晶體形狀和抗壓能力對磨削性能有很大影響，所以應根據(jù)不同的磨削要求予以適當選擇，以充分發(fā)揮磨料的切削作用。

天然金剛石以NC為代號，人造金剛石分為RVD、MBD、SCD、SMD、DMD、M-SD六個牌號；立方氮化硼有CBN、M-CBN兩個牌號。其相應的適用范圍參見表2-13。

（2）超硬磨料的粒度選擇

超硬磨料的粒度選擇，一般是根據(jù)被加工工件的表面粗糙度和加工效率的要求而決定的。金剛石磨具與立方氮化硼磨具選擇原則基本相同，與普通磨具比較，如要達到相同的表面粗糙度要求，選用磨料粒度應細1～2個粒度；同時，在滿足表面粗糙度要求的前提下，還要考慮能達到較高的加工效率，取得滿意的加工效果，應盡量選取盡可能粗的粒度。超硬磨料粒度與加工表面粗糙度的關系見表2-13。

選擇超硬磨料磨具的粒度還應考慮結合劑黏結能力的強弱影響。對于一定的結合劑，工件材料的磨除量隨磨粒尺寸的加大而加大，磨削比隨之增加，但如磨粒粒度過粗，則將急劇增大磨具磨損，磨削比反而下降，對黏結能力較弱的樹脂結合劑尤為顯著。反之，如粒度過細，則磨削能減弱，且易于堵塞磨具工作面，引起磨削溫度升高，磨削質(zhì)量變壞，磨具磨損增加且磨具堵塞后需進行修整，造成磨具不必要的非工作損耗。對樹脂結合劑超硬磨料磨具來說，磨具工作表面過熱還會造成結合劑的熱分解，促使磨具磨損急劇增加。所以，對于確定的結合劑磨具來說，均存在一種最佳的磨料粒度范圍。在此范圍內(nèi)，磨具的磨削效率和磨損狀況最佳。通常，樹脂結合劑超硬磨料磨具選用100#以內(nèi)粒度號；陶瓷結合劑磨具選用100#～180#的粒度；金屬結合劑磨具可在80#～240#范圍內(nèi)選擇。

不同磨削工序的磨具粒度選擇應針對加工條件和加工要求及最佳粒度范圍綜合考慮。磨削加工各工序中推薦選擇的粒度號如下：粗磨選用80#～120#；半精磨選用120#～180#；精磨選用180#～W40；研磨拋光選用W40～W1。

對于特殊要求的磨削加工，可選用更粗或更細粒度的磨具。如成形磨削時，為提高磨具的成形性所選用的粒度號比一般磨削使用的粒度要細。

（3）超硬磨料磨具結合劑的選擇

金剛石磨具與立方氮化硼磨具常用的結合劑有樹脂結合劑、陶瓷結合劑、金屬結合劑和電鍍金屬結合劑四類。金屬結合劑有青銅結合劑、鑄鐵結合劑及鑄鐵短纖維結合劑。其性能與應用范圍有所不同，按黏結能力及耐磨性排序如下。

①樹脂結合劑（代號B）　它是以熱塑性酚醛樹脂為結合劑主要材料，也有的用環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂為主要材料，添加一定量的填料，如氧化鉻、氧化鐵、氧化鋅、銅粉、石墨、剛玉磨料、碳化硅磨料等，與超硬磨料按一定濃度充分混合后，在模具內(nèi)加熱、加壓成形。在超硬磨料磨具中，采用樹脂結合劑所占比例約超過半數(shù)。

樹脂結合劑對磨料的黏結強度較弱，因此磨削時自銳性好，不易堵塞，磨削效率高，磨削力小，磨削溫度低，結合劑自身有一定彈性，則有一定的拋光作用，被加工表面質(zhì)量好，所以樹脂結合劑超硬磨料磨具應用范圍較廣。主要用于要求磨削效率高，表面粗糙度值較低的場合。其缺點是耐磨性較差，磨具的磨損較大，不適用于重負荷磨削。樹脂結合劑金剛石砂輪，常用于硬質(zhì)合金及非金屬材料的半精磨及精磨。樹脂立方氮化硼磨具主要用于高釩高速鋼、工具鋼、磨具鋼、不銹鋼、耐熱合金等材料的半精磨、精磨。

②陶瓷結合劑（代號V）　陶瓷結合劑超硬磨料磨具耐磨性及黏結能力優(yōu)于樹脂結合劑超硬磨料磨具切削鋒利，磨削效率高，磨削過程中不易發(fā)熱及堵塞、熱膨脹量小，容易控制加工精度，修整較容易。一般用于粗磨、半精磨及接觸面較大的成形磨削，其缺點是磨削表面粗糙度值較大，制造較困難。陶瓷結合劑CBN砂輪在滾珠絲杠、導軌、齒輪、軸承、曲軸、凸輪軸、鈦合金磨削上的應用日益擴大。

③金屬結合劑（代號M）　包括青銅、鑄鐵等結合劑。

青銅結合劑強度較高、耐磨性好、磨損少，磨具壽命長、保持形狀好、磨削成本低，能承受較大的負荷，但自銳性較差，易堵塞、發(fā)熱，修整較困難。青銅結合劑金剛石磨具主要用于玻璃、陶瓷、石材、混凝土、半導體材料等非金屬硬脆材料的粗、精磨及其各工序。青銅結合劑立方氮化硼磨具多用于珩磨合金鋼工件材料，效果顯著。

為改善青銅結合劑超硬磨料磨具的自銳性，有的采用增加錫的含量，減少銅的含量；有的在青銅結合劑中加入一定量的陶瓷一起燒結，以增加一些結合劑的脆性，這種結合劑也稱為金屬陶瓷結合劑。在青銅結合劑中加入一定量的導電性能好的材料如銀粉，專門用于電解磨削。有的青銅結合劑中除加銀外，還添加聚四氟乙烯等化學合成物，以防止磨屑黏附在超硬磨料上，以改善磨削效果。

④電鍍金屬結合劑　是以金屬鎳、銀等為材料，將80#～W40粒度的超硬磨料單層或多層地用電鍍方法鍍在金屬基體上制成。國內(nèi)試制200m/s電鍍CBN超高速砂輪的電鍍工藝過程為：基體與磨料的準備、鍍液調(diào)制、粗砂和電鍍（預鍍加厚鍍）、鍍后處理。電鍍液以瓦特鎳為本液加含鈷離子的溶液配制而成。其電鍍液組成如下：

NaSO4·NaCl·7H2O　　20～220g/L

H3BO3　　　　　　　30～40g/L

CoSO4·7H2O　　　　　25～35g/L

NaCl　　　　　　　　10～20g/L

十二烷基硫酸鈉　　　0.1g/L

其操作條件為：電鍍液pH值為4.0～4.5；溫度為45～60℃；電流密度為1～4A/dm2。

電鍍金屬結合劑超硬磨料磨具表面的磨粒密度高，磨粒基本上均裸露出結合劑表面，因此磨具的工作表面上磨粒微刃鋒利，磨削效率高。電鍍金屬結合劑立方氮化硼磨具應用于加工各類鋼類零件的小孔，其磨削效率高、經(jīng)濟性好，能獲得良好的加工效果。

金剛石與立方氮化硼在鋼基輪盤上鍍覆單層金屬而成的砂輪不僅是適應超高速磨削的唯一磨具，而且是解決高精度復雜形狀成形磨削的有效途徑。

（4）濃度的選擇

濃度是超硬磨料磨具的重要特性之一，它對磨削效率和加工成本有很大影響：濃度過低，磨削效率不高，滿足不了生產(chǎn)要求；濃度過高，很多磨粒過早脫落，造成浪費。

超硬磨料磨具濃度選擇主要根據(jù)磨具結合劑的種類、磨料的粒度和形狀要求，以及加工工序的具體情況和加工要求等因素來決定。

不同種類結合劑對磨粒的黏結力不同，因此對每一種結合劑都有其最佳濃度范圍。樹脂結合劑超硬磨料磨具的濃度范圍為50％～75％；陶瓷結合劑磨具的濃度為75％～100％；金屬結合劑磨具的濃度為100％～150％。結合劑對磨粒的黏結強度越高，最佳濃度范圍也越高。

CBN磨具主要加工韌性較大的鋼材工件，比金剛石磨具所加工的工件材料硬度低，且CBN磨粒多刃、自銳性好，對同一種結合劑來說，CBN磨具的濃度可略高于金剛石磨具。樹脂結合劑CBN砂輪的濃度常采用100％。

磨具濃度的選擇還要考慮磨具形狀和加工方式。對于工作面寬的磨具，特別是保持形狀精度的成形面磨削及端面、溝槽的磨削等，應選擇較高濃度的磨具。

從工件的加工要求和加工工序狀況方面考慮。對粗磨工序，主要要求磨具的磨削能力強、磨削效率高，一般選擇磨料粒度粗、濃度較高的磨具，濃度高，磨具工作面上單位面積內(nèi)磨粒數(shù)多，有利于滿足粗磨時提高磨削效率的要求。對半精磨、精磨工序，要滿足表面粗糙度及磨削能力方面的要求，一般采用中等程度的濃度較好。對于拋光和低表面粗糙度值的磨削，常選用細粒度樹脂結合劑磨具，一般采用低濃度為佳，個別甚至可選用低達25％的濃度，有利于降低表面粗糙度值。

（5）超硬磨料磨具形狀和尺寸的選擇

超硬磨料磨具形狀的選擇，主要根據(jù)磨床和工件加工表面形狀對磨具的要求來決定，如平形砂輪（1A1）主要用于外圓、平面、工具刃磨及砂輪機上的磨削；平形小砂輪（1A8）主要用于內(nèi)圓磨削；單面凹砂輪（6A2）主要用于工具刃磨和平面磨削等；碗形砂輪（11A2）主要用于刀具刃磨和平面磨削。

超硬磨料磨具尺寸的選擇根據(jù)磨床的規(guī)格、型號及加工工件形狀大小來決定。可參考磨床說明書上對磨具的要求予以選擇。

超硬磨料磨具即金剛石或立方氮化硼磨具的形狀和尺寸依據(jù)GB/T 6409.2—1996選取。

（6）超硬磨料磨具的使用

①超硬磨料磨具的應用狀況

a.人造金剛石砂輪的應用。人造金剛石磨具應用已較為廣泛，其應用領域幾乎滲透各部門。硬質(zhì)合金制品及一些特殊刀具材料已普遍采用金剛石磨具加工。一些難加工材料如各種金屬的鐵氧體、鑄造永磁合金、鋼結硬質(zhì)合金、熱噴涂（焊）材料等，使用金剛石磨具加工取得了滿意效果。光學玻璃的加工，在全工序上從套料、切割、銑、磨、磨邊倒角、精磨所用的金剛石磨具已經(jīng)系列化，得到了普遍應用。對于工程陶瓷、石材、玉石、寶石、半導體材料、電氣絕緣材料、橡膠傳送帶等非金屬材料的加工，人造金剛石磨具是理想的磨削加工工具，應用逐步增加。對發(fā)動機缸體、汽缸的珩磨及油泵油嘴、軸承套圈溝道的超精研磨，人造金剛石磨具也是良好的加工工具，不斷得到應用。

人造金剛石磨具雖得到較廣泛應用，但主要是低中檔的金剛石，生產(chǎn)高中檔品質(zhì)金剛石的生產(chǎn)能力小。從超硬材料市場走向看，不斷發(fā)展金剛石制品的品種、規(guī)格、粗顆粒、大的單晶及復合片，提高金剛石晶體質(zhì)量，增大晶體粒度仍是超硬磨料的重點課題。

b.聚晶金剛石（多晶金剛石）的應用。我國1972年成功地將無硬質(zhì)合金襯底的金剛石聚晶（PCD）用于地質(zhì)鉆探。1980年研制成功硬質(zhì)合金復合材料——PDC（即帶硬質(zhì)合金襯底的PCD），基本解決了非金屬及有色金屬中難加工材料的加工問題，并已推廣應用于石油及地質(zhì)鉆頭、工程鉆頭、砂輪修整工具及耐磨器件。

c.CBN磨具的應用。CBN磨料的牌號有CBN及M-CBN兩種。在加工9Cr18合金鋼襯套內(nèi)孔、Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo高溫軸承鋼套圈、超硬高速鋼刀具等方面取得良好的加工效果。當前，陶瓷結合劑CBN磨具的應用發(fā)展較快。這主要是由于陶瓷結合劑CBN磨具的修整相對于樹脂結合劑、金屬結合劑磨具要容易些。陶瓷結合劑CBN砂輪在磨削滾珠絲杠、導軌、齒輪、軸承、曲軸、凸輪軸、鈦合金工件等的磨削方面擴大了應用范圍。電鍍金屬結合劑CBN砂輪在磨削液壓件轉(zhuǎn)子槽時達到的尺寸精度為（1.4±0.01）mm，形狀精度達0.003mm。金屬結合劑CBN砂輪磨削活塞環(huán)槽達到較高的加工精度。但我國CBN品種少，不能適應多種材料和不同磨削方式的需要。美國GE公司的CBN磨料有8個牌號。CBN磨具具有優(yōu)異特性。為防止CBN磨料的脫落，需要結合劑對CBN晶體有良好的把持性。而鍍覆則是提高對CBN晶體把持性的有效手段。但國內(nèi)尚未有正式的CBN鍍覆品種的牌號。加上國內(nèi)現(xiàn)有磨床的剛度低、轉(zhuǎn)速低及未有適用磨削液，限制了CBN磨具的推廣應用。

②CBN磨具對磨床的要求　高速、超高速磨削加工，CBN磨具是最適用的磨削工具。CBN磨具對磨床有較高的要求，磨床應具有高的剛性及良好的抗振性、熱穩(wěn)定性，砂輪主軸需要有高的回轉(zhuǎn)速度，砂輪主軸軸向竄動小于0.005mm，徑向跳動小于0.01mm，且要有精密的進給、修整機構等。為保證均勻準確進給，應有小于0.005mm/次以下的進給機構，才能充分發(fā)揮CBN的優(yōu)異性能。研制開發(fā)CBN磨具磨削專用磨床已成為世界磨床行業(yè)的主要發(fā)展方向，我國尚屬空白，但已開始起步。

使用CBN磨具進行加工，所使用的磨床剛度比普通磨削機床的剛度要高50％。試驗表明，磨床剛度低使CBN砂輪處于振動狀態(tài)下工作，使CBN砂輪磨損增大，且磨損不均勻。磨床剛度低則不能充分發(fā)揮CBN磨具高的磨削效率，使磨削比降低，磨削比降低意味磨削加工成本大幅度提高。磨床剛度低易產(chǎn)生嚴重的粘屑，而使CBN磨具不能進行正常磨削，而需進行修整后，才能再進行磨削工作。磨床剛度低易發(fā)生振動，尤其是磨屑黏附時，振動會更加嚴重，對加工表面產(chǎn)生振紋和燒傷，使表面粗糙度值急劇增加，工件表面質(zhì)量嚴重惡化。

③使用超硬磨料磨具時磨削液的選擇　使用超硬磨料磨具磨削時，選用適當?shù)哪ハ饕嚎蓽p少磨具的磨損，改善加工質(zhì)量，降低表面粗糙度值，防止磨具表面被堵塞，延長磨具使用壽命。由于超硬磨料熱導率高，傳入磨具中的熱量比普通磨料磨具多，使磨具溫度升高，不利于磨削過程正常進行。當使用樹脂結合劑磨具進行磨削時，采用磨削液能降低磨削溫度，減少磨粒附近的結合劑熱分解，從而減少磨具的磨損，提高磨削工序的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效益。用超硬磨料磨具進行磨削加工，在有條件的情況下，應盡量選用合適的磨削液。

所選用的磨削液應無腐蝕、無公害、無污染，具有良好的潤滑性、冷卻性及洗滌性。對于超硬磨料磨具來說，因其組織細密，氣孔極少或無氣孔，在磨削過程中易被磨屑堵塞。為了保證磨削過程正常進行，應及時沖掉粘在磨具工作表面上的磨屑，帶走磨削過程中所產(chǎn)生的熱量，所選用的磨削液還應具有低黏度及良好的浸潤性、清洗性。

用金剛石磨具加工硬質(zhì)合金、鋼結硬質(zhì)合金，應選用有輕質(zhì)礦物油的煤油、低牌號全損耗系統(tǒng)用油、汽油、輕柴油、煤油的混合油等磨削液。也可選用蘇打水（不適用于樹脂結合劑的超硬磨料磨具）、硼砂、三乙醇胺、亞硝酸鈉、聚乙二醇的混合水溶液等水溶性磨削液。尤以煤油、輕柴油和水溶性磨削液效果最好。磨削非金屬材料時常用水作為磨削液。

使用CBN磨具時，磨料在高溫下和水發(fā)生化學反應：

反應結果生成硼酸和氣體氨。這種反應稱為水解作用。隨著溫度升高，水解作用加劇，這就加劇了磨具的磨損。所以用CBN磨具時，不選用水溶性磨削液，而選用輕質(zhì)礦物油——煤油、輕柴油以獲得良好的磨削效果。若必須用水溶性磨削液，應加極壓添加劑，以減弱水解作用。例如，用電鍍金屬結合劑的CBN磨具磨削孔時，采用不同的磨削液，則CBN磨具的壽命差別很大。采用礦物油時，砂輪壽命最高，采用水溶性磨削液，砂輪壽命比干磨時還低。

選擇磨削液時，還應考慮工件材料的性能。工件材料強度高，要求磨削液在工件表面上形成的薄膜強度應高。因此，增加磨削液中的表面活性物質(zhì)，可提高砂輪耐用度和總的磨除量。工件材料導熱性越差，則要求磨削液應有較高的耐熱強度。有時為了避免工件材料對磨粒的化學磨損，需在磨削液中加入其他添加劑，以抑制磨料和工件材料之間的化學親和作用及化學磨損。

在CBN磨具的磨削過程中使用揮發(fā)性的煤油作磨削液，CBN砂輪的磨削效率比采用表面活性劑溶液高8～20倍，不會出現(xiàn)水解。但煤油易燃、污染環(huán)境、散熱性較差，且有臭味、刺激皮膚，不適于生產(chǎn)中使用。目前替代煤油的代用品尚未解決。適用于CBN砂輪磨削的磨削液尚需研究。沒有適用的磨削液是制約CBN磨具推廣應用的一個關鍵技術問題。

④超硬磨料磨具的修整與整形　超硬磨料磨具的修整與整形，請參閱第4章的內(nèi)容。

⑤使用超硬磨料磨具時的注意事項

a.為減少超硬磨料磨具的修整消耗，每片磨具應配備專用法蘭，法蘭自磨具開始使用至用完不再拆下。每加工一批工件，僅需將磨具連同法蘭裝上機床并稍作修整即可進行磨削，節(jié)約了裝卸磨具的時間，節(jié)約砂輪非磨削消耗，提高磨具使用的經(jīng)濟性。

b.超硬磨料磨具裝上法蘭時，應盡可能地對中，一般使砂輪徑向跳動小于0.03mm，可減少修整消耗。

c.超硬磨料磨具的平衡十分重要，磨具在出廠前及使用時均應進行靜平衡或動平衡試驗，以保證磨具在加工中運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

d.樹脂結合劑超硬磨料磨具存在老化問題，因此保存時間不宜過長。

e.搬運、存放超硬磨料磨具時，不允許碰撞，不允許接觸腐蝕性氣體、液體及高溫，以避免損壞。

（7）超硬磨料磨具的磨削用量選擇

①金剛石砂輪磨削用量選擇

a.磨削速度。人造金剛石砂輪一般采用較低磨削速度。砂輪速度vs提高，可獲得較低的表面粗糙度值，但磨削溫度也隨之提高，促使砂輪磨損加劇。砂輪速度vs太低，單顆磨粒的切屑厚度過大，既使表面粗糙度值增加，又加劇了砂輪磨損。國產(chǎn)金剛石砂輪推薦采用的砂輪速度如下。

青銅結合劑：干磨vs=12～18m/s；濕磨vs=15～22m/s。

樹脂結合劑：干磨vs=15～20m/s；濕磨vs=18～25m/s。

不同磨削方式推薦的金剛石砂輪速度vs如下。

平面磨削：vs=25～30m/s。

外圓磨削：vs=20～25m/s。

內(nèi)圓磨削：vs=12～15m/s。

工具磨削：vs=12～20m/s。

b.磨削深度。磨削深度ap增大，磨削力和磨削熱均增大。磨削深度ap的選擇可按磨料粒度及結合劑選擇或按磨削方式選擇。

按超硬磨料磨具的磨料粒度及結合劑推薦選用的磨削深度ap的范圍見表2-14。

按磨削方式選擇磨削深度ap見表2-15。

c.工件速度。工件速度vw一般在10～20m/min范圍內(nèi)選取。內(nèi)圓磨削和細粒度砂輪，可適當提高工件轉(zhuǎn)速。但不宜過高，否則砂輪的磨損增大、振動加劇，出現(xiàn)噪聲。

d.進給速度。進給速度vf增大，砂輪磨耗增加，表面粗糙度值增加，特別是樹脂結合劑更為嚴重。一般vf的選用范圍見表2-16。

②CBN砂輪磨削用量選擇

a.CBN砂輪速度。CBN砂輪可比金剛石砂輪磨削速度高，以充分發(fā)揮CBN砂輪的切削能力。在較高的砂輪速度下，可以提高金屬切除率，降低磨削力，減少功率消耗，在同一工件表面粗糙度下，可以提高磨削效率。提高CBN砂輪的速度，工件表面粗糙度得到改善，砂輪速度越高，工件表面粗糙度越好，使切向和法向磨削力均下降，這樣就減少了單個磨粒上承受的力，因而砂輪磨損減少，磨削熱降低。CBN砂輪較高的磨削比就是采用高的砂輪速度來獲得的。如將CBN砂輪速度vs由35m/s，分別提高到50m/s、60m/s時，不僅使砂輪的極限進給速度由20m/s分別提高到35m/s及40m/s，磨削效率分別提高到369％及647％，而且使磨削比由361，分別提高到1331與2337。所以采用高的砂輪速度，不僅能顯著提高CBN砂輪的磨削效率，提高磨削比，而且能降低磨削力，減少功率消耗，改善工件磨削表面粗糙度。現(xiàn)在CBN砂輪速度已由60m/s的高速磨削提高到80m/s、120m/s、160m/s、200m/s。在國外240m/s的CBN砂輪CNC磨床已用于工業(yè)生產(chǎn)。在國內(nèi)，用CBN砂輪磨削汽車凸輪軸，用ф600mm大直徑的陶瓷結合劑的CBN砂輪，成功地實現(xiàn)了CBN砂輪速度50m/s及60m/s的磨削。目前國內(nèi)尚未有CBN砂輪統(tǒng)一的磨削規(guī)范。在20世紀80年代所推薦的CBN砂輪的磨削速度為15～35m/s范圍。這主要是受機床的限制所致。

b.工件速度與進給速度選擇。由于工件速度對磨削效果影響較小，一般可在10～20m/min范圍選擇。采用細粒度CBN砂輪進行精磨時，可適當提高工件速度。

軸向進給速度或軸向進給量的選擇原則與普通砂輪相同，可參考普通砂輪磨削選取。一般在0.45～1.8m/min范圍。粗磨時選大值，精磨時選小值。精密磨削時應使用較小的進給量。

c.磨削深度選擇。由于CBN砂輪磨粒比較鋒利，砂輪自銳性好，所以磨削深度可略大于金剛石砂輪，可參考金剛石砂輪所推薦的數(shù)據(jù)。

2.7.3　涂附磨具的選擇與使用

正確合理地選擇涂附磨具，不僅是為了獲得良好的磨削加工效率，而且是為了使涂附磨具本身發(fā)揮最大的工作效能。

選擇磨具主要依據(jù)：一方面從磨削加工的條件來考慮磨床結構、磨削工件的物理力學性能、磨削參數(shù)的選擇、工件形狀特點和加工要求等；另一方面必須從磨具本身的特性來確定。

下面著重從涂附磨具的三要素——磨料、基體和黏結劑來簡單介紹一下選擇的一般原則。

（1）磨料的選擇

①磨料的選擇　制造涂附磨具的磨料主要有兩大類，即人造磨料與天然磨料。人造磨料主要是棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉和黑碳化硅，也有少量產(chǎn)品用綠碳化硅。人造磨料的化學組成比較穩(wěn)定，因而硬度基本一致，晶形比較穩(wěn)定。對磨料的選擇主要依據(jù)被加工工件的要求來決定。固結砂輪對磨料的選擇原則也適用于涂附磨具。棕剛玉適宜加工各種碳素鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、有色金屬、硬青銅等。工件硬度小于55HRC，抗拉強度小于700MPa。白剛玉適宜加工淬火鋼、高碳鋼、不銹鋼及各種硬度較高的合金鋼、有色金屬等。工件硬度可大于55HRC。鉻剛玉適宜加工不銹鋼、高鉬鋼、耐熱合金鋼、鈦合金、黃銅、青銅、灰鑄鐵、鎳-鉻合金、鉻-鈷合金、鎢-鈷合金等。黑碳化硅適宜加工抗拉強度低、韌性大的金屬、非金屬材料，如玻璃、玻璃纖維、陶瓷、木器、刨花板、纖維板等。綠碳化硅適宜加工硬而脆的材料，如硬質(zhì)合金、玻璃、玉器、單晶硅、工程陶瓷、高級罩面漆、鋼琴面板漆、縫紉機頭漆等。

②磨料粒度的選擇　涂附磨具磨料粒度的選擇應考慮以下幾個因素。

a.工件加工余量大，要求磨削效率高的應選粗粒度。工件加工余量小，要求表面粗糙度值低的應選細粒度。例如，船體鋼板除銹、金屬件打毛刺、磨焊縫等均選用P16～P24磨具。不銹鋼表面拋光Ra0.8～0.2則選P60～P100即可。而不銹鋼薄板軋鋼輥的表面拋光（Ra為0.025）則選用W20磨具。一般情況下，加工同類工件時，砂帶的磨削效率高于砂輪的磨削效率。也就是說，一方面砂帶磨粒對工件表面嵌入的深度比砂輪大；另一方面，在砂帶表層整齊排列的磨粒幾乎全部可以起磨削作用。因此，若工件表面粗糙度要求相同時，砂帶磨料粒度比砂輪磨料粒度應細一號。例如，平面磨床使用P36～P46砂輪，若改用砂帶，則選用P46～P60即可。同樣，外圓砂輪磨具使用P60～P80粒度，粗糙度Ra值一般可達0.8～0.4μm。若改用砂帶，則宜選用P80～P100。當然，選擇磨具粒度還應與磨床的穩(wěn)定性及操作技能結合起來才能取得好的效果。

b.工件粗糙度要求相同的情況下，砂帶線速度高的宜用細粒度；線速度低的宜用稍粗的粒度。例如，膠合板表面砂光，包輥式砂光機表面速度只有15～20m/s，磨料粒度為P36～P46；而改用寬帶砂光機時，砂帶線速度達32m/s，磨料粒度就用P60。

c.加工金屬材料與非金屬材料時，若兩者的表面質(zhì)量要求相似時，則加工金屬工件用細粒度；加工非金屬工件選用偏粗的粒度。

d.加工同種工件時，干磨加工時選用偏粗的磨料粒度；濕磨加工時選用偏細的粒度。若用潤滑油作為冷卻液，則選用的磨具粒度應更細一些。

e.砂帶與被磨工件加工時接觸面積大的應選用偏粗的粒度；反之，則宜選偏細的粒度。例如，平面磨削的接觸面一般都大于外圓磨削的接觸面。所以，加工同材質(zhì)工件時，平面磨削砂帶的粒度應略粗于外圓磨削砂帶。

f.應根據(jù)加工工件的材質(zhì)來選擇粒度。加工韌性較大或性能較軟的金屬，如黃銅、紫銅、軟青銅、鋁及鋁合金、鉛及鉛合金時，砂帶磨料易被磨屑堵塞，故宜選用偏粗的粒度；而加工硬度較高的鋼材時，則可選用偏細的粒度。

根據(jù)涂附磨具的特點，常用磨料粒度選擇見表2-17。

③植砂密度的選擇　在加工易堵塞材料時，一條完好砂帶的使用壽命往往很短，其磨粒并沒有嚴重的磨損與脫落，而僅僅是因為磨屑的堵塞使其喪失了繼續(xù)磨削加工的能力。過去，解決的方法是使用大量的冷卻液或用壓縮空氣吹，甚至用毛刷刷。顯然，以上方法并不完善，有些材料加工根本不宜用冷卻液，如軟木制品、高級漆面的木質(zhì)器具等；有些金屬加工雖然可以用冷卻液，但工作場所容易被污染。為了解決工件堵塞的問題，好的辦法是采用稀植砂型的砂布、砂紙。

稀植砂磨具主要用于機磨，即制成各種規(guī)格的砂帶或?qū)⑸安技堈迟N、包輥、壓附在一些特定的機床上進行磨削加工，如加工軟木材、含松脂量高的木材、橡膠制品、鋁及鋁合金制品及一些皮革等。

除了用稀植砂的方法解決堵塞問題外，在磨具的磨料層上，還可以涂一層特殊的化學物，以解決一些特殊工件的加工問題。例如，加工高級清漆的木質(zhì)面板（鋼琴面板等）、鈦合金等僅用稀植砂磨具還是不能解決堵塞問題，而是采用超涂層，即在磨料面上涂一層特殊防堵塞物質(zhì)。

（2）黏結劑的選擇

制造涂附磨具的黏結劑大體上可分為兩大類，即干磨系黏結劑與耐水系黏結劑。用干磨系黏結劑制造的涂附磨具原則上只適用于干磨。用耐水系黏結劑制造的涂附磨具既可濕磨也可干磨，但更適于濕磨，因為干磨與濕磨，無論是磨削方式、加工對象及涂附磨具本身都有很大不同。若用干磨系列磨具在有水或極潮濕的條件下作業(yè)，就不可能達到預期的加工效果；反之，若用耐水系列涂附磨具在干燥條件下加工，也往往達不到完滿的加工效果。這樣，在挑選涂附磨具前，對其黏結劑進行選擇就尤其必要。

①動物膠黏結劑（以G/G表示）　到目前為止，仍然是國內(nèi)涂附磨具的主要黏結劑，其產(chǎn)品占涂附磨具總量的70％以上。這類產(chǎn)品大體有以下三類：張頁式干磨砂布、木砂紙；卷狀干磨砂布；低負荷輕型砂帶。頁狀砂布、砂紙只適用于手工打磨除銹、拋光，多數(shù)用于木器家具油漆之前的表面砂光，一般機械行業(yè)對機器零件的砂光，也有少量用于手提式振動拋光機，對漆面、設備臺架、鋼結構件進行拋光等。用動物膠制的砂帶大量用于一般木器加工，其砂帶線速度不高于20m/s，承受的負荷也較小，一般用手壓。速度太高，負荷太大都會引起嚴重脫砂甚至斷裂。這類產(chǎn)品一般均在干燥情況下使用，遇潮濕天氣時，產(chǎn)品會吸潮、發(fā)黏，只有臨時稍加烘干才可再用。動物膠產(chǎn)品雖然黏結強度較低，產(chǎn)品易吸潮，保管不善時易生霉變質(zhì)等，但其價格低廉，柔軟。在相同粒度條件下，其加工工件的表面粗糙度比樹脂性產(chǎn)品要好，因此直到目前，動物膠產(chǎn)品仍在廣泛地使用，特別是對于木器家具及細木工的加工行業(yè)。

②半樹脂膠黏結劑（以R/G表示）　這類產(chǎn)品是在動物膠產(chǎn)品基礎上改進、提高后的產(chǎn)物。其底膠用動物膠，復膠用人造樹脂。因而一方面仍保持其價格低廉和柔軟的特點，另一方面又提高了其抗潮濕和耐磨的性能，主要用于卷輥式的機械磨加工，更多是制成各種規(guī)格的砂帶，用于膠合板、刨花板、纖維板、皮革、塑料、橡膠等非金屬材料的砂光、精磨及拋光。這類產(chǎn)品也可以加工成頁輪、圓片、砂圈等各種異型產(chǎn)品以適合于不同場合的加工需要。

R/G系列產(chǎn)品特別適合于多雨、潮濕的南方地區(qū)。

③全樹脂黏結劑（以R/R表示）　這類產(chǎn)品的底膠與復膠黏結劑全是用人造樹脂，因而膠黏強度很高，產(chǎn)品鋒利、耐磨，是制造砂帶、砂盤、頁輪等機用磨具的主要品種之一。這里要特別指出，此類產(chǎn)品雖然采用人造樹脂，但產(chǎn)品仍然只能干磨，或者是油磨，即磨削加工時用某些潤滑油作冷卻液（某些動物膠產(chǎn)品與半樹脂膠產(chǎn)品也可以在有潤滑油的情況下作業(yè)）。這是因為，這種產(chǎn)品的黏結劑一般都是耐水的，但基體材料都沒有經(jīng)過特殊的防水處理，因此，一旦長時間在有水的條件下作業(yè)，基體就會吸水膨脹、變形而導致產(chǎn)品性能下降。當然，R/R產(chǎn)品終究與G/G產(chǎn)品或R/G產(chǎn)品有很大的區(qū)別，它雖然不是耐水產(chǎn)品，但其抗水性、抗潮性比G/G、R/G產(chǎn)品要好得多。

④耐水濕磨系列膠黏劑（WP）　“水磨”是指在以水或水乳化液為冷卻液的條件下進行的磨削加工。因此，耐水涂附磨具又稱為水磨磨具。耐水砂紙是以耐水紙作基體，用清漆作黏結劑而制成的產(chǎn)品，它可以在浸水條件下使用，主要用于金屬漆面，如縫紉機機頭、風扇輪葉及金屬外殼、汽車駕駛室、客車外殼等漆面的磨光、修磨；也用于木器漆面的修磨，如鋼琴面板、木質(zhì)家具漆面等。這部分產(chǎn)品主要用于手工作業(yè)或手提式振動（往復式）拋光機作業(yè)。

耐水砂布、耐水砂帶都是以布為基體，以人造樹脂作黏結劑而制成的。基體經(jīng)過特殊的耐水處理，因而在有水的條件下作業(yè)時，可以保證基體的穩(wěn)定性，基體、黏結劑都不會吸水而變形。水磨加工有許多好處，如可以降低工件加工時的發(fā)熱量，避免燒傷；可以改善工件的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度值；可以沖洗掉磨屑，避免砂帶表面堵塞；可以延長砂帶的使用壽命，提高工效。因此，許多機加工，如飛機發(fā)動機葉片、汽輪機葉片的型面加工；食品工業(yè)、化工、制藥工業(yè)所用的不銹鋼裝置、容器；廚房設備；醫(yī)療設備、不銹鋼餐具以及許多耐熱合金零件等都已采用水磨加工。

⑤基體的選擇　目前，制造涂附磨具的基體有五類，即布、紙、復合基體、鋼紙和無紡布。不同基體涂附磨具的性能、使用方法和加工對象都是不同的。因此，選擇基體同樣是非常重要的。如手工磨削用，則要求基體應有很好的撓性，特別是加工彎曲及型面復雜的工件，則更要求基體柔軟。而作為高速磨削的機加工砂帶，則不只是要求砂帶基體要有很高的抗拉強度，還要能經(jīng)受交變負荷、摩擦負荷和膨脹負荷。基體選擇的大致范圍見表2-18。