選用合適的砂輪

       對不同的工件材料、不同的加工要求，應(yīng)選用不同的砂輪。即使磨削同一種工件材料，不同牌號砂輪的磨削比可能相差2~5倍，因此要選用合適的砂輪。

       金剛石砂輪是磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷、寶石和石材等高硬度脆性大的非金屬材料的最佳磨具。但因金剛石在700℃~800℃時(shí)容易碳化，所以它不適于磨削鋼料。CBN的硬度稍次于金剛石，但它的熱穩(wěn)定性好(能耐1300℃~1400℃高溫)，它不象金剛石那樣在高溫中會(huì)分解，即氧化和石墨化，與鐵族元素化學(xué)惰性大，熱導(dǎo)率高(是剛玉的46倍)，用其制作的砂輪壽命長(可達(dá)剛玉砂輪的幾十倍到成百倍以上)，是替代剛玉砂輪磨削淬硬鋼、高速工具鋼、軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼和鈦合金等高硬度韌性大的金屬材料的最佳磨具。

       超硬磨料砂輪的結(jié)合劑有樹脂、金屬、陶瓷、電鍍和釬焊等。樹脂結(jié)合劑砂輪主要用于刃磨刀量具、磨孔、外圓磨及平面磨；金屬結(jié)合劑砂輪用于切入磨削、光學(xué)曲線磨床的成形磨、刃磨單刃刀具、磨削小鉆頭的螺旋槽，也適用于電解磨削；陶瓷結(jié)合劑砂輪的磨削效率高，形狀保持性好，耐用度高，易于修整，砂輪使用壽命長，并因陶瓷結(jié)合劑本身有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐熱、耐油、耐酸堿的侵蝕，可適應(yīng)各種磨削液，磨削成本低，因而目前已成為高效、高精度磨削的首選磨具；電鍍砂輪適于高速精磨和成形磨，也適于孔的高效磨削(濕磨)和在坐標(biāo)磨床上使用；釬焊砂輪適于超高速磨削。

       必須指出，不同牌號的磨料，因制造工藝不同，其晶體形態(tài)、顆粒形狀也不同，而具有不同的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和破碎特性，應(yīng)根據(jù)結(jié)合劑種類、磨削工件材料和磨削方式，選擇不同的磨料。如用于高效、高精度磨削的陶瓷結(jié)合劑砂輪，可選用高強(qiáng)度和顆粒形狀鋒利的磨料，如DeBeers公司生產(chǎn)的PDA型(人造金剛石品種)及ABN800型(CBN品種)或其他類似性能的牌號。

       超硬磨產(chǎn)表面又有鍍金屬衣(金屬鍍層可起到補(bǔ)強(qiáng)增韌，減緩熱沖擊以及在磨粒與結(jié)合劑之間起結(jié)合橋作用，可提高砂輪使用性能)和不鍍金屬衣兩種，應(yīng)根據(jù)結(jié)合劑種類、工件材料、干磨和濕磨等不同條件選擇。干磨一般選用銅衣，如RVD-Cu、CBN-Cu；濕磨選用鎳衣，如RVD-Ni、CBN-Ni。當(dāng)前，鍍覆金屬已由鎳、銅發(fā)展到鈦、鎢合金、非金屬陶瓷等，由單一鍍層發(fā)展到復(fù)合鍍層，并已由磨粒鍍覆發(fā)展到微粉鍍覆。

       起硬磨粒砂輪的濃度不能選得太低，高濃度可帶來高的磨削比，200%濃度的超硬磨料砂輪實(shí)際上是一種以超硬磨料為輔料的普通砂輪，一般不推薦命名用。目前，高速高效磨削均采用較高濃度，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的濃度高效磨削均采用較高濃度，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的濃度一般選擇125%以上，如進(jìn)口配套的陶瓷CBN砂輪，其濃度一般均為175%~200%。

       砂輪的硬度等級表示了結(jié)合劑對磨料把持力的大小。砂輪硬度均勻和穩(wěn)定及硬度高低的合理選擇，是保證磨削質(zhì)量的重要前提。國外超硬磨料砂輪一般有3~7個(gè)硬度等級可供選擇，但我國生產(chǎn)的超硬砂輪都不標(biāo)硬度等級，GB6409中也未規(guī)定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，故質(zhì)量不易保證，給用戶帶來不便，亟待補(bǔ)充與完善。

       選擇合適的磨削用量

       超硬磨料砂輪的磨削速度應(yīng)根據(jù)砂輪類型、磨削方式和冷卻等具體條件進(jìn)行選擇。提高砂輪工作速度，可顯著提高磨削效率和磨削比(如砂輪的磨削速度提高40%，磨削比可增加一倍)，降低磨削成本。金屬和樹脂結(jié)合劑的金剛石砂輪，磨削速度通常為15~35m/s，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的磨削速度可提高到45~160m/s，單層CBN砂輪的磨削速度可選用125~250m/s。80~125m/s的線速度已成為當(dāng)前世界CBN砂輪磨削的主流。磨削深度一般為0.002~0.010mm，工件速度通常為10~30m/min，縱向進(jìn)給速度可取0.3~1.5m/min。粗磨時(shí)取大值，精磨時(shí)取小值。

       超硬砂輪磨削對磨床要求

       超硬砂輪磨削，尤其是高速磨削，要求加工穩(wěn)定性好、振動(dòng)小、線速度高。例如，在CIMT2001上展出的PLANOMAT系列平面和成形磨床砂輪的工作速度為170m/s。因此，對磨床有一要求：

       (1)砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度要高。

       (2)磨床剛度要好，一般要求比普通磨床高50%左右，通常應(yīng)不小于100N/μm的數(shù)量級。

       (3)磨床進(jìn)給系統(tǒng)的精度要高，進(jìn)給速度應(yīng)均勻準(zhǔn)確，縱向進(jìn)給最小速度應(yīng)達(dá)0.3m/min，橫向進(jìn)給(切深)應(yīng)達(dá)0.001~0.002mm/單行程，以保證磨削的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度。

       (4)磨床各運(yùn)動(dòng)件，如頭架主軸和軸承部分、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌部分等應(yīng)有可靠的密封，以防超硬磨料進(jìn)入，加速機(jī)件的磨損。

       (5)要有比較完善的磨削液過濾和供給系統(tǒng)，過濾精度應(yīng)小于0.5μm。(6)磨床各部分應(yīng)有相應(yīng)的防振和隔振措施，砂輪應(yīng)作精細(xì)動(dòng)平衡。

       超硬磨料砂輪的修整

       超硬磨料砂輪的修整，通常分為整形和修銳兩個(gè)工序。整形是對砂輪進(jìn)行微量切削，使其達(dá)到所要求的幾何形狀和精度，并使磨料尖端微細(xì)破碎，形成微刃；修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定容屑空間，并使磨粒突出結(jié)合劑之外，形成切削刃。

       對于多氣孔陶瓷結(jié)合劑超硬磨料砂輪(包括金剛石和CBN砂輪)，由于結(jié)合劑為疏松型，通常整形和修銳可一次完成；而對于結(jié)合劑為密實(shí)型砂輪(如樹脂、金屬結(jié)合劑)，則整形和修銳須分別進(jìn)行。

       超硬磨料砂輪最有效的整形工具首推金剛石類修整工具。用單顆粒金剛石修整，由于修整工具磨損，常會(huì)影響型面精度。如用金剛石滾輪修整，可避免修整工具磨損過快，并可獲得較好的砂輪形貌。修整裝置的進(jìn)給精度要高，每次進(jìn)給量應(yīng)控制在微米級。過量的修整既影響磨削質(zhì)量，又會(huì)大大降低砂輪使用壽命。

       修銳方法很多，一般可使用機(jī)械法(如用剛玉塊切入修銳、液壓噴射修銳法)或電加工法。后者多用于金屬結(jié)合劑的砂輪，將砂輪作為陽極通過電火花或電解法將金屬結(jié)合劑蝕除；若在結(jié)合劑中加入石墨粉，此法也適用于樹脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。

       近幾年來日本東京大學(xué)研制出一種旋轉(zhuǎn)型金剛石杯形輪修整工具。其機(jī)理是利用從杯形輪上脫落下來的磨料對超硬(金剛石或CBN)磨粒與結(jié)合劑之間的結(jié)合橋沖擊，以及脫落下來的磨粒與超硬砂輪之間產(chǎn)生擠壓研磨作用而達(dá)到修整目的。采用此法，無論對多氣孔陶瓷結(jié)合劑超硬砂輪，還是密實(shí)型砂輪，整形和修銳可一次完成，同時(shí)因杯形砂輪自旋轉(zhuǎn)，故磨損很小，修整過程中整形力幾乎可保持不變，且數(shù)值要比用單顆粒金剛石修整工具修整時(shí)小得多。

       正確使用磨削液

       超硬磨料砂輪磨削時(shí)，可用干磨或濕磨。但采用濕磨，既可延長砂輪壽命，又可防止工件產(chǎn)生磨削燒傷。不同磨削液，會(huì)使砂輪的磨削比相差幾倍、甚至十幾倍。砂輪在磨削過程中的機(jī)械磨損、化學(xué)侵蝕和熱損傷程度，與冷卻效果密切相關(guān)。但用CBN砂輪濕磨時(shí)須注意，因CBN在高溫下會(huì)同水蒸氣及空氣中的氧氣起反應(yīng)，生成氨和硼酸(BN+3H2O→H3BO3+NH3)，這種反應(yīng)稱為水解作用，會(huì)加速砂輪磨損。因此在使用中常用水溶性油或帶有極壓添加劑的水溶液以減弱水解作用。用不同磨削液濕磨時(shí)，CBN砂輪的相對壽命不同，以純油冷卻的砂輪壽命最長，水溶性油冷卻的砂輪壽命次之，水加防銹添加劑冷卻的砂輪壽命最低。

       超硬磨料砂輪的非常規(guī)使用

       通常人們認(rèn)為，因金剛石與鐵族元素化學(xué)惰性大，所以金剛石砂輪是不適于磨削灰鑄鐵一類工件的，然而這種情況只有在高溫時(shí)才發(fā)生。例如，用金剛石砂輪磨削時(shí)，當(dāng)溫度達(dá)到650℃時(shí)，金剛石會(huì)在空氣中氧化，而達(dá)到700℃~800℃時(shí)它將會(huì)石墨化。在低溫時(shí)，這些材料之間是不發(fā)生反應(yīng)的。所以，只要選用合適的磨削速度并采用濕磨方式，同時(shí)供給充足的磨削液，金剛石砂輪是完全可以磨削鑄件的，這一點(diǎn)已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到證實(shí)。采用濕磨時(shí)，金剛石砂輪磨削灰鑄鐵的磨削比(9600)要比用CBN砂輪磨削灰鑄鐵的磨削比(2700)高得多。

       一般人們還認(rèn)為，CBN砂輪是不適于磨削低碳鋼一類軟材料的，因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)生的磨屑易使砂輪堵塞。但目前研究認(rèn)為，陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪可采取提高砂輪線速度，以形成細(xì)小的磨屑，再借助高壓噴射磨削液清除磨屑，以及供給充足磨削液等措施，可防止砂輪堵塞。因此，CBN砂輪是可以磨削低碳鋼(硬度大于30HRC)一類軟材料的。但是，CBN砂輪也不是磨削任何材料都有效的。通常它不適于磨削硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金與鋼的組合件，此時(shí)用金剛石砂輪有更好的效果。

       結(jié)語

       我國人造超硬磨料的生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，1997年我國人造金剛石年產(chǎn)量已達(dá)到5億克拉左右，CBN年產(chǎn)量為800萬克拉。目前已初步形成了超硬磨料磨具、專用磨削液、專門修整技術(shù)和裝置及專門化磨床等一個(gè)完整的技術(shù)體系。目前我國已能生產(chǎn)RVD、CBN及鍍金屬衣高品級磨料制品，如“金屬基體陶瓷CBN砂輪”、“65m/s陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪”等，超硬磨料砂輪的品種規(guī)格已形成系列，超硬磨料砂輪的最大直徑可達(dá)φ750mm(正在試制φ1100mm砂輪)，最高使用線速度可達(dá)80m/s，并在開發(fā)125m/s的高速砂輪，為超硬磨料砂輪的推廣使用創(chuàng)造了條件。

       可以預(yù)見，隨著超硬磨料砂輪的廣泛使用，必將促進(jìn)磨床制造業(yè)的變革與發(fā)展，而高效高性能磨床的發(fā)展，又將進(jìn)一步推動(dòng)超硬磨料砂輪的使用。