第三章 砂 轮
一、砂轮的特性
砂轮的特性包括磨料、粒度、硬度、粘结剂、组织、强度、形状及尺寸等。 磨料硬度是指磨料这种物质本身所具有的硬度。
磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。
天然磨料包括：石英、石榴石、天然刚玉及天然金刚石等。
人造磨料包括：刚玉系和碳化物系等普通磨料；人造金刚石、立方碳化硼等超硬磨料；以及硬度较低的的磨料氧化铬、氧化铁、玻璃粉等。
超声波除垢磨具，系指用结合剂或粘结剂将磨料按一定要求粘结而成的砂轮、油石、砂纸、砂带等以及用油料、水剂调合而成的研磨膏等用于磨削的工具。现代磨具制造业主要选用人造磨料来制造磨具。
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普通磨料的固结磨具（本书表述的是砂轮），由磨粒、结合剂和空隙三部分组成。磨粒以其裸露在表面部分的棱角作为切削刃；结合剂将磨粒粘结在一起，经加压与熔烧使之具有一定的形状和强度；空隙则在磨削中起容纳切屑、磨削液和散逸磨削热的作用。磨料、粘结剂和空隙构成砂轮结构的三要素。普通磨料的品种、代号、特征及其应用范围：
表功率测量4-3-1 普通磨料品种、代号及其应用范围
系类 | 名称 | 代号 | 特征 | 应用范围 |
刚玉系 | 棕刚玉 | A(GZ) | 呈棕褐，硬度较高，韧性较大，价格相对较低 | 适于磨削抗拉强度较高的金属材料，如碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等 |
白刚玉 | WA(GB) | 呈白，硬度比棕刚玉高，韧性较棕刚玉低，易破碎，棱角锋利 | 适于磨削淬火钢、合金钢、高碳钢、高速钢以及加工螺纹及薄壁件等 |
单晶刚玉 | SA(GD) | 呈淡黄或白，单颗粒球状晶体，强度与韧性均比棕、白刚玉高，具有良好的多棱多角的切削刃，切削能力较强 | 适于磨削不锈钢、高钒钢、高速钢等高硬、高韧性材料及易变形、烧伤的工件，也适于高速磨削合低粗糙度磨削 |
微晶刚玉 | MA(GW) | 呈棕黑，磨料由许多微小晶体组成，韧性大，强度高，工作时呈微刃破碎，自锐性能好 | 适于磨削不锈钢、轴承钢、特种球墨铸铁等较难磨材料，也适于成形磨、切入磨、高速磨及镜面磨等精加工 |
铬刚玉 | PA(GG) | 呈玫瑰红或紫红，韧性高于白刚玉，效率高，加工后表面粗糙度较低 | 适于刀具、量具、仪表、螺纹等低粗糙度表面的磨削 |
锆刚玉 | ZA(GA) | 呈灰褐，具有较高的韧性合耐磨性，是Al2O3的复合氧化物 | 适用于对耐热合金钢、钛合金及奥氏体不锈钢等难磨材料的磨削合重负荷磨削 |
黑刚玉 | BA(GH) | 呈黑，又名人造金刚砂，硬度低，但韧性好，自锐性、亲水性能好，价格较低 | 多用于研磨与抛光，并可用来制做树脂砂轮及砂布、砂纸等 |
碳化物系 | 黑 碳化硅 | C(TH) | 呈黑，有光泽，硬度高，但性脆，导热性能好，棱角锋利，自锐性优于刚玉 | 适于磨削铸铁、黄铜、铅、锌等抗张强度较低的金属材料，也适于加工各类非金属材料，如橡胶、塑料、矿石、耐火材料及热敏性材料的干磨等，也可用于珠宝、玉器的自由磨粒研磨等 |
绿 碳化硅 | GC(TL) | 呈绿，硬度和脆性均较黑碳化硅高，导热性好，棱角锋利，自锐性能好 | 主要用于硬质合金刀具和工件、螺纹合其它工具的精磨，适于加工宝石、玉石、钟表宝石轴承及贵重金属、半导体的切割、磨削和自由磨粒的研磨等 |
立方 碳化硼 | SC(TF) paas系统 | 呈黄绿，晶体呈立方体，强度高于黑碳化硅，脆性高于绿碳化硅，棱角锋利 | 适于磨削韧而粘的材料，如不锈钢、轴承钢等，尤适于微型轴承的沟槽的超精加工等 |
铈碳化硅 | CC(TS) | 呈暗绿，硬度比绿碳化硅略高，韧性较大，工件不易烧伤 | 适于加工硬质合金、钛合金以及超硬高速钢等材料 |
碳化硼 | BC(TP) | 呈灰黑，在普通磨料中硬度最高，磨粒棱角锋利，自锐性好 | 适于硬质合金、宝石及玉石等材料的研磨与抛光 |
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磨料选择注意事项
● 须考虑被加工材料的性质。抗张强度较高的材料，应选用韧性大的磨料；硬度低、延伸率大的材料，应选用较脆的磨料；对高硬材料则应选择硬度较高的磨料。
● 须注意选用不易与工件材料产生化学反应的磨料，以减少磨具的消耗。
● 磨料在加工过程中，会遇到不同介质，在一定的温度范围内，会受到侵蚀、产生化学反应以至完全分解。因此，必须在磨料选用时予以注意。
2. 粒度及其选择原则
砂轮粒度是指磨料颗粒的几何大小；冷轧辊磨削通常使用36～120＃的粒度。
粒度号是表征磨粒颗粒大小的数字。表示粒度号的方法有二种：一种是英制，用一英寸长度上筛网有多少个孔来表示；另一种是公制法，用筛网眼的宽度(微米或毫米)来表示。粒度号与磨料的颗粒大小相反，粒度号小颗粒大，粒度号大的颗粒小。
粒度的选择应考虑加工工件尺寸、几何精度、表面粗糙度、磨削效率以及如何避免某些磨
削缺陷的产生等因素。一般来说，要求工效高、表面粗糙度较高，砂轮与工件接触面大、工件材料韧性大和延伸性较大以及加工薄壁工件时，应选择粗一些的粒度；反之，加工高硬脆、组织紧密的材料，精磨、成形磨和高速磨削时，则应选择较细的粒度。
砂轮粒度的选择原则：
粗←————— 粒度 —————→细
大 ← 加工余量 → 小
粗 ← 加工粗精程度 → 精
软、粘 ← 工件材质 → 硬、脆
宽 ← 加工时接触面积 → 窄
大 ← 砂轮直径 → 小
粘 ← 结合剂性质 → 脆
3. 硬度及其选择原则
砂轮的硬度是指粘结剂粘结磨粒的牢固程度。也就是砂轮工作表面的磨粒，在外力作用下脱落的难易程度。
砂轮硬度的选择，主要取决于被磨工件的材料、磨削方式和性质。选择的主要原则如下：
软←————— 硬度 —————→硬
硬、脆 ← 工件材质 → 软、粘
宽 ← 加工时接触面积 → 窄
高 ← 砂轮速度 → 低
低 ← 工件转速 → 高
粗 ← 加工粗精度 → 粗
良好 ← 机床精度 → 不良
熟练 ← 操作者熟练程度 → 不熟练
4. 粘结剂及选择原则
粘结剂是把许多细小的磨粒粘结在一起的材料。结合剂主要有陶瓷、人造树脂、橡胶——颗粒冷却塔天然树脂结合剂及菱镁结合剂。
各种结合剂特点如下：
陶瓷——多孔，轻便，刚性大，耐热，耐油和酸碱的侵蚀。
人造树脂——轻便，锐利，强度大且有弹性，坚固性和耐热性比陶瓷结合剂差。
天然树脂——有弹性，密度大，磨料易脱落，耐热差，不耐酸，不耐油。
菱镁结合剂——致密，利于光亮表面低速磨削。
冷轧辊通常使用树脂类粘结剂（常用标记：B）。
结合剂的强度（硬度）通常以字母表示，它不表示磨粒的硬度而指粘结强度，它和砂轮磨
料的脱落速度有关，从E～W按字母顺序排列表示强度从软向硬发展：
很软 E、F、G
软 H、I、J、K
中等 L、M、N、O
硬 P、Q、R、S
超硬 T、U、V、W
冷轧辊通常使用H～K的砂轮。粘结剂就是将磨粒粘接在一起的物质。其代号、性能及选择原则如下表：(注：括号内为旧代号)
表4-3-2粘结剂代号、性能及选择原则
类别 | 名称及 代号 | 原料 | 性 耐热粘合剂能 | 选择原则 |
无 机 结 合 剂 | 陶瓷结合剂 V(A) | 粘土、长石硼玻璃、石英及滑石 | 化学性能稳定，耐热抗酸、碱、气孔率大磨耗小、强度较高，能较好地保持磨具的几何形状，但脆性较大，弹性差，不能承受侧面扭曲力和冲击力。 | 适用于内、外圆、无心、平面、螺纹及成形磨削以及刃磨、珩磨及超精磨。适于对碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、有金属进行加工。 |
有 机 结 合 | 树脂结合剂 B(S) | 酚醛树脂或环氧树脂 | 结合强度高，具有一定的弹性，能在高速下进行工作。自锐性好，但其耐热性、坚固性较V差，且不耐酸、碱。 | 适用于荒磨、切断和自由磨削，可用来制造高速、低粗糙度重负荷、薄片切断砂轮。 |
剂 | 橡胶结合剂 R(X) | 合成、天然橡胶 | 强度高，弹性好，磨具结构紧密，气孔率较小，磨粒钝化后易脱落 。但耐酸。耐油及耐热性较差，磨削时有臭味。 | 适于制造无心磨、导轨精磨、抛光砂轮、超薄型切割用片状砂轮以及轴承精加工用砂轮。 |
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5. 组织
砂轮总体积是由磨粒、粘结剂、孔隙构成的。这三部分体积的比例关系叫作砂轮的组织。通常用磨粒所占砂轮体积的百分比来表示砂轮组织的松紧程度。
砂轮的组织通常类似蜂窝状，按国际标准组织级别以1～16表示，越小的号码表示组织越致密：
很密的 1、2
密的 3、4
中等 5、6、7、8
疏松的 9、10、11
很疏松的 12、13、14、15、16
6. 强度
砂轮强度是指砂轮在高速旋转时，在离心力的作用下，抵抗其自身破碎的能力，我们通常用砂轮的线速度来表征其强度。就我厂所使用的砂轮来说，其最高线速度不能超过45m/s。
7. 形状及尺寸
砂轮的形状多种多样，有平形、杯形、蝶形砂轮等；一般轧辊磨床都使用平形砂轮。
砂轮的尺寸是指砂轮的外径、宽度、内径。
砂轮的微刃不等高性、磨粒微刃性、自锐性
以砂轮最外圆作为基准圆，则砂轮各磨粒切刃的顶峰在基准圆里边，并且距离基准圆远近不等。磨粒切刃的这种分布性质，称为微刃不等高性；
在通常情况下，在砂轮表面上，每颗磨粒具有一个切刃，但是通过修整砂轮，每颗磨粒可能有几个切刃同时参加切屑工作，这种性质称为磨粒的微刃性；
磨粒产生新棱角和磨粒自选脱落，这种现象称为砂轮的自锐性；
二、砂轮的标记
砂轮的标记如下所述：
1、砂轮的标记全部用字母及数字以代号形式表示，其标记方法如下：
（1） 标记书写的顺序：砂轮形状－尺寸－磨料－粒度－硬度－组织－结合剂－线速度。
（2） 尺寸书写的顺序：外径－宽度－孔径。
2、砂轮标记的具体含义：
第二节 砂轮的选择和安装
一、砂轮选择
选择砂轮时，主要根据被磨工件材料的性质和热处理方法来选择。选择磨料粒度时主要是根据加工精度、表面粗糙度和磨削生产中的要求来选择，选择砂轮硬度的主要依据是被磨工件的材料，磨削方式和性质等。而且必须根据工件材料的性质，加工余量的大小，砂轮和工件的接触面积大小等来选择砂轮组织，对于结合剂，主要是根据工件材料的性质，磨削方法，加工表面质量要求来选择，而砂轮的形状和尺寸主要是根据磨床类型、加工方法及工件形状尺寸来决定。
砂轮选用的正确与否对轧辊磨削质量很重要，它涉及磨料的粒度、材质、间隙尺寸、硬度、粘结剂。要得到一个良好的磨削量，磨削时间和砂轮脱落之间的关系，可依据以下原则：
1） 轧辊表面越硬，砂轮相对越软；
2） 如砂轮脱落太快，说明硬度低，对应措施有：增加砂轮转速、增加滑架速度、降低轧
辊转速。如果这些措施不起作用，则表明该砂轮选用不合适；
3） 如砂轮有间隙堵塞、变光、轧辊表面有烧伤，则砂轮硬度过高。
二、砂轮的安装、拆卸
1. 砂轮的安装规则
砂轮的安装必须按下列规则进行：
(1)清洗砂轮法兰、清洗法兰上各螺丝孔、平衡滑道、滑块的砂轮泥。
(2)新砂轮安装前，必须经过敲击试听检查，有杂音的砂轮禁止使用。
(3)砂轮与法兰盘配合间隙控制在0.5mm以内，但过紧的砂轮也禁止使用。
(4)砂轮端面与法兰盘接触的地方，必须用纸垫均匀的垫好。
(5)砂轮法兰盘上固定砂轮的螺丝必须齐全，安装前要涂油，采用对称循环方法均匀拧紧。
(6)紧固好的砂轮作静平衡，要立起安装平衡轴时，接触地面的砂轮边缘必须垫好软制品。
(7)砂轮静平衡架纵横必须水平，平衡轴与砂轮法兰盘必须完全研合。
(8)平衡好的砂轮，固定好平衡块，吊离平衡架，拆下平衡轴，将其吊入规定的架子上放好。
(9)将平衡轴上的导向轴及平衡的螺丝、螺母擦净，涂上油，放在规定位置。
砂轮工作时高速旋转，承受较大的离心力，如果安装不当或砂轮本身有裂纹，使用时会引起砂轮爆裂，发生严重后果，因此，砂轮在使用前必须做共振测试。
2. 共振测试方法
在测试之前，检查砂轮是否在运输过程中或者由于其它的原因受到损坏。
测试采取的方法是：可以用一个小的金属工具在砂轮上轻轻敲击，比如在小型砂轮上用螺丝刀把手，或者在较硬的砂轮上使用木制榔头。
假如砂轮产生失真的响声，那么砂轮可能有裂纹，该砂轮就不能使用。这一检查被称为“共振测试”。
在这种测试的时候，砂轮应该是干的，而且绝对不能带有锯屑等杂物，不然会减弱响声。
须提醒的是，有机烧结块砂轮不会产生一种清晰的金属响声，这是玻璃化混合物或者硅酸脂砂轮的特征。
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