針對(duì)特殊材料的磨削砂輪研制

周潤鋒

【摘 要】某設(shè)備上一種特殊的零件采用一種特殊金屬材料（成份類似彈簧鋼）制成，該材料硬而粘，磨削性不好，而且加工磨削時(shí)砂輪與工件接觸面積較大，因而砂輪的工作條件比較惡劣，使用普通砂輪較難保證大批量、連續(xù)生產(chǎn)的要求。為了增加砂輪使用壽命，提高工件合格率，進(jìn)行了磨削該工件專用砂輪的研制工作，通過理論分析和加工試驗(yàn)，最終選取到比較理想的砂輪配方。

【關(guān)鍵詞】專用砂輪；磨削；特殊材料

0 引言

某設(shè)備上一種特殊的機(jī)械零件采用一種特殊金屬材料（成份類似彈簧鋼）制成，設(shè)計(jì)形狀為薄壁圓盤狀，圓盤直徑約Φ100mm，厚度約1mm，設(shè)計(jì)尺寸和形位公差精度要求較高。其中薄壁圓盤零件材料成分類似彈簧鋼（含Mn），特點(diǎn)是硬度高，韌性大，彈性好，較難產(chǎn)生塑性變形。該材料硬而粘，磨削性不好，而且加工工藝采用“切磨”的方式，磨削時(shí)砂輪與工件接觸面積較大，磨削力很大，砂輪脫粒也很快，因而砂輪的工作條件比較惡劣，使用普通砂輪較難保證大批量、連續(xù)生產(chǎn)的要求。

為了提高工件合格率，提高加工效率，并適當(dāng)延長砂輪使用壽命，進(jìn)行了磨削該工件專用砂輪的研制工作，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該專用砂輪研制的可行性，解決了原砂輪使用壽命短，磨削效率低的問題，并成功應(yīng)用于大批量生產(chǎn)加工中。

1 專用砂輪的研制

1.1 砂輪分類及選用原則

砂輪也叫固結(jié)磨具，是采用結(jié)合劑將磨料固結(jié)為要求的形狀（大多數(shù)為圓形，中部有通孔），并有一定強(qiáng)度的固結(jié)磨具。一般由結(jié)合劑、磨料和氣孔組成，此三種組成長稱為砂輪的三要素。按照結(jié)合劑不同分類常有陶瓷結(jié)合劑砂輪、樹脂結(jié)合劑砂輪和橡膠結(jié)合劑砂輪。砂輪在制造過程中是在磨料中加入不同的結(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥和焙燒等工序制成的內(nèi)部有很多氣孔的物體。由于原材料和制造工藝的不同，砂輪的加工性能有很大差別。砂輪的特性主要優(yōu)磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。具體選用原則如下：

1.1.1 磨料的選擇

最常用的磨料是棕剛玉（A）和白剛玉（WA），然后是黑碳化硅（C）和綠碳化硅（GC），其余還有單晶剛玉（SA）和鉻剛玉（PA）等。白剛玉適宜于制造精磨淬火鋼、高碳鋼、高速鋼等；綠碳化硅砂輪磨粒鋒利、導(dǎo)熱性好，適合于磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷等硬脆材料。

1.1.2 粒度的選擇

用粗粒度砂輪磨削時(shí)，生產(chǎn)效率高，工件表面粗糙，用細(xì)粒度砂輪磨削時(shí)，工件表面質(zhì)量好，而效率較低。

一般平蘑、外圓磨和無心磨選用36#-46#。

1.1.3 硬度的選擇

磨削軟材料時(shí)要選用較硬的砂輪，磨削硬材料則選用軟砂輪。

1.1.4 結(jié)合劑的選擇

陶瓷結(jié)合劑是一種無機(jī)類型的結(jié)合劑，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，這種結(jié)合劑制造的砂輪磨削效率較高、磨削損耗較小，能很好地保持砂輪的幾何形狀和尺寸，因而應(yīng)用范圍較廣，是一種非常常用的結(jié)合劑。適用于磨削加工普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼等。但是，陶瓷結(jié)合劑砂輪脆性較大，容易損壞，不能受劇烈震動(dòng)。一般只能在線速度為35m/s內(nèi)磨削加工情況下使用。樹脂結(jié)合劑則是一種有機(jī)類型的結(jié)合劑，使用它制造的砂輪強(qiáng)度很高，并且具有一定彈性，耐熱性低，自銳性好，不易損壞，因而可制作工作速度高于50m/s的砂輪和很薄的特殊用途的砂輪。

1.1.5 大氣孔砂輪的選擇

大氣孔砂輪在磨削加工時(shí)具有不堵塞、耐用度好和切削力大等優(yōu)點(diǎn)。適用于軟金屬、塑料和皮革等非金屬材料的粗、精磨削加工。同時(shí)由于空隙比較大，利于熱量的散發(fā)，它還具有散熱快的特點(diǎn)，所以在磨削加工一些熱敏性大的材料、薄壁工件和干磨工序中有良好的效果，得到了比較廣泛的應(yīng)用。大氣孔砂輪的生產(chǎn)范圍是：磨料一般選用碳化物和剛玉等，磨料粒度（36#-180#），氣孔尺寸（0.7-1.4mm）。

1.2 工藝簡介

磨削過程是砂輪刀具與工件相互作用，磨削中磨粒與工件材料之間的作用既包括磨粒與工件之間的刮擦，又包括磨粒與工件之間的高速?zèng)_撞。作為刀具的砂輪穩(wěn)定性對(duì)加工的精度起主要作用。本工藝中砂輪端面磨削工件為面接觸，參與切削工件材料的磨粒數(shù)量眾多，用于制造砂輪的磨粒晶體的生長機(jī)理不同及制粒過程的破碎方法不同，使得磨料幾何形狀極不規(guī)則，由于砂輪結(jié)構(gòu)和制造工藝的原因，磨粒在砂輪端面上呈隨機(jī)分布狀態(tài)，磨削速度及磨削區(qū)的溫度高，在這種高應(yīng)變和高溫下呈現(xiàn)出的材料性能尤為復(fù)雜，砂輪磨粒的磨損、磨粒的切削性能也受到很大的影響。工件材料特殊，材料韌性大，硬度高，磨削性不好，工件薄磨削面積大，在磨削中一次去屑率大，磨削力大，磨削引起的磨削熱易使零件過熱燒傷紋。

1.3 砂輪配方及實(shí)驗(yàn)

砂輪粒度的大小、磨料的配方和粘結(jié)劑的選用、砂輪硬度和氣孔率的確定直接影響砂輪的使用。根據(jù)磨削經(jīng)驗(yàn)，砂輪磨料粒度小所承載的磨削力小，對(duì)于材料韌性大，磨削性不好的工件不能進(jìn)行磨削，粒度太大，單位面積內(nèi)磨料減少，砂輪鋒利度下降，對(duì)大面積工件磨削性不好；選用大硬度的砂輪，砂輪脫粒性低，磨屑易將砂輪表面粘結(jié)，由于零件較硬，磨削時(shí)易產(chǎn)生“打滑”現(xiàn)象，砂輪硬度小，磨削力小，脫粒太快，對(duì)工件則無法進(jìn)行磨削，綜合考慮選用粒度為46#、中軟，樹脂結(jié)合劑的砂輪，考慮工件材料，砂輪磨料分別選用單晶剛玉、鉻剛玉和綠色碳化硅進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，從中選取適合此種材料加工的磨料。根據(jù)上面的試驗(yàn)方案，選用每種類型的砂輪按照不同的磨削參數(shù)進(jìn)行磨削試驗(yàn)，以修正一次能加工合格工件的數(shù)量作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果如表1。

從上述表中可以很明顯的做出判斷，綠色碳化硅磨料的砂輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較理想，因而最終選用性能優(yōu)異的綠色碳化硅材料的砂輪。

1.4 砂輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

磨削時(shí)接觸面積大，一次磨削去屑率高，磨屑不能及時(shí)由磨削液帶走，工件屬超薄壁，未帶走的磨屑直接影響的表面質(zhì)量，單靠選用較大氣孔已經(jīng)難以解決上述問題。為了解決該問題，在砂輪成型時(shí)端面上特制40個(gè)容屑孔，研制的砂輪結(jié)構(gòu)如圖1，使用該結(jié)構(gòu)的砂輪磨削過程中砂輪較易被沖刷干凈，從而保證工件的表面質(zhì)量和加快砂輪磨削時(shí)散熱，從而提高砂輪的使用壽命。

2 專用砂輪使用效果在正式生產(chǎn)中，使用專門研制的此種砂輪，磨削過程中砂輪耐磨度、脫粒程度、磨削進(jìn)給量、磨削速度均能滿足工藝要求，并且加工的工件變形較小，合格率高，同時(shí)提高了磨削效率2倍以上。

3 結(jié)論

（1）通過對(duì)工件特殊原材料及磨削工藝技術(shù)分析，根據(jù)經(jīng)典砂輪選用原則，研制了磨削加工該零件的專用砂輪，通過加工驗(yàn)證表面，該砂輪滿足了工藝要求。

（2）在批量生產(chǎn)中采用此種砂輪進(jìn)行加工，大幅度的提高了零件合格率和磨削效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張幼楨.金屬切削理論[M].北京：航空工業(yè)出版社，1987.

[責(zé)任編輯：王楠]