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如何选择金刚石砂轮

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂,经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺不同,砂轮的特性差别很大,因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、力度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。
1.金刚石砂损耗的显微分析
   将各种磨削加工条件下使用后的金刚石砂轮在显微镜下进行观察,可详细分析其损耗情况,结果为:
    在磨削力和磨削速度都较低的条件下,金刚石砂轮使用后,其表面上分布着大量的棱角分明、反光一致的金刚石磨料的磨耗小平面,这是由于金刚石磨粒与超硬材料的机械摩擦而产生的机械磨损,这种磨损是逐渐进行的,磨粒的磨损量与其磨削行程长度成正比例关系。
    在磨削区温度较高的磨削条件下,金刚石砂轮上的金刚石磨粒产生氧化和石墨化而损耗。根据金刚石的性质可知,氧化、石墨化的程度取决于金刚石磨料的晶体完整性,并且石墨化的程度还与晶体方位有关,晶体完整性好的金刚石磨料,其氧化、石墨化损耗的程度低。
   金刚石砂轮表面上部分金刚石磨粒发生局部断裂和破碎,以致整粒脱落。金刚石磨粒发生解理破坏。由于晶体解理是由晶体结构因素—化学键的类型、强度和分布所产生的平面破裂,它经常是沿化学键强度最终的方位而产生。磨粒分布的随机性,决定其发生解理破坏是不可避免的。
   金刚石磨粒发生局部断裂和破碎,破碎形成的断口是无规则的。磨削过程中,磨粒瞬时升至高温,又在磨削液的作用下急冷,反复多次,在磨粒表面上形成很大的热应力,使磨粒表面开裂破碎。热应力破碎磨损与金刚石磨粒的缺陷分布以及氧化、石墨化有密切的联系,因此,首先在磨粒晶体表面缺陷处产生局部热应力集中,诱发多个裂纹产生和扩展。在磨削力的作用下,强度最弱的部分产生破碎、磨粒的破碎和脱落是磨削力和磨削热共同作用的结果。
   当作用在磨粒上的机械力超过砂轮结合剂对其的结合力时,便产生磨粒的整粒脱落。实验结果表明,在结合剂结合力较小的情况下,磨粒容易整粒脱落。
2.砂轮的特性
(1)磨料
磨料是砂轮的主要组成部分,它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性,以承受磨削时的切削热和切削力,同时还应具备锋利的尖角,以利磨削金属。常用磨料代号、特点及应用范围。
(2)粒度
粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。对于颗粒尺寸大于 40μm的磨料,称为磨粒。用筛选法分级,粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数来表示。如60 # 的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有60孔眼的筛网。对于颗粒尺寸小于40μm的磨料,称为微粉。用显微测量法分级,用W和后面的数字表示粒度号,其W后的数值代表微粉的实际尺寸。如W20表示微粉的实际尺寸为20μm。砂轮的力度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗,磨削深度大,生产率高,但表面粗糙度值大。反之,则磨削深度均匀,表面粗糙度值小。所以粗磨时,一般选粗粒度,精磨时选细粒度。磨软金属时,多选用粗磨粒,磨削脆而硬材料时,则选用较细的磨粒。
(3)结合剂
结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性极耐腐蚀性,主要取决于结合剂的种类和性质。
(4)硬度
砂轮硬度是指砂轮工作时,磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬,表示磨粒难以脱落;砂轮软,表示砂轮容易脱落。
砂轮的硬度与磨料的硬度是完全不同的两个概念。硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮,砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。例如,结合剂与磨粒粘固程度越高,砂轮硬度越高。
砂轮硬度的选用原则是:工件材料硬,砂轮硬度应选用软一些,以便砂轮磨钝磨粒及时脱落,露出锋利的新磨粒继续正常磨削;工件材料软,因易于磨削,磨粒不易磨钝,砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时,由于切屑容易堵塞砂轮,应选用较软砂轮。粗磨时,应选用较软砂轮;而精磨、成型磨削时,应选用硬一些的砂轮,以保持砂轮的必要形状精度。机械加工中常用砂轮硬度等级为 H至N(软2-中2)。
(5)组织
砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态:紧密、中等、疏松;细分成 0-14号间,共15级。组织号越小,磨粒所占比例越大,砂轮越紧密;反之,组织号越大,磨粒比例越小,砂轮越疏松。
 

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