磨具材料及加工介绍

磨具用以磨削、研磨抛光工具。磨具使用过程，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上磨料不断出现新切削刃口，或不断露出新锋利磨粒，使磨具一定时间内能保持切削性能。磨具这种自锐性，磨具与一般刀具相比突出特点。

早新石器时代，人类就已经开始应用天然磨石来加工石刀、石斧、骨器、角器牙器等工具了；1872年，美国出现了用天然磨料与粘土相结合烧成陶瓷砂轮；1900年前后，人造磨料问世，采用人造磨料制造各种磨具相继产生，为磨削磨床快速发展创造了条件。此后，天然磨具磨具所占比例逐渐减少。

磨具按其原料来源分，有天然磨具人造磨具两类。机械工业常用天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状结构特征区分，有砂轮、磨头、油石，砂瓦(以上统称固结磨具)涂附磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具一类。

固结磨具按所用磨料不同，可分为普通磨料固结磨具超硬磨料固结磨具。前者用刚玉碳化硅等普通磨料，后者用金刚石立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如烧结刚玉磨具等。

普通磨料固结磨具由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度磨具。一般由磨料、结合剂气孔构成，这三部分常称为固结磨具三要素。

磨料磨具起切削作用。结合剂把松散磨料固结成磨具材料，有无机有机两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土硅酸钠等；有机有树脂、橡胶虫胶等。其最常用陶瓷、树脂橡胶结合剂。

气孔磨削时对磨屑起容屑排屑作用，并可容纳冷却液，有助于磨削热量散逸。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些填充剂，如硫黄石蜡等，以改善磨具使用性能。这种填充剂，也被称为磨具第四要素。

表示普通磨料固结磨具特征项目有：形状、尺寸磨料、粒度、硬度、组织结合剂。磨具硬度指磨粒外力作用下，从磨具表面脱落难易程度，它反映了结合剂把持磨粒强度。

磨具硬度主要取决于结合剂加入量多少磨具密度，磨粒容易脱落表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度等级一般分为超软、软、软、、硬、硬超硬七大级，从这些等级还可再细分出若干小级。测定磨具硬度方法，较常用有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法喷砂硬度计测定法。

磨具硬度与其动态弹性模量具有对应关系，这有利于用音频法测定磨具动弹性模量来表示磨具硬度。磨削加工，若被磨工件材质硬度高，一般选用硬度低磨具；反之，则选用硬度高磨具。

磨具组织粗分为紧密、等疏松三类。每类又可再细分数等，用组织号来区分。磨具组织号越大，磨料磨具所占体积百分率越小，磨粒之间间隙越宽，表示组织越松。反之，组织号越小表示组织越紧。较松组织磨具使用时不易钝化，磨削过程发热少，能减少工件发热变形烧伤。较紧组织磨具磨粒不易脱落，有利于保持磨具几何形状。磨具组织只制造时按磨具配方予以控制，一般不作测定。超硬磨料固结磨具主要由金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结成磨具。由于金刚石、立方氮化硼价格高、具有很好耐磨性能，用它们制造固结磨具与普通磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有过渡层基体。

超硬磨料层起切削作用部分，由超硬磨料结合剂组成。基体磨削起支托作用，由金属、电木或陶瓷等材料组成。过渡层用于连接基体超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。常用结合剂有树脂、金属、电镀金属陶瓷等。固结磨具制造工序有：分配料、混料、成型、热处理、加工检查等。随结合剂不同，制造工艺也不尽一样。陶瓷结合剂磨具主要采用压型法，将磨料结合剂按配方重量比例称量后，置于混料机内混合均匀，投入金属模具内，压力机上成型出磨具毛坯。毛坯经干燥再装入窑内焙烧，烧成温度一般为1300℃左右。当采用低熔点烧熔结合剂时，烧成温度低于1000℃。再按规定尺寸形状精确加工，最后检查产品。

树脂结合剂磨具一般室温条件下压力机上成型，也有采用加热条件下边加热边加压热压工艺。成型后硬化炉内硬化。以酚醛树脂为结合剂时，硬化温度为180～200℃。

橡胶结合剂磨具主要采用对辊机混料，并滚压成薄片，然后用冲刀冲裁成型；也有用松散料，投入金属模具内压力机上成型。成型后硫化罐内硫化，温度为165～180℃。

金属结合剂磨具制造工艺有粉末冶金法电镀法两种，主要用于超硬磨料固结磨具。粉末冶金法以青铜等为结合剂，混料后采用热压或室温条件下加压成型，然后烧结加工。电镀法以镍或镍钴合金等为电镀金属，按电镀工艺将磨料固结基体上，制成磨具。

特殊品种磨具有烧结刚玉磨具纤维磨具等。烧结刚玉磨具用氧化铝微粉适量氧化铬混合、成型，1800℃左右烧结制成。这种磨具结构紧密，有较高强度，主要用于加工钟表、仪表等零件。纤维磨具用含有或粘附有磨料纤维丝(如尼龙丝)作原料制成，它弹性好，主要用于金属材料及其制品抛光。