普通磨料磨具2

普通磨料磨具制造第一篇磨料第一章磨料通论磨料－磨料通论1.1磨料的种类及粒度1.1.1序论什么是磨具？凡是在加工工序中起磨削、研磨、抛光作用的工具，都被称为磨具。磨具是伴随着人类使用工具就产生了，在新石器时代，开始使用经过打磨过的石斧、石针，我国秦汉时期铜镜磨亮，都是采用天然的磨料、磨具进行的。根据一些资料证明，外国制造人工磨料磨具是在200多年前：1760年，法国出现用天然磨料制造砂纸的作坊；1825年，印度出现用虫胶做结合剂制造磨具；1846年，美国出现第一块用于外圆磨床的砂轮是用天然矿石做成的；1857年，比利时用天然橡胶为结合剂做成砂轮；1877年美国用粘土做结合剂做成天然磨料的陶瓷砂轮；1880年，美国用树脂为结合剂制成树脂砂轮；但是，在1891年之前，人们还是以天然磨料做制造磨具的主要原材料。1897年，美国诺顿公司（NortonCo.）生产出刚玉磨料；1900年磨床已进入普通加工车间，磨具应用日益广泛。1901年电弧炉冶炼棕刚玉成功，达到批量生产水平，也标志着人造磨料真正进入工业化生产阶段。1901年，生产出了白刚玉，使磨料品种日趋完善。1920年，螺纹磨床出现。1924年，绿色碳化硅在卡普伦登公司研制成功。1925年，第一台磨齿机制成。1930年，磨具生产开始控制组织,出现了无心磨床。1934年，美国生产了硬度高于碳化硅的碳化硼（B4C）。1936年，制成天然金刚石的金属结合剂磨具。1940年出现砂带磨床和陶瓷金刚石砂轮。1946年，美国研制成功单晶刚玉，使含有钒、钛、钨、铝等元素的合金钢材磨加工效率得到提高。此时，陶瓷磨具占磨具生产的主要地位。1948年，生产加强纤维树脂砂轮，树脂磨具在打毛刺、修理焊缝等工序上得到广泛应用。1953－1954年，瑞士和美国分别研制成功人造金刚石。1957年，美国首先工业化生产人造金刚石，同年还研制成立方氮化硼，超硬磨料进入磨加工领域。1962年，出现铬刚玉和烧结刚玉。1963年，制成锆刚玉。1970年，生产三种不同ZrO2含量的锆刚玉系列，钢铁行业的钢坯修磨逐步发展采用高速高负荷树脂磨具。1976年，已经使用锆刚玉制成80米/秒，负荷达500公斤的树脂磨钢坯砂轮。七十年代，陶瓷磨具与树脂磨具产量比例达1:1，七十年代苏联发展钛刚玉，我国生产镨钕刚玉，八十年代初期，陶瓷磨具最高使用速度达125米/秒并用于轴承工业。目前磨具使用速度最高达250m/s磨料磨具的发展，促使一系列磨削加工的迅猛发展，而磨削加工在各个工业领域的广泛应用，又反过来促使磨料磨具品种和质量的不断扩大与提高。二十世纪五十年代是磨料磨具与磨加工工艺发展最快并达到比较完整的年代，磨床约占金属切削机床20％；六十年代美国约占38％，苏联为25％左右，七十年代期间，磨床占金属切削加工机床仍为25~35％左右，而其间又大量发展了涂覆磨具-砂带、磨片、磨圈等，到八十年代初期、美国平均每三台磨床就有一台砂带磨床或砂带抛光机。我国解放前只有一个由日本制砥所在东北苏家屯遗留下来的砂轮生产作坊。新中国成立后，首先在东北苏家屯原有的砂轮旧厂上扩建了第一砂轮厂。1953年，我国筹建综合性的磨料磨具企业，由德意志民主共和国提供成套设备与工艺。1956年，厂址在郑州破土动工。1964年，建成第二砂轮厂。在第一个五年计划期间，还在山东建成第四砂轮厂，以后在贵州新建第三砂轮厂、第七砂轮厂和第六砂轮厂。1958年，由第二砂轮厂的中心实验室改为第一机械工业部磨料磨具磨削研究所。1958年，第一机械工业部建立了郑州机械专科学校磨料磨具班培养中专人才。1982年，全国除西藏外，各省都建有省、市、县级的磨料或磨具工厂磨料磨具品种已能满足国内需要，且由进口转为出口。1985年，由机械工业部机床工具司提议，国家教委批准，在燕山大学设立磨料磨具专业，使本行业拥有了本科、硕士研究生及后来的博士研究生的培养基地。90年代形成了磨料磨具方面完整的教学、科研和生产体系。1.1.2磨料的种类及代号1.碳化物类表1-1碳化物类磨料序号品种旧标准代号新标准代号1黑碳化硅THβ-SiCα-SiC(C)2绿碳化硅TLGC3碳化硼TPDC4立方碳化硅TFSC2.刚玉类表1-2刚玉类磨料序号品种旧标准代号新标准代号1棕刚玉GZA2白刚玉GBWA3铬刚玉GGPA4锆刚玉ZAZA5单晶刚玉GDSA6微晶刚玉GWMA7新品种SG3.其它天然磨料主要包括石榴石、天然刚玉、石英。4.主要厂家国内主要有第一、二、三、四、五、六、七砂轮厂，其中七砂产量最大；国外厂家：美国的诺顿公司，日本的昭和电工株式会社，美国的卡普伦登公司等；1.1.3磨料的粒度1.重要性决定了加工的精度和效率，是磨料的最基本指标。2.意义即磨料的颗粒尺寸。3.表示方法⑴．筛分法：＞40m，以筛号表示，如80#，还可称“目”；⑵．水选法：＜40m，以直接的颗粒尺寸标以“W”表示，如W5，表示5m；注意：①．粒度号不是随意划分的，一般有一定的标准，如我国国家标准有41个粒度号，记作：4#、5#、6#、7#、8#、10#、12#、……220#、240#等，微粉记作：w63、w50、w25……w1、w0.5等；②．各国的粒度划分不是完全一致的；表1-3各国磨料尺寸对照表粒度号国际标准ISO中国GB2477－83美国ANSI（74）日本JIS（76）原苏联гост3647-71基本粒尺寸,m基本粒尺寸,m基本粒尺寸,m基本粒尺寸,m粒度号基本粒尺寸,m8#2800～23602800～23602830～23802830～23802503150～250010#2360～20002360～20002380～20002380～20002002500～200012#2000～17002000～17002000～16802000～16801602000～160014#1700～14001700～14001680～14101680～14101251600～125016#1400～11801400～11801410～11901410～11901001250～100020#1180～10001180～10001190～10001190～1000801000～80022#1000～85024#850～710850～710841～707840～71063800～63030#710～600710～600707～595710～59050630～50036#600～500600～500595～500590～50040500～40040#500～42546#425～355425～355420～354420～35032400～31554#355～300355～300354～297350～29760#300～250300～250297～250297～25025315～25070#250～212250～212250～210250～21020250～20080#212～180212～180210～177210～17716200～16090#180～150180～150177～149177～149100#150～125150～125149～125149～12512160～125120#125～106125～106125～105125～10510125～100150#106～75106～75105～74105～748100～80180#90～6390～6388～6388～63680～63220#75～5375～5374～5374～53240#75～5375～5374～53563～50表1-4各国磨料尺寸对照表中国GB2477-83日本JIS（76）美国USAS（67）原苏联（71）德国DIN粒度号基本粒尺寸m粒度号基本粒尺寸m粒度号基本粒尺寸m粒度号基本粒尺寸m粒度号基本粒尺寸m粒度号基本粒尺寸m24087.5～73.528073.5～62P24058.5±2W6363～5032062～52.5240＃53.5～50OS5353±3P28052.2±2W5050～4036052.4～444#50～40OS4544.5±2P32046.2±1.540044～37280＃44～40P36040.5±1.5W4040～2850037～31320＃36～32.53#40～28OS3736.5±1.5P40035.0±1.560031～26360＃28.8～25.8OS2929.2±1.5P50030.2±1.5W2828～2070026～22400＃23.6～20.6M2828`20OS2322.8±1.5P60025.8±180022～18500＃19.7～16.7OS1717.5±1P80021.8±1W2020～14100018～14.5600＃16～13M2020~14OS1312.8±1P100018.3±1W1414～10120014.5～11.5M1414~10P120015.3±1W1010～7150011.5～8.9800＃12.3～9.8M1010~7OS99.3±120008.9～7.11000＃9.3～8.6OS78.5±1W77～525007.1～5.9M77~5OS54.5±0.8W55～3.530005.9～4.71200＃6.5～4.5M55~3.5OS33±0.5通用通用通用通用磨具用砂布（纸）用4.粒度组成及测定方法由于事实上实际的粒度是连续分布的，而粒度号是分立的，所以每个粒度号所对应的磨粒不只是一个同样的尺寸，而是一个粒度群，而且由于实际生产上的原因，这个粒度群的最粗粒和最细粒可能超出相邻的粒度号，如70#，其最粗粒可能通不过60#筛，最细粒可能通过80#筛。但是要限制粒度分布的比率，一个粒度号的粒群可以分成5个粒度群:即:最粗粒、粗粒、基本粒、混合粒、细粒，列表举例（见表1-5）表1-5粒度群组合粒度最粗粒粗粒基本粒混合粒细粒100%通过下列筛号不通过筛号重量不大于％不通过筛号重量不少于%不通过筛号重量不少于%通过下列筛号重量最多3%70#45#60#25704070/806510080#60#70#25804080/10065120磨料粒度的组成要符合国家标准的规定，现行标准为：GB2477-83；粒度的检查要按国家标准规定的“磨料粒度测定方法”进行检验。8目～240目用筛分法，W63～W0.5用显微镜分析法，目前又有激光粒度分析仪可用；1.2磨料的基本性质和化学性质1.2.1磨料必须具备的基本性质1.高硬度、高耐磨性一般认为，只有硬的东西才能磨削软的东西，越硬效率越高；2.有适当的抗破碎性和自锐性寿命与磨刃更新；决定于韧性，两者是矛盾的，应取适当值；3.高温稳定性和化学稳定性由于工作区磨削温度高、压力大、所以要求磨料：⑴．高温条件下的高硬度、高强度；⑵．高温下不发生反应和分解；⑶．不与工件发生化学反应；关于⑶的讨论：磨削不单纯是机械过程，磨削材料与工件可能发生化学反应：例1：碳化硅不能磨削钢材，从下列反应证实：Fe+SiC→FeSi+Fe3C(高温条件下)但可以加工磨削铸铁，原因是其高的Si、C含量；例2：刚玉不适于磨削玻璃、陶瓷等硅酸盐材料，有如下反应：3Al2O3+2SiO2→3Al2O3•2SiO2(莫来石)因此，对不同的加工材料，应选择合适的磨料，避免两者之间较大的化学亲和力，避免形成化学反应使磨料磨具的磨削性能下降；表1-6列出了普通磨料与被加工材料之间的反应情况:表1-6磨料与被加工材料之间化学反应情况刚玉系列碳化硅系列反应粘着磨耗反应粘着磨耗低合金钢无无小大有小镍无无小大有特大不锈钢无无中中有特大铸铁小小小中无小钛大大大大大中1.2.2化学成分化学成分是反应磨料质量、性质的主要指标，一般认为，磨料纯度越高越好，杂质越少其硬度耐磨性越好；2.意义化学成分分析可以判定磨料质量的好坏，对刚玉最有意义的是矿物分析，因为并非所有的Al2O3都形成α-Al2O3，即物理刚玉；1.指标见表1-7。以上均有国家标准限定；表1-7普通磨料化学成分3.化学成分的变化规律磨料的化学成分将随磨料的粒度