磨具制造及工作原理介紹
磨具是用以磨削、研磨和拋光的工具。大部分的磨具是用磨料加上結(jié)合劑制成的人造磨具，也有用天然礦巖直接加工成的天然磨具。磨具除在機(jī)械制造和其他金屬加工工業(yè)中被廣泛采用外，還用于糧食加工、造紙工業(yè)和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡膠、木材等非金屬材料的加工。
磨具在使用過(guò)程中，當(dāng)磨粒磨鈍時(shí)，由于磨粒自身部分碎裂或結(jié)合劑斷裂，磨粒從磨具上局部或完全脫落，而磨具工作面上的磨料不斷出現(xiàn)新的切削刃口，或不斷露出新的鋒利磨粒，使磨具在一定時(shí)間內(nèi)能保持切削性能。磨具的這種自銳性，是磨具與一般刀具相比突出的特點(diǎn)。
早在新石器時(shí)代，人類就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用天然的磨石來(lái)加工石刀、石斧、骨器、角器和牙器等工具了；1872年，在美國(guó)出現(xiàn)了用天然磨料與粘土相結(jié)合燒成的陶瓷砂輪；1900年前后，人造磨料問(wèn)世，采用人造磨料制造的各種磨具相繼產(chǎn)生，為磨削和磨床的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。此后，天然磨具在磨具中所占比例逐漸減少。
磨具按其原料來(lái)源分，有天然磨具和人造磨具兩類。機(jī)械工業(yè)中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀和結(jié)構(gòu)特征區(qū)分，有砂輪、磨頭、油石，砂瓦（以上統(tǒng)稱固結(jié)磨具）和涂附磨具五類。此外，習(xí)慣上也把研磨劑列為磨具的一類。
固結(jié)磨具按所用磨料的不同，可分為普通磨料固結(jié)磨具和超硬磨料固結(jié)磨具。前者用剛玉和碳化硅等普通磨料，后者用金剛石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，還有一些特殊品種，如燒結(jié)剛玉磨具等。
普通磨料固結(jié)磨具是由結(jié)合劑將普通磨料固結(jié)成一定形狀，并具有一定強(qiáng)度的磨具。一般由磨料、結(jié)合劑和氣孔構(gòu)成，這三部分常稱為固結(jié)磨具的三要素。
磨料在磨具中起切削作用。結(jié)合劑是把松散的磨料固結(jié)成磨具的材料，有無(wú)機(jī)的和有機(jī)的兩類。無(wú)機(jī)結(jié)合劑有陶瓷、菱苦土和硅酸鈉等；有機(jī)的有樹脂、橡膠和蟲膠等。其中最常用的是陶瓷、樹脂和橡膠結(jié)合劑。
氣孔在磨削時(shí)對(duì)磨屑起容屑和排屑作用，并可容納冷卻液，有助于磨削熱量的散逸。為滿足某些特殊加工要求，氣孔內(nèi)還可以浸漬某些填充劑，如硫黃和石蠟等，以改善磨具的使用性能。這種填充劑，也被稱為磨具的第四要素。
表示普通磨料固結(jié)磨具特征的項(xiàng)目有：形狀、尺寸磨料、粒度、硬度、組織和結(jié)合劑。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，從磨具表面脫落的難易程度，它反映了結(jié)合劑把持磨粒的強(qiáng)度。
磨具的硬度主要取決于結(jié)合劑加入量的多少和磨具的密度，磨粒容易脫落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。硬度的等級(jí)一般分為超軟、軟、中軟、中、中硬、硬和超硬七大級(jí)，從這些等級(jí)中還可再細(xì)分出若干小級(jí)。測(cè)定磨具硬度的方法，較常用的有手錐法、機(jī)械錐法、洛氏硬度計(jì)測(cè)定法和噴砂硬度計(jì)測(cè)定法。
磨具的硬度與其動(dòng)態(tài)彈性模量具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，這有利于用音頻法測(cè)定磨具的動(dòng)彈性模量來(lái)表示磨具硬度。在磨削加工中，若被磨工件的材質(zhì)硬度高，一般選用硬度低的磨具；反之，則選用硬度高的磨具。
磨具組織粗分為緊密、中等和疏松三類。每類又可再細(xì)分?jǐn)?shù)等，用組織號(hào)來(lái)區(qū)分。磨具組織號(hào)越大，磨料在磨具中所占的體積百分率越小，磨粒之間的間隙越寬，表示組織越松。反之，組織號(hào)越小表示組織越緊。較松組織的磨具使用時(shí)不易鈍化，在磨削過(guò)程中發(fā)熱少，能減少工件的發(fā)熱變形和燒傷。較緊組織的磨具磨粒不易脫落，有利于保持磨具的幾何形狀。磨具的組織只在制造時(shí)按磨具配方予以控制，一般不作測(cè)定。
超硬磨料固結(jié)磨具主要是由金剛石、立方氮化硼等與結(jié)合劑固結(jié)成的磨具。由于金剛石、立方氮化硼的價(jià)格高、具有很好的耐磨性能，用它們制造的固結(jié)磨具與普通磨料固結(jié)磨具不同，除超硬磨料層外，還有過(guò)渡層和基體。
超硬磨料層是起切削作用的部分，由超硬磨料和結(jié)合劑組成；w是在磨削中起支托作用的，由金屬、電木或陶瓷等材料組成。過(guò)渡層用于連接基體和超硬磨料層，由結(jié)合劑構(gòu)成，有時(shí)也可省去。常用的結(jié)合劑有樹脂、金屬、電鍍金屬和陶瓷等。
固結(jié)磨具的制造工序有：分配料、混料、成型、熱處理、加工和檢查等。隨結(jié)合劑不同，制造工藝也不盡一樣。陶瓷結(jié)合劑磨具主要采用壓型法，將磨料和結(jié)合劑按配方的重量比例稱量后，置于混料機(jī)內(nèi)混合均勻，投入金屬模具內(nèi)，在壓力機(jī)上成型出磨具毛坯。毛坯經(jīng)干燥再裝入窯內(nèi)焙燒，燒成溫度一般為1300℃左右。當(dāng)采用低熔點(diǎn)燒熔結(jié)合劑時(shí)，燒成溫度低于1000℃。再按規(guī)定尺寸形狀精確加工，最后檢查產(chǎn)品。
樹脂結(jié)合劑磨具一般是在室溫條件下在壓力機(jī)上成型，也有采用在加熱條件下邊加熱邊加壓的熱壓工藝。成型后在硬化爐內(nèi)硬化。以酚醛樹脂為結(jié)合劑時(shí)，硬化溫度為180～200℃。
橡膠結(jié)合劑磨具主要采用對(duì)輥機(jī)混料，并滾壓成薄片，然后用沖刀沖裁成型；也有的用松散料，投入金屬模具內(nèi)在壓力機(jī)上成型。成型后在硫化罐內(nèi)硫化，溫度為165～180℃。
金屬結(jié)合劑磨具的制造工藝有粉末冶金法和電鍍法兩種，主要用于超硬磨料固結(jié)磨具。粉末冶金法以青銅等為結(jié)合劑，混料后采用熱壓或在室溫條件下加壓成型，然后燒結(jié)加工。電鍍法以鎳或鎳鈷合金等為電鍍金屬，按電鍍工藝將磨料固結(jié)在基體上，制成磨具。
特殊品種的磨具有燒結(jié)剛玉磨具和纖維磨具等。燒結(jié)剛玉磨具是用氧化鋁微粉和適量的氧化鉻混合、成型，在1800℃左右燒結(jié)制成。這種磨具結(jié)構(gòu)緊密，有較高強(qiáng)度，主要用于加工鐘表、儀表等零件。纖維磨具是用含有或粘附有磨料的纖維絲（如尼龍絲）作原料制成的，它的彈性好，主要用于金屬材料及其制品的拋光。
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