磨料

科學知識 9547 463 2016-08-07

磨料是銳利、堅硬的材料,用以磨削較軟的材料表面。磨料有天然磨料和人造磨料兩大類。按硬度分類有超硬磨料和普通靡磨料兩大類。磨料的范圍很廣,從較軟的家用去垢劑、寶石磨料到最硬的材料金剛石。磨料是制造每一種精密產品所必不可少的材料。許多天然磨料,已被人造磨料所代替。除金剛石外,天然磨料的性能都不太穩定,不過仍有其使用價值。金剛石是硬度最高的磨料,產地以南非為主,占世界總產量的95%,其馀為巴西、澳大利亞、圭亞那和委內瑞拉等地。工業用金剛石從灰白色到黑色不等,經碾碎后可制砂輪、砂帶、拋光輪和研磨粉等。

基本信息

  • 中文名稱

    磨料

  • 外文名稱

    Abrasive materials

  • 主要用于

    制造磨具

  • 分類

    天然磨料和人造磨料

目錄
1簡介
2生產工藝
3拋光磨料
4特性
5應用領域
6人造磨料
7超硬磨料
8物理性質

簡介

天然剛玉的化學成分為氧化鋁,主要產地南非,用它拋光和研磨玻璃。金剛砂也是氧化鋁的一種天然形式,一般說來,它不如剛玉純,主要產地希臘、土耳其,多用來制砂布或砂紙。石榴石磨料用于噴砂、水刀切割、制造涂附磨具、濾料、耐磨地坪骨料等,多應用在五金、鋼材、鑄件、陶瓷、鋁材、木材、皮革工業方面。燧石通常用于制作砂紙。石英是最早的砂輪用料,至今仍有用于制造刀具和加工玻璃。浮石來源于火山,是制造拋光粉的原料。矽藻土為拋光粉和油石的配料。其他天然磨料還有滑石、矽石、長石、黑矽石和白堊等。磨料磨料

生產工藝

從1970年代起,已大量生產人造磨料,其中最主要的有碳化矽和氧化鋁兩種。碳化矽俗稱金剛砂,將純矽石砂與焦炭混合加入少量木屑后,放入電爐中,在2,200~2,480℃焙燒約36小時而制得。氧化鋁俗稱剛玉,工業上常用電弧爐加熱熔化鋁礬土制成,雪白透明的用作熱敏金屬的磨料,黑色的用于加工鑄件和鋼材。人造金剛石砂輪是硬度最高的磨具,為硬質合金刀具的刃磨所必需。人造金剛石還可制成各種形狀和大小的工具,以適用于切割玻璃和陶瓷。碳化硼的硬度高于碳化矽,不適用于制作砂輪,在拋光硬質材料時可用它代替價格昂貴的金剛石。立方碳化硼的硬度是碳化矽的兩倍,氧化鋁的2.5倍,用它磨削某些工具鋼很有效。磨料磨料

拋光磨料

金剛石

極高的硬度,顆粒外形尖銳鋒利,對于不同硬度的材料都具有很好的磨削作用,對于存在軟硬相差懸殊的不同相的合金試樣拋光效果較好。此外,金剛石拋光磨料磨削壽命長,切削能力高,因而磨料消耗少,同時還可以使試樣表面基本不產生形變擾亂層。

氧化鋁

硬度很高,與被拋光材料一般不發生化學反應。氧化鋁拋光磨料是一般鋼鐵試樣常用的拋光磨料。但它不宜用于拋光鋁及鋁合金,因為氧化鋁磨料容易使鋁表面晦暗且產生腐蝕坑。

氧化鉻

拋光能力弱于氧化鋁,可以用作鋼鐵試樣的最終拋光。

氧化鐵

可以獲得極光亮的表面,但同時容易產生變形擾亂層,且會將非金屬夾雜物從試樣金屬基體中曳出,使用很少。

氧化鎂

硬度較低,顆粒極細,具有尖銳的外形和良好的磨削刃口。它比較適用于鋁、鎂及其他非鐵金屬及合金試樣的最終拋光。它對鋼鐵試樣中的非金屬夾雜物曳出作用小,因此特別適合于夾雜物檢驗和鑄鐵石墨試樣的拋光特別有利。

特性

磨料的重要性能之一是它的硬度,它必須比待加工材料更硬,常用莫氏硬度計測定各種磨料的硬度。磨料的另一重要性能是韌性或體積強度。可改變原料的混合量、純度、粒度和晶體結構等來控制這一性能,以適合于各種應用。

磨料制品的制造,除粉狀滑石和氧化鐵外,所有原料均需壓碎和篩選,篩選粒度應為4~900, 即直徑約6毫米(公厘)到6微米(1公厘的千分之一)或者更細。砂輪是最主要的磨料制品,由磨料和結合劑按一定比例混合,經模壓成形后燒結而成,最后還必須進行整形、平衡和超速試驗。砂布和砂紙為另一種產量較大的磨料制品,是由磨粒黏結在基層材料(布或紙)上,經干燥后裁切成不同規格的制品。其他為粉狀或粒狀磨料,在篩選后,需經一定的工藝處理,如研磨或拋光用磨料,通常加以礦物油膏或蠟等輔料,以適應不同工作條件的需要。

應用領域

磨料磨料磨料在工業上應用非常廣泛,特別是加工高精度或低粗糙度的零件或特別硬的零件時,磨料和磨具是必不可少的。此外,對于刀具的刃磨和堅硬材料的切割,砂輪也是必不可少的工具。在汽車制造業中,活塞環與氣缸、閥門與閥座的緊密配合,變速器和齒輪的精度等,都要用磨料和磨具加工,才能保證。其他有關的新制品,如塑性黏結滾磨機用介質,為大量零件的去毛刺節省時間,提高了生產率。

磨料的生產技術已有顯著的進步。金剛石砂輪的效率較14年前已提高4倍;軋鋼廠用的氧化鋯-氧化鋁砂輪的總成本只為1948年的25%,速度提高了7倍。當前的問題是有關磨削作用的基礎理論尚未清楚,有待于研究;制品的規格復雜,品種繁多,不易簡化。

人造磨料

人造磨料產品主要分為剛玉磨料和碳化硅磨料兩大類,具體來說,基本上有以下幾種:

1、棕剛玉磨料,主要成分是Al2O3,具有硬度中等,韌性大,顆粒鋒銳,價格比較低廉,適合加工抗張強度高的金屬。微晶剛玉磨料和黑剛玉磨料都是其派生品種。

2、白剛玉磨料,其硬度略高于棕剛玉,但韌性較差,磨削時易切入工件,自銳性好,發熱量較小,磨削能力強,效率高。鉻剛玉磨料是其派生品種。

3、單晶剛玉磨料,其顆粒是由單一晶體組成,并具有良好的多棱切削刃,較高的硬度和韌性、磨削能力強,磨削發熱量少,缺點是生產成本較高,產量較低,所以價格比較高。鋯剛玉磨料也是晶體化合物,硬度略低,晶體尺寸較細,耐磨性能好。

4、黑碳化硅磨料、綠碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、鈰碳化硅磨料等,屬于碳化硅磨料,主要成份是碳化硅SiC,硬度高,脆性大,磨粒鋒利,導熱性較好,耐磨性較強,比較適合加工硬脆的金屬及非金屬產品。

適合機械,電子,金屬零部件,五金,工具,汽車配件,儀器儀表,鑄造,醫療,工藝飾品等行業產品的表面去毛刺,倒角,去氧化皮和表面拋光。

研磨效率高,耐磨耐用,不容易卡孔,表面光亮度高!

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超硬磨料

超硬磨料磨具以其優良的磨削性能,現已廣泛用于磨削技術各個方面,并成為超精密磨削、高效率磨削、難加工材料磨削、高精度成形磨削、磨削自動化和無人化等技術進步的基礎。

金剛石和CBN磨料由于它們在加工材料適應方面的互補性,使由它們所構成的磨具可加工范圍大為擴展,覆蓋了包括各種高硬、高脆、高強韌性材料的幾乎全部被加工材料。

金剛石磨具是磨削硬質合金、光學玻璃、陶瓷和形容詞石等硬脆材料的最佳磨具,但因其在700℃~800℃時容易碳化,所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。CBN磨料的出現導致磨削技術的革命,它能承受1300℃~1400℃的高溫,對鐵族元素化學惰性大,導熱性好,磨鋼料時的切除率高,磨削比大,磨具壽命長,是磨削淬硬鋼、高速鋼、高強度鋼、不銹鋼和耐熱合金等高硬度韌性大的金屬的最佳磨料。此外,CBN磨具還適用于超高速磨削,金屬基體CBN磨具線速度超過250m/s也會不破碎。

CBN磨具的廣泛使用主要是近幾年各種高效高性能CNC磨床問世,以及磨具制造技術的進步,開發出了性能優異的單層電鍍和高溫釬焊等新磨具,促使了磨削技術的發展,其中尤以高效點磨削新工藝更受人們的青睞。

點磨削(Quickpoint Grinding)是由德國公司首先推出的。它是利用釬焊CBN薄砂輪(寬度只有幾mm)和超高砂輪線速度(120m/s~180m/s,高的可達200m/s~250m/s)來實現的。加工時使砂輪軸線與工件軸線在水平方向上形成一定傾斜角,以使砂輪與工件之間理論上的線接觸變成點接觸。這樣可大大減少磨削接觸區面積,而極高的磨削速度既可使磨屑變薄、磨粒負荷減輕,又可使熱量來不及傳到工件和砂輪上,幾乎都被磨屑所帶走,提高工件加工精度和表面質量。使用表明,點磨削的磨削比大,砂輪壽命長,修整頻率低,材料切除率高,同時由于它采用和NC車床一樣的兩坐標聯動來實現復雜回轉體零件的表面磨削,一次安裝能加工出外圓、錐面、曲面、螺紋、臺肩和溝槽等所有外形,比切入磨削有更大柔性,同時冷卻效果極佳,磨削溫度低,甚至可以真正實現干磨削,目前該工藝已在我國上海大眾汽車有限公司桑塔納轎車生產線上使用,取得了顯著的經濟效益。

物理性質

磨料的粒度

磨料的粒度指的是磨料的顆粒尺寸。磨料可按其顆粒尺寸的大小分為磨粒、磨粉、微粉和超微粉四組。其中,磨粒和磨粉這兩組磨料的粒度號數用每一英寸篩網長度上的網眼數目表示,其標志是在粒度號數的數字右上角加“#“符號。比如240#,是指每一英寸篩網長度上有240個孔,粒度號的數值越大,表明磨粒越細小。而微粉和超微粉這兩組磨料的粒度號數是以顆粒的實際尺寸來表示的,其標志是在顆粒尺寸數字的前面加一個字母“W“。有時也可將其折合成篩孔號。例如W20,是表示磨料顆粒的實際尺寸在20μm~14μm之間,這和篩孔號為500#。

在各種磨料的粒度中又有粗、中、細不同的顆粒。中粒是研磨粉中的基本粒度,是決定磨料研磨能力的主要因素,在麗都組成中占有較大的比例。實踐證明:經過離心分選后的研磨粉其研磨能力將比分選前提高20%。細粒在研磨中起很小的磨削作用,粒度除對研磨工件的質量不利外,而且還會降低研磨效率,應在粒度組成中盡量減少它們的數量。因此,從研磨的效率和工作的質量來說,都要求磨料的顆粒均勻。粒度在12#~80#的磨粒組,顆粒尺寸較大,不適用于作研磨加工的磨料。

磨料的硬度

磨料的硬度指的是磨料表面抵抗局部外作用的能力,而磨具(如油石)的硬度則是粘結劑粘結磨料在受外力時的牢固程度,它是磨料的基本特性之一。研磨的加工就是利用磨料與被研工件的硬度差來實現的,磨料的硬度越高,它的切削能力越強。

磨料的強度

磨料的強度指的是磨料本身的牢固程度。也就是當磨粒鋒刃還相當尖銳時,能承受外加壓力而不被破碎的能力。強度差的磨料,它的磨粒粉碎的快,切削能力低,使用壽命短。這就要求磨粒除了具有較高的硬度外,還應具有足夠的強度,才能更好地進行研磨加工。