早新石器時(shí)代,人類就已經(jīng)開始應(yīng)用天然磨石來加工石刀、石斧、骨器、角器牙器等工具了;1872年,美國(guó)出現(xiàn)了用天然磨料與粘土相結(jié)合燒成陶瓷砂輪;1900年前后,人造磨料問世,采用人造磨料制造各種磨具相繼產(chǎn)生,為磨削磨床快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。此后,天然磨具磨具所占比例逐漸減少。
磨具按其原料來源分,有天然磨具人造磨具兩類。機(jī)械工業(yè)常用天然磨具只有油石。人造磨具按基本形狀結(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)涂附磨具五類。此外,習(xí)慣上也把研磨劑列為磨具一類。
固結(jié)磨具按所用磨料不同,可分為普通磨料固結(jié)磨具超硬磨料固結(jié)磨具。前者用剛玉碳化硅等普通磨料,后者用金剛石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)度磨具。一般由磨料、結(jié)合劑氣孔構(gòu)成,這三部分常稱為固結(jié)磨具三要素。
磨料磨具起切削作用。結(jié)合劑把松散磨料固結(jié)成磨具材料,有無(wú)機(jī)有機(jī)兩類。無(wú)機(jī)結(jié)合劑有陶瓷、菱苦土硅酸鈉等;有機(jī)有樹脂、橡膠蟲膠等。其最常用陶瓷、樹脂橡膠結(jié)合劑。
氣孔磨削時(shí)對(duì)磨屑起容屑排屑作用,并可容納冷卻液,有助于磨削熱量散逸。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,如硫黃石蠟等,以改善磨具使用性能。這種填充劑,也被稱為磨具第四要素。
表示普通磨料固結(jié)磨具特征項(xiàng)目有:形狀、尺寸磨料、粒度、硬度、組織結(jié)合劑。磨具硬度指磨粒外力作用下,從磨具表面脫落難易程度,它反映了結(jié)合劑把持磨粒強(qiáng)度。
磨具硬度主要取決于結(jié)合劑加入量多少磨具密度,磨粒容易脫落表示磨具硬度低;反之,表示硬度高。硬度等級(jí)一般分為超軟、軟、軟、、硬、硬超硬七大級(jí),從這些等級(jí)還可再細(xì)分出若干小級(jí)。測(cè)定磨具硬度方法,較常用有手錐法、機(jī)械錐法、洛氏硬度計(jì)測(cè)定法噴砂硬度計(jì)測(cè)定法。
磨具硬度與其動(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)定磨具動(dòng)彈性模量來表示磨具硬度。磨削加工,若被磨工件材質(zhì)硬度高,一般選用硬度低磨具;反之,則選用硬度高磨具。
磨具組織粗分為緊密、等疏松三類。每類又可再細(xì)分?jǐn)?shù)等,用組織號(hào)來區(qū)分。磨具組織號(hào)越大,磨料磨具所占體積百分率越小,磨粒之間間隙越寬,表示組織越松。反之,組織號(hào)越小表示組織越緊。較松組織磨具使用時(shí)不易鈍化,磨削過程發(fā)熱少,能減少工件發(fā)熱變形燒傷。較緊組織磨具磨粒不易脫落,有利于保持磨具幾何形狀。磨具組織只制造時(shí)按磨具配方予以控制,一般不作測(cè)定。
超硬磨料固結(jié)磨具主要由金剛石、立方氮化硼等與結(jié)合劑固結(jié)成磨具。由于金剛石、立方氮化硼價(jià)格高、具有很好耐磨性能,用它們制造固結(jié)磨具與普通磨料固結(jié)磨具不同,除超硬磨料層外,還有過渡層基體。
超硬磨料層起切削作用部分,由超硬磨料結(jié)合劑組成;w磨削起支托作用,由金屬、電木或陶瓷等材料組成。過渡層用于連接基體超硬磨料層,由結(jié)合劑構(gòu)成,有時(shí)也可省去。常用結(jié)合劑有樹脂、金屬、電鍍金屬陶瓷等。
固結(jié)磨具制造工序有:分配料、混料、成型、熱處理、加工檢查等。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,將磨料結(jié)合劑按配方重量比例稱量后,置于混料機(jī)內(nèi)混合均勻,投入金屬模具內(nèi),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)合劑磨具一般室溫條件下壓力機(jī)上成型,也有采用加熱條件下邊加熱邊加壓熱壓工藝。成型后硬化爐內(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;也有用松散料,投入金屬模具內(nèi)壓力機(jī)上成型。成型后硫化罐內(nèi)硫化,溫度為165~180℃。
金屬結(jié)合劑磨具制造工藝有粉末冶金法電鍍法兩種,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)基體上,制成磨具。
特殊品種磨具有燒結(jié)剛玉磨具纖維磨具等。燒結(jié)剛玉磨具用氧化鋁微粉適量氧化鉻混合、成型,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。纖維磨具用含有或粘附有磨料纖維絲(如尼龍絲)作原料制成,它彈性好,主要用于金屬材料及其制品拋光。