各种超硬磨具的特点及其选择原则

各种超硬磨具的特点及其选择原则

2021-11-03 16:10:42 0

超硬磨具具有磨削效率高、使用寿命长、加工工件粗糙度低、精度高、劳动强度低、对环境污染小等优点,适用于多种难加工材料的粗、精加工。根据其所用磨料的种类,超硬磨具主要分为人造金刚石磨具和立方氮化硼磨具两种。所使用的结合剂有:树脂结合剂(B)、金属结合剂(M)、陶瓷结合剂(V)、电镀结合剂(Me)。不同的磨料品种适用于不同的加工对象,而每种结合剂又有相应的使用特点和效果。


金刚石磨具磨削加工具有以下特点:


(1)磨削力小而稳定,由于金刚石硬度极高,研磨能力强,所以在使用金刚石磨具时,磨削力远小于普通磨具。金刚石树脂砂轮磨削硬质合金时的工作压力只相当于普通砂轮磨削力的1/4~1/5。这有利于机床动力消耗的减少和磨削震动的减弱,工件、机床、砂轮主轴形变小,提高工件加工精度和表面粗糙度。


(2)磨削热小,由于金刚石磨削力小,所以磨削发热小,同时由于金刚石的导热率高,比Sic高8~9倍,因此磨削区温度低,当进给量为0.2mm,Sic磨具磨削硬质合金,磨削区温度可达1100度,而金刚石砂轮磨削温度只有400℃,当进给量为0.01 mm时,磨削区温度只有200℃,这样避免工件烧伤和组织退火变软,保证磨削工件表面质量。


(3)磨削比高,使用寿命长,减少了加工过程的更换和修整次数。提高生产效率。


立方氮化硼(CBN)硬度仅次于金刚石,而热稳定性远高于金刚石,对铁族金属有较大的化学惰性,因此加工硬而韧的黑色金属有独到之处,CBN砂轮耐用度很高,磨削比是刚玉砂轮的百倍,磨削力和磨削热都比较小,加工工件表面质量好,砂轮修整次数少,形状保持性好,CBN聚晶复合片刀具具有耐高温的“红硬性”。用于高速干切削,高速切削产生的高温软化了被加工材质,改善了可加工性,在加工镍基合金时,CBN车刀比硬质合金车刀寿命长上百倍。立方氮化硼砂轮磨削工件时,不能使用碱性磨削液和水溶性磨削液,这会加速CBN磨料的分解。


为了充分发挥超硬磨具的磨削特点,在选择时应当进行正确的选择。


一、磨料的选择


磨料选择的主要依据是由被加工工件材料的性质决定的。其中人造金刚石磨料适用于非金属硬脆材料的加工:如硬质合金、玻璃、陶瓷、半导体材料、磁性材料、合金铸铁、宝石、碳素材料、石材、耐火材料等;立方氮化硼磨料具有良好的热稳定性,对铁族金属具有化学惰性,主要适用于硬韧材料的磨削加工:如高速钢、模具钢、轴承钢、特种合金钢等难磨材料的加工。


磨料的选择应与结合剂的品种相适应,树脂结合剂和陶瓷结合剂一般选择RVD人造金刚石,晶体形状为针片状、块状,金属结合剂、电镀结合剂一般选择MBD系列的人造金刚石,晶体形状为等积形、六一八面体、干磨、干切的超硬磨具需要选择TTI高的磨料。磨料品级的提高,磨具的生产成本及售价也会相应提高。


二、粒度的选择


被加工工件的表面粗糙度和磨削效率受磨料的影响极大,因此,粒度的选择主要是考虑这两方面的要求,细粒度磨料加工的表面粗糙度好,但加工效率低;粗粒度则与之相反,加工效率高,粗糙度较差,用户初次使用超硬磨具,可根据所需要达到的产品粗糙度,由生产厂家帮助选择磨料粒度,如果使用过普通磨具产品,则可选择比普通磨具细一个号的超硬磨料,但在满足所需粗糙度的前提下,应该尽量选择较粗粒度,这样可以提高生产效率。粒度与粗糙度的对应如下表所示,加工工件为硬质合金。


三、浓度的选择


浓度的选择一般依据以下几点:


(1)工件的几何形状、精度要求;


(2)加工工件的表面粗糙度;


(3)生产效率的要求;


(4)经济适用性的要求,同时还要考虑结合剂的类型。一般来说,树脂结合剂选用75-100%的浓度,陶瓷结合剂选择100%以上的浓度,金属结合剂选择50-100%的浓度,电镀结合剂则选择200%的浓度,需要形状保持性好时,则需要选择较高的浓度。细粒度、要求粗糙度低的,则选择低浓度(50%以下),要求生产效率高的一般适当增加浓度,但在磨料较粗时,反而选择较低浓度(如50%以下)和高强度的磨料。砂轮消耗过快时,除了提高结合剂硬度外,可以适当增加浓度;如果砂轮太硬时,可以适当降低浓度。


四、结合剂的选择


树脂结合剂超硬磨具的自锐性好、不宜堵塞、磨削阻力小、效率高,但使用寿命短,一般用于硬质合金工件的精磨、半精磨和抛光。也可用于非金属材料:如玻璃、磁性材料、半导体、陶瓷、宝石等的精磨和抛光,由于树脂结合剂的耐温性差,在磨具生产时根据用户使用时有无冷却液,选择干磨和湿磨的砂轮配方,满足用户的使用。


金属结合剂磨具把持力强、形状保持性好,应用于玻璃、陶瓷、石材、宝石、磁性材料、半导体材料等的切割、开槽,适用于粗磨、半精磨。此外可用于铸铁、合金钢的珩磨。金属结合剂配方类型较多,选择时应注明工件材质、磨削方式、加工余量以及侧重要求等。电解磨削时应特别注明,生产时选择导电性能好,抗电弧的含银的金属结合剂配方。


陶瓷结合剂超硬磨具的各项性能特点介于树脂和金属结合剂之间,主要优点是磨削效率高、不易堵塞,缺点是不耐冲击、脆性大、对振动敏感。陶瓷结合剂金刚石砂轮适用于硬质合金等的磨加工,陶瓷结合剂立方氮化硼砂轮适用于铁族金属的磨加工。电镀结合剂超硬磨具主要用于特殊型面的加工:如加工空间狭小、形状复杂而且需要形状保持性好的场合多采用。电镀产品填补了异型难压产品的空缺。电镀产品具有加工效率高,不需要修整的优点,缺点是寿命短。


五、形状与尺寸的选择


超硬磨具的形状和尺寸的选择主要依据磨床的型号和被加工工件的磨削方式:如平行砂轮主要用于外圆磨、平面磨和刃磨等,平行薄片砂轮主要用于切割、开槽等。磨具外径、内孔以及总厚度等受机床条件的限制:如法兰盘大小、安全防护罩尺寸、行程等。一般优先选择国标产品。这样具有良好的质量保证。对于非标准产品,用户应该与技术部门联系,提供技术资料及数据:如图纸、工件材质、粗糙度要求、精度要求、加工余量、磨削方式、磨床型号等,待双方技术部门进一步讨论和审定,即可确定产品规格,进行产品试制,满足用户使用要求后,即可批量生产。


六、磨削常见缺陷的原因分析


1.烧伤:进刀量太大,冷却液不足,砂轮粒度太细,结合剂太硬,磨削区温度高造成的。


2.堵塞、不锋利:磨料选择不当,结合剂选择不当、粒度太细、砂轮钝。


3.振纹:主轴磨损、砂轮装夹不紧、砂轮太硬、粒度太细、进给量太大、砂轮跳动、组织不均、砂轮不平衡。


4.划伤:磨料中有大粒、砂轮软。


5.砂轮消耗快:进给量太大、冷却液不足,磨料、结合剂选择不当,结合剂组织太松,湿磨砂轮用以干磨,砂轮太软等造成。



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