磨料磨具產(chǎn)品培訓(xùn)(磨料部分)

磨料磨具基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)陜西德賽新材料科技有限公司目錄各類型磨料知識介紹結(jié)合劑、布基等輔料知識介紹固結(jié)磨具（砂輪）的構(gòu)成要素介紹涂附磨具（砂帶）構(gòu)成要素介紹超硬磨具（金剛石磨具）構(gòu)成要素介紹磨料是一種具有高硬度和一定機(jī)械強(qiáng)度的顆粒材料,用于制造磨具或直接用于研磨和拋光。作為磨料必須具備以下五個方面的條件：較高的硬度、適度的抗破碎性及自銳性、良好的熱穩(wěn)定性、一定的化學(xué)穩(wěn)定性、便于加工成不同大小的顆粒。磨料分為天然磨料和人造磨料兩大類。自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱為天然磨料。磨料的概念：磨料燧石石英砂氧化鐵柘榴石金剛砂氧化鍶金剛石剛玉類碳化硅類其它特殊磨料天然磨料人造磨料磨料分類天然礦石的磨料已經(jīng)趨于淘汰，用于磨具制造的已經(jīng)不多，磨具大多數(shù)采用人造磨料制作。本次，我們主要了解學(xué)習(xí)各種人造磨料的性能特點(diǎn)。剛玉類—棕剛玉棕剛玉：主要化學(xué)成份AL2O3，由鋁礬土、鐵屑和無煙煤在電弧爐中熔煉而成。棕剛玉磨料的色澤為棕色，就其色澤而言，命名為棕剛玉。性能特點(diǎn)：這種磨料具有一定的硬度和韌性，具為較強(qiáng)的磨削能力，能承受很大的壓力。具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。適用范圍：由于抗張強(qiáng)度高，它適用于磨削抗張強(qiáng)度大的材料，適用于普通鋼、高碳鋼、合金鋼，可用于硬質(zhì)木材的加工，還可用于其它磨料不足時的代用，有萬能磨料之稱，是使用中最廣泛的一種磨料。

棕剛玉：P砂用于樹脂、陶瓷砂輪；F砂用于涂附磨具生產(chǎn)用。代號：A；在磨具的使用中，磨料為主要原材料，其中80%為棕剛玉，20%為其他類磨料；全國年產(chǎn)近70萬噸的棕剛玉中，20%用于耐火材料用。主要產(chǎn)地：主要集中山西、貴州貴陽、廣西平果、河南伊川、三門峽澠池、陜縣、鄭州登封為主要產(chǎn)地；代表性企業(yè)：山西沁新煤焦、河南伊龍高新、伊川東風(fēng)、貴陽新生、貴州達(dá)眾七砂、廣西平果礦業(yè)、重慶博賽等區(qū)域代表性企業(yè)，年產(chǎn)量均在四萬噸以上。剛玉類—白剛玉性能特點(diǎn)：它具有顏色潔白、硬度高、韌性低，純度高、磨削力強(qiáng)、發(fā)熱量小、效率高耐酸堿腐蝕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，質(zhì)地比棕色剛玉更純凈。適用范圍：不但是高級的磨料磨具材料，而且適用于制造陶瓷、樹脂固結(jié)磨具以及研磨、拋光、噴砂、精密鑄造等，還可用于制造高級耐火材料。白剛玉:主要化學(xué)成份為AL3O2由鋁氧粉為原料在電弧爐中熔煉而成。代“WA”，色澤為白色，就其色澤而言命名為白剛玉。主要產(chǎn)地：河南、山東代表性企業(yè)：河南玉發(fā)、淄博金紀(jì)元剛玉類—鋯剛玉鋯剛玉是以鋯英砂為主要原料于電弧爐中經(jīng)高溫冶煉而成。性能特點(diǎn)：其質(zhì)地堅韌,結(jié)構(gòu)致密,強(qiáng)度高,熱震性好。適用范圍：作為一種高級磨料，可制造高性能的重負(fù)荷砂輪，對鋼件、鑄鐵件、耐熱鋼、以及各種合金材料有很好的磨削作用；另外，鋯剛玉還是一種高級耐火原料，是制作高性能的滑動水口及浸入式水口的理想材料，還可用于制作玻璃熔窯用鋯剛玉磚。生產(chǎn)企業(yè)：河南玉發(fā)、鄭州中旭耐火材料；微晶剛玉：

主要化學(xué)成份為AL2O3，所采用的生產(chǎn)原料與棕剛玉相同，唯在冶煉過程中采用急速冷卻的工藝而得到微細(xì)結(jié)晶的效果。性能特點(diǎn)：微細(xì)結(jié)晶的剛玉比普通剛玉的機(jī)械強(qiáng)度要高。適用范圍：用微晶剛玉做成的磨具常用于粗磨鑄鋼、高韌性鈦鎳合金鋼等難磨材料，但很少用于制造涂附磨具。

剛玉類—微晶剛玉鉻剛玉：是在白剛玉的生產(chǎn)過程中加入Cr2O3的混合物，使這種剛玉形成白剛玉中α-AL2O3和Cr2O3的共熔體，改變剛玉的性能和結(jié)構(gòu)。性能特點(diǎn)：呈玫瑰紅色，鉻剛玉的韌性比白剛玉要高，其硬度與白剛玉大概相同。加入Cr2O3的數(shù)量與生產(chǎn)的鉻剛玉的性能也略有不同，而其色澤也有所不同。適用范圍：鉻剛玉磨削的材料常用于淬火鋼、合金鋼和螺紋鋼的刃磨和儀器儀表零件的精密磨削。鉻剛玉常用于生產(chǎn)固結(jié)磨具，很少用于制造涂附磨具。

剛玉類—鉻剛玉碳化硅碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑為原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅用途：1.作為磨料，可用來做磨具，如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。2.作為冶金脫氧劑和耐高溫材料。碳化硅主要有四大應(yīng)用領(lǐng)域,即:功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。目前碳化硅粗料已能大量供應(yīng)，不能算高新技術(shù)產(chǎn)品,而技術(shù)含量極高的納米級碳化硅粉體的應(yīng)用短時間不可能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。3.高純度的單晶，可用于制造半導(dǎo)體、制造碳化硅纖維。

碳化硅包括黑碳化硅和綠碳化硅碳化硅分類綠碳化硅是以石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料,添加食鹽作為添加劑，通過電阻爐高溫冶煉而成。性能特點(diǎn)：其硬度介于剛玉和金剛石之間,機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉。含SiC97%以上，適用范圍：主要用于磨硬質(zhì)含金工具。黑碳化硅：是以石英砂,石油焦和優(yōu)質(zhì)硅石為主要原料,通過電阻爐高溫冶煉而成。性能特點(diǎn)：有金屬光澤，含SiC95%以上，其硬度介于剛玉和金剛石之間,機(jī)械強(qiáng)度高于剛玉,性脆而鋒利。強(qiáng)度比綠碳化硅大，但硬度較低適用范圍：主要用于磨鑄鐵和非金屬材料。

金剛石（JR）

金剛石是以石墨為原料，以某些金屬或合金為觸媒，在高溫（1000—2000℃）、高壓（557—608Mpa）下，使石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)而成。性能特點(diǎn)：金剛石是已知的最硬物質(zhì)，具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性，以及較強(qiáng)的切削能力。

超硬系列人造磨料---人造金剛石金剛石（JR）分類：金剛石可分為JR1、JR2、JR3、JR4、JR5五個牌號，其特點(diǎn)和用途如下：

超硬系列人造磨料---人造金剛石

1．JR1型：用于硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃及難磨材料的精磨工序，加工效果好，但不適于重負(fù)荷磨削。

2．JR2型：適于制造金屬結(jié)合劑及陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具。它可承受較大的負(fù)荷，用于粗磨、半精磨硬質(zhì)合金及非金屬材料，也可切割光學(xué)玻璃、寶石、高硬巖石等。

3．JR3型：用于制造金屬結(jié)合劑地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。

4．JR4型：用于制造地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。

5．JR5型：適于制造切割鋸片，鉆頭及修整工具等，用于加工硬脆非金屬材料。超硬系列人造磨料立方氮化硼（CBN)

性能特點(diǎn)：立方氮化硼是一種新型的超硬磨料，其硬度僅次于金剛石，而熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于金剛石，特別是對鐵族金屬的化學(xué)惰性好，不易與鋼材起反應(yīng)，磨既硬又韌的鋼材時具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，耐磨性比普通磨料高30-40倍。適用范圍：在加工高速鋼、合金鋼、耐熱鋼時，其工作能力在大超過金剛石磨具的工作能力。亦可作為磨加工硬質(zhì)合金及非金屬材料使用。立方氮化硼：是以六方氮化硼為原料，減金屬或堿土金屬或它們的氮化物作觸媒，在高壓高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w的氮化硼。這一轉(zhuǎn)變與石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸嗨啤?/p>

涂附磨具特別是砂帶在磨削加工時基本上是以單層磨料承擔(dān)著整個磨削過程,磨粒磨損或脫落后,再沒有后備的磨粒繼續(xù)著磨削的作用,所以對這一層有限數(shù)量的磨粒顯得特別重要,如何防止磨粒的脫落和提高每個顆粒的磨削作用是當(dāng)前砂帶研究者和制造者所致力研究探索的重要課題,目前采取了如下幾種方法:鍍衣磨料或特殊處理的磨料1、煅燒處理:

將磨料置于800-1300C的高溫下直接煅燒2-4小時,取出冷卻,即可使用.如溫度高,則有部分磨料有少量燒結(jié)現(xiàn)象,需進(jìn)行敲碎過篩方可使用.

煅燒的作用：1、磨料在制粒過程中由于多次撞擊所形成的微細(xì)裂紋在高溫時被燒結(jié),增加了磨料在制造過程中由于燒結(jié)而增加了單顆粒的強(qiáng)度.2、增加磨料的毛細(xì)管作用,增加了磨料的親水性,提高了磨粒對粘結(jié)劑的吸附作用,從而使磨粒借助粘結(jié)劑對基體的粘附力.如磨料的煅燒處理后各種效果明顯,棕剛玉磨料經(jīng)煅燒后顯微硬度可提高10%,韌性提高10%親水性提高3.5倍,磨削量提高3%,耐用度提高30-50%.

鍍衣磨料或特殊處理的磨料2、堿處理：

將磨料浸泡于2%NaOH溶液中約30分鐘,然后冼凈,烘干后可使用.堿處理的作用：

由于堿對磨料有一定的腐蝕能力,從而增加了磨料表面的粗糙程度,提高了磨粒表面的毛細(xì)管作用,有利于磨料與粘結(jié)劑的粘結(jié)效果,使磨粒不易從砂帶表面脫落下來,從而提高了砂帶的磨削效果與耐用度.由于堿對氧化鋁有一定浸蝕作用,所以這種方法對剛玉系列的磨料效果比較好.鍍衣磨料或特殊處理的磨料3、涂金屬鹽的處理:

將磨料浸泡于濃度為0.1%-1.0%的金屬鹽溶液中約30分鐘,然后取出烘干,并將烘干的磨料煅燒至500約30分鐘,冷卻后即可使用.如用0.5%硫酸亞鐵處理的棕剛玉,再經(jīng)800度高溫煅燒處理后即成。處理的作用：所制成的砂帶,其磨削效率可提高4-20%,常用的金屬鹽有硫酸亞鐵、醋酸鎳、氧化鎳、硫酸銅、硫酸銅-硼砂、硝酸鐵、硝酸鈷等.還有用三氧化二鐵或四氧化三鐵等材料在磨料用粘結(jié)劑進(jìn)行粘附,煅燒至500-800C半小時,冷卻后即可使用的鍍衣磨料,也有明顯的磨削效果.鍍衣磨料或特殊處理的磨料4、涂陶瓷液的處理:

以長石、粘土、或石灰石等成份的陶瓷液涂于磨料表面，并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)（約1000-1300C），使磨料表面包裹了一層薄薄的陶瓷材料。處理的作用：以利于磨料與粘結(jié)劑的粘結(jié)，從而提高砂帶的耐用度.

鍍衣磨料或特殊處理的磨料5、涂樹脂液的處理:

以液體酚醛樹脂和少量的金屬氧化物如(3)所敘的三氧化二鐵、四氧化三鐵或氧化鈦組成的樹脂混合液將磨料浸泡在其中，約30分鐘取出烘干即可使用.處理的作用：由于樹脂液浸透性好,可滲入磨料的微小孔隙中,所以增加了磨料對粘結(jié)劑的粘結(jié),提高了砂帶的耐用度,又由于樹脂液中加了金屬氧化物,增加了砂帶中磨粒的散熱性,有利于砂帶效率的提高.鍍衣磨料或特殊處理的磨料6、涂硅烷的處理:

硅烷又稱有機(jī)硅,它是硅與有機(jī)基因經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成即有無機(jī)特性又有有機(jī)特性的特殊化合物,因此,涂硅烷后磨料有利于磨料與粘結(jié)劑的結(jié)合.涂附的方式有兩種:一是將硅烷液直接涂附于涂附磨料的表面,涂層最理想最有效的厚度是單分子厚度,這在操作上是比較困難的;另一種簡單的方法是將硅烷直接加入到粘結(jié)的膠液中,這種方法的效果不如前者.

微晶結(jié)構(gòu)的新型陶瓷磨料它是以凝膠法制造的燒結(jié)陶瓷磨料，其晶體尺寸約1-3微米，硬而韌，磨削時微小晶體逐漸脫落露出新的晶體，保持了整個磨粒的鋒利。代表產(chǎn)品：1、美國３Ｍ公司于1981年投入市場，命名為Cubutron以此做成的砂帶,磨錘頭比鋯剛玉砂帶的切削效率高71%,磨包鎳不銹鋼的效率比鋯剛玉砂帶的切削率高150%.2、美國NORTON公司的SG磨料,用SG磨料砂帶在400PSI壓強(qiáng)下(砂帶速度為28米/秒)磨削金屬量比棕剛玉高5倍;3、德國Hermes公司命名的CB陶瓷砂帶料的砂帶,采用這類磨料制成的涂附磨具特別適用高強(qiáng)壓下加工難磨材料,如航天合金、高鎳合金鋼、含釩工具鋼、含鈷合金鋼等.

除此之外,近期國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家還開發(fā)人造金剛石和立方氮化硼(CNB)磨料制成的涂附磨料,專門加工硬質(zhì)合金、石英元件及難加工鋼材.

堆積磨料堆積磨料是近幾年出現(xiàn)的一種新型磨料，用它制成的砂帶具有磨削效率高、磨削性能穩(wěn)定，磨削精度好和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此能滿足各種高密度材質(zhì)和金屬、合金的磨削和拋光，是精密研磨的首選工具，

堆積磨料的每個大磨粒都是由很多微細(xì)的氧化鋁或碳化硅磨料組成，如圖２所示，磨料顆粒通過高強(qiáng)度粘結(jié)劑牢固地粘貼在基體上，而顆粒上的微細(xì)磨料是隨機(jī)排列的，這樣在整個磨削過程中顆粒就一點(diǎn)一點(diǎn)地磨損，殘砂隨機(jī)脫落，露出嶄新的完整磨料繼續(xù)作工，形成的多層磨料磨削提高了砂帶的使用壽命，這種多層次連續(xù)作業(yè)的磨削方式大大優(yōu)于傳統(tǒng)靜電植砂或重力植砂等方式，將磨料單層分布在基體表面形成統(tǒng)一排列的砂面來達(dá)到磨削的目的

空心球磨料

空心球磨料：所謂空心球磨料是指將磨料均勻地涂附于直經(jīng)0.05-1mm的塑料制成的空心球表面而組成的一種球狀磨料的集合體,然后將制成的空心球磨料按一般的常規(guī)的方法涂附于基體表面后而制成的砂帶.

空心球磨料一般是在制作細(xì)粒度產(chǎn)品時被采用.由于磨料很細(xì),如果直接涂附在基體表面上,則磨料層很薄,參與磨削的磨料較少,磨削效率較差,而且磨料很細(xì),砂帶表面孔隙率很低,在磨削時易阻塞.如果采用空心球磨料,則砂帶表面將形成非?！按植凇钡哪ハ髅?，表面孔隙將大大增加，則砂帶表面有利于排除磨削的阻塞，更重要的是砂帶表面參與磨削的磨粒數(shù)將數(shù)倍或數(shù)十倍地的增加，其增加數(shù)決定于球徑與粒徑的比例，比例越大，增加的磨粒越大，因而大大提高了磨削效率與耐用度。如空心球磨料的砂帶是德國HERMES公司的專利，對該公司來說這類產(chǎn)品專稱為“HERMESIT”

復(fù)合磨料

是指一種磨料與另一種磨料的機(jī)械復(fù)合而非起化學(xué)反應(yīng)的復(fù)合,在制造磨具時將兩種磨料機(jī)械地加在成型料中,各種磨料仍保持獨(dú)有的理化特性.在使用時取其各長發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),并達(dá)到更好效果的目的.為達(dá)到磨削的目的,在國外或國內(nèi)常采用以復(fù)合磨料的方式來生產(chǎn)制造磨具用于難加工的材料.這就是所謂巧立名目.另立牌號的一種作法.常見復(fù)合磨料有棕剛玉與白剛玉的復(fù)合,由剛玉與綠碳化硅的混合,棕剛玉與黑碳化硅的復(fù)合等等.復(fù)合磨料常見于固結(jié)磨具,極少用于涂附磨具的制造。磨料特性匯總磨料種類代號主要特點(diǎn)主要應(yīng)用范圍棕剛玉A棕褐色，抗破碎能力強(qiáng)，抗氧化、抗腐蝕，韌性強(qiáng)適于磨削抗張強(qiáng)度大的金屬材料，如普通碳素鋼等白剛玉WA潔白的剛玉晶體，有微刃結(jié)構(gòu)，硬度比棕剛玉高，但脆性大，韌性低，切削能力強(qiáng)主要用于淬火鋼、合金鋼的細(xì)磨精磨，及磨螺紋及齒輪鉻剛玉PA玫瑰紅色，硬度與白剛玉接近，但韌性高，加工效率高，且加工表面精度、粗糙度高適用于精密刃