2.7　磨具的选择和使用

磨料、磨具是推动磨削加工技术发展的一个极为活跃而又十分关键的因素。正确选择和使用磨具对提高磨削加工效果至关重要。现对各类磨具的选择原则作简要叙述。

2.7.1　普通磨具的选择与使用

磨削过程就是磨具中的磨粒对工件的切削过程。选择磨具就是要充分利用磨粒的切削能力去克服工件材料的物理力学性能产生的抗力。由于磨具品种、规格繁多，而每一种磨具都不是万能的切削工具，只有一定的适用范围，因此对每一种磨削工作，都必须适当选择磨具的特性参数，才能达到良好的磨削效果。磨具特性主要包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸。这里从磨具特性方面来叙述选择磨具的一般原则。

（1）磨料的选择

磨料种类很多，其选择原则与被加工工件材料物理力学性能有直接关系。

一般来说，磨削抗拉强度较高的工件材料时，选择韧性较大的刚玉类磨料为宜；磨削抗拉强度低的工件材料，则以选择脆性较大而硬度较高的碳化硅类磨料为宜。部分材料的抗拉强度与选用的磨料见表2-8。

在选择磨料时，要考虑工件材料与磨料之间的化学反应性能。磨料与工件材料之间的化学反应是磨料产生化学磨损的主要原因。若用碳化硅磨料磨钢时，会产生强烈的化学磨损。刚玉类磨料磨削时则无此反应，不会发生化学磨损。相反，刚玉磨料磨削玻璃时，特别是有水冷却时，会产生强烈的化学反应，而碳化硅磨料磨削玻璃时则没有这种反应。因此，刚玉类磨料可用来磨削钢类工件，而不适于磨削玻璃，碳化硅磨料则不适于磨削钢材。

磨料和工件材料之间的化学亲和作用也要给予重视，尤其是某些难加工材料与磨料的亲和作用很明显。例如，碳化硅磨料磨削耐热合金时，由于碳化硅能与铁发生自化学反应且在磨削区高温作用下，碳化硅能发生分解，并与工件材料中的某些金属成分（如Co、Ni、Cr、W等）形成化合物，使碳化硅砂轮发生较严重的磨损，而用单晶刚玉磨削耐热合金时，则能取得较好的磨削效果。此外，选择磨料时，还要考虑磨料的红硬性。

下面介绍各种磨料的性能及适用范围。

①棕刚玉（A）　磨料的韧性大，硬度高，颗粒锋锐。因此，它适合于磨削抗拉强度较高的材料，如碳素钢、普通合金钢、可锻铸铁、硬青铜等。棕刚玉价格便宜，应用十分广泛，被视为通用磨料。棕刚玉的二级品，可作为磨修砂轮、砂瓦、砂布、砂纸用磨料及制作树脂切断砂轮。

②白刚玉（WA）　磨料的硬度略高于棕刚玉，但其韧性差一些。硬的磨料容易切入工件，可以减少工件的变形和磨削热量。白刚玉磨料最适于精磨、刀具的刃磨、螺纹的磨削及磨削容易变形及烧伤的工件，但价格高于棕刚玉。

③单晶刚玉（SA）　磨料具有良好的多棱切削刃，并有较高的硬度及韧性。这种磨料在磨削时不易破碎，切削能力强、寿命长，适于加工较硬的金属材料，如高钒高速钢、耐热合金钢及钴基、镍基合金钢与不锈钢等材料。尤其是含钒2％～3％的高钒钢，其可磨性能很差，用一般磨料很难磨削，而用单晶刚玉磨料则能适用。单晶刚玉磨料磨削淬火钢、工具钢及其他合金钢时，均能获得良好的磨削效果。单晶刚玉磨料生产量较小，只推荐用于耐热合金及难磨金属材料的磨削。

④微晶刚玉（MA）　外观、色泽、化学成分均与棕刚玉相似，所不同的是它的颗粒是由许多微小晶体集合组成。它具有强度高、韧性大、自锐性良好的特点，磨削过程中不易成大颗粒地脱落。由它制成的磨具磨损小，适于不锈钢、碳素钢、轴承钢、特种球墨铸铁等材料的磨削，还用于重负荷磨削和精密磨削。

⑤铬刚玉（PA）　磨料的硬度与白刚玉相近，韧性比白刚玉稍高，切削性能较好且有较高的强度和足够的脆性，因此磨削工件的表面不易烧伤和产生裂纹，并能提高生产率。用它制成的磨具现状保持性好，因而适用于成形磨削。铬刚玉比白刚玉具有更好的磨削性能，能使被加工表面降低表面粗糙度值。铬刚玉广泛用于淬火钢、合金钢刀具、螺纹的磨削加工、量具及仪表零件的精密磨削。

⑥锆刚玉（ZA）　是Al2O3和ZrO2的复合氧化物，韧性较好，适合于重负荷磨削及耐热合金钢、钛合金、奥氏体不锈钢的磨削。

⑦黑刚玉（BA）　磨料外观呈黑色，具有一定的韧性，硬度比棕刚玉低，多用于自由研磨，如电镀前、抛光的打磨或粗磨，用于喷砂，制作粗砂轮、砂布、砂纸等。

⑧黑碳化硅（C）　硬度比刚玉类磨料高，切刃锐锋，但性脆。导热性良好，散热快，自锐性能优于刚玉磨料。适宜加工抗拉强度较低的材料，如灰口铸铁、白口铸铁、青铜、黄铜、矿石、耐火材料、骨材、玻璃、陶瓷、皮革、橡胶等，还适于磨削热敏性材料，可用于干磨。黑碳化硅磨料可用于自由研磨，广泛用于珠宝、玉器、玛瑙制品的切割和整形等作业。

⑨绿碳化硅（GC）　磨料性质比黑碳化硅硬而脆，较锋利，具有尖锐的切削微刃，很容易切入被加工工件，但韧性不高。绿碳化硅除具有与黑碳化硅相同的用途外，主要适用于硬质合金刀具和工件磨削、螺纹磨削及其工具的精磨，还可磨削玛瑙、钟表宝石轴承、高级珠宝玉器、贵重金属（如锗）的切割和自由研磨。其价格高于黑色碳化硅，除磨削硬质合金材料和技术要求较高的一些工件加工外，应尽量选用黑碳化硅磨料。

⑩立方碳化硅（SC）　性脆而锋锐。用它制成的油石和小砂轮对微型轴承进行超精研磨和沟道磨削时有较强的磨削能力，并能降低微型轴承的表面粗糙度值。

碳化硼（BC）磨料呈黑色，颗粒比金刚石更易于破碎而形成新的锋锐的切削刃，切削性能保持性较好。但因工业生产规模较小，生产的碳化硼的粒度只有100#及更细的粒度，加之碳化硼磨料热稳定性差，不能承受高温作用，所以多将其制成研磨膏或拌入油剂用于自由研磨，适宜于硬质合金、宝石、陶瓷、模具、精密元件加工和抛光。

（2）磨料粒度的选择

磨料粒度的选择主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。一般可根据以下各点选取。

①工件加工精度要求较高，表面粗糙度值较低时，应选取磨料粒度细的磨具。磨料越小，同时参与切削的磨料越多，工件表面上残留的磨粒切削痕迹越小，表面粗糙度值就越低。但是，磨料粒度的选择还必须和所采用的磨削条件结合起来考虑。若所选用的磨削用量小，砂轮修整精细，则选用磨料粒度粗一些也可获得较低的工件表面粗糙度值。

②磨具和工件表面接触面积比较大，或者磨削深度也较大时，应选用粒度粗的磨料。粒度粗的磨料和工件表面的摩擦较少，发热量也较少。因此，用砂轮端面磨平面时，所选用的磨料粒度比用砂轮的周边磨平面时可以粗一些。

通常，平面磨削采用36#～46#粒度的砂轮，工件表面粗糙度值Ra可达0.8～0.4μm。若提高砂轮速度vs，减少磨削深度ap，工件表面粗糙度值Ra可达0.4～0.2μm，精磨时，采用150#～240#粒度的磨料进行磨削，工件表面粗糙度值Ra达0.2μm或更低。在进行镜面磨削时，选用微粉W10～W7粒度的树脂结合剂的石墨砂轮，工件表面粗糙度Ra可达0.012μm。

③粗磨时，加工余量和采用的磨削深度都比较大，磨料的粒度应比精磨时粗，这样才能提高生产效率。

④切断和开沟工序，应采用粗粒度、松组织且硬度较高的磨料。

⑤磨削韧性金属和软金属时，如黄铜、紫铜、软青铜等，磨具表面易被切屑堵塞，所以应该选用粒度粗的磨料。

⑥磨削硬度高的材料，如淬火钢、合金钢等，应选用粗粒度的磨料。磨削硬质合金时，由于材料的导热性较差，容易产生烧伤、龟裂，因而应选用粒度粗一些的磨料为宜。对于薄形及薄壁形工件的磨削，也因其容易发热变形而应选用粒度粗些的磨料。

⑦对于切削余量小，或者磨具与工件接触面不大的工件，可以选用粒度细一些的磨料。湿磨与干磨用的磨具相比，其磨料粒度可以细一些。

⑧在刚性好的磨床上加工时，可选用粒度粗一些的磨料。

⑨成形磨削时，希望砂轮工作面的形状保持性要好，因而磨料选用较细的粒度为宜。

⑩高速磨削时，为了提高磨削效率，磨料的粒度反而要比普通磨削时偏细1～2个粒度号。因为粒度细的磨粒比较尖锐，容易切入工件。同时，砂轮单位工作面积上的工作磨粒要多，每颗磨粒上承受的力反而要小些，因而不易磨钝。另外，即使个别磨粒脱落，对砂轮磨损的不均匀性的影响也不如粗粒度的大，因此有利于保持磨削过程的平稳性。但高速磨削时的砂轮粒度也不能过细，否则排屑条件变坏，反而不利于提高磨削效率。

一般来说，中等粒度的磨料应用最普遍。细粒度磨料通常只在精磨、研磨和抛光时使用。成批生产时，在满足工件粗糙度要求的前提下，应尽量选用粒度粗一些的磨料，以提高生产效率。而在小批量或单件生产时，一般着重考虑工件的加工质量，所以选用一些细粒度的磨料比较有利。不同粒度的磨料应用范围参见表2-9。

（3）磨具硬度的选择

合理选择磨具的硬度，是获得良好磨削效果的关键。

选择磨具硬度时，最基本的原则是：保证磨具在磨削过程中有适当的自锐性，避免磨具过大的磨损；保证磨削时不产生过高的磨削温度。

前已述及，磨具硬度的高低与结合剂数量的多少有关，磨具的硬度越高，结合剂数量就要多，结合剂桥越粗壮，结合剂对磨粒的把持力越大，使磨粒能承受较大的磨削力而不破碎或脱落。反之，磨具硬度低时，则结合剂对磨粒的把持力小，磨粒容易碎裂或脱落。因此，如果磨具的硬度选得过高，不仅使磨钝的磨粒不易破碎或脱落而失去其切削能力，而且也增加了磨具与工件之间的摩擦力，工件表面容易发热而出现烧伤。为了及时除去磨钝的磨粒，就必须频繁地修整磨具，造成磨具的大量磨耗。如果磨具的硬度选得过软，则磨粒还在锋锐的时候就会脱落，从而造成不必要的磨损。同时，磨具磨损太快，其工作表面磨损极不均匀，还会影响工件的加工精度。

综上所述，只有正确选择磨具的硬度，才能保持其正常的磨削状态，满足加工的需要。特别是刃磨某些工具时，磨具硬度即使偏差一小级，都会影响刃磨质量，可见磨具硬度的影响是十分重要的。

选择磨具硬度时，最基本的方法是：工件硬度高，磨具的硬度就要低；工件硬度低，磨具的硬度就要高。因为工件硬度较低时，磨具上的磨粒切入工件所承受的压力就相应较小，磨粒不易磨钝，为使磨粒不会在变钝前就产生破碎或脱落，故选用硬度高一些的磨具比较合适；反之，工件硬度高时，磨粒切入工件所承受的压力相应较大而容易变钝，选用硬度较软的磨具可及时产生自锐，保持磨具的磨削性能。但是，工件材料更软而且韧性又大时（如软青铜、黄铜等），由于切下的金属切屑容易堵塞磨具，所以应选用粒度较粗而硬度较软的磨具来加工为宜。

磨具的硬度也是影响磨削区域温度高低的重要因素。磨削热导率低的工件（如合金钢）时，由于工件表面温度相对较高，因此往往容易产生烧伤、裂纹，此时就应选择硬度较低、组织较松的砂轮，同时还要加强冷却，这样才能有效避免工件的烧伤。同样，磨削薄形工件时，也需采用组织较松、硬度较低的砂轮。当磨削薄壁空心工件的外圆时，砂轮的硬度应较之磨实心工件时低些，这也是为了防止磨削温度升高而引起工件变形之故。

选择磨具硬度时，一般还要考虑以下一些情况。

①磨具与工件接触面积大时，磨具的硬度应选得低一些，以免工件发热过高而影响磨削质量。例如，立轴平磨所用的磨具硬度较低；平面磨削和内圆磨削所用的砂轮硬度比外圆磨削用的砂轮硬度低。但在磨细而长的内孔时，由于砂轮速度低，砂轮容易磨损而使工件产生锥度（喇叭口），因而砂轮的硬度又要比一般内圆磨时高些。同样，磨小孔径的工件可采用较硬的砂轮，磨大孔径的工件则应采用较软的砂轮。

②磨断续的表面和铸件打毛刺时，应该选硬级或超硬级的砂轮；重负荷磨钢坯时，也应选硬级或超硬级的砂轮，以免砂轮磨损太快。

③修整用的代金刚石磨具（砂轮或油石），由于修整时的压力较大，需要较高的硬度，因此常采用超硬级的磨具。

④重型磨床和刚性较好的磨床，由于它们在磨削时的振动小，磨粒不容易被破坏，因此可用硬度较低的砂轮。

⑤外圆切入磨削时，为避免工件烧伤，砂轮硬度应比轴向进给时低些。

⑥自动走刀的磨床可以比手动走刀的磨床用较软的砂轮。

⑦加工表面要求粗糙度值越小，工件尺寸要求越精确时，应该选择硬度越低的砂轮，以免磨削时发热过多，工件表层组织变坏。例如，用超软级镜面磨削树脂结合剂砂轮，可以磨出粗糙度Rz为0.05μm的表面。但是，对于一般精磨用砂轮，硬度又要高些，否则会由于砂轮工作表面产生不均匀磨损而影响工件的加工精度。

⑧工件表面出现的划痕，常与磨具硬度选择不当有关。当磨具硬度太低时，磨粒容易脱落，于是由于挤压或摩擦的作用，脱落的磨粒会划伤工件表面，因而此时要适当提高磨具的硬度。

⑨干磨时工件容易发热，应比湿磨时选用软1～2小级的砂轮。

⑩生产效率要求较高时，可以选用软一些的砂轮，以利于砂轮的自锐，减少修整次数。但砂轮的磨损会相应增加，因而在技术经济指标上要进行全面的分析比较。

高速磨削时，当进给速度不变，则磨粒切下的切屑变薄，磨粒承受的切削力相应减小，砂轮的磨损也就慢些。此时为了改善砂轮的自锐情况，其硬度就要比普通磨削时软1～2小级，这是高速精磨时的情况。同样，对于一些不平衡的工件（如曲轴等），由于磨削时的工件速度不能太高，因此砂轮的硬度也要选得低一些，以免烧伤工件。以提高切削效率为主要目的高速磨削，切入进给量要加大，此时磨粒上承受的磨削力增加。为了保证磨粒不过早脱落，砂轮的硬度就应比普通磨削时高1～2小级。

磨钢球（滚珠）时，应选超硬级的砂轮；一般切断工件，砂轮的硬度应选中至中硬级。

刃磨硬质合金和高速钢刀具时，应选择J～G硬度的砂轮。

成形磨削时，为了保持工件的正确几何形状，砂轮的磨损不应太大，因此砂轮的硬度应高一些。

（4）结合剂的选择

磨具中结合剂的性能，影响它与磨粒的反应能力及其强度。结合剂与磨粒之间的反应能力好，结合剂与磨粒的结合力就强，磨粒就不容易碎裂或脱落。结合剂的强度高，磨粒不仅能承受较高的磨削力，而且还可使砂轮具有较高的回转强度而不容易破裂。此外，结合剂与磨粒的反应能力较好时，对于同样硬度的磨具来说，所用的结合剂数量就可以少些，因而磨具的组织更为疏松，有利于磨削工作的进行。

磨具结合剂的选择主要与加工方法、使用速度及工件表面加工要求等有关。每种结合剂都有它本身的优点和缺点，应该结合磨削时的条件来选择磨具结合剂的种类。

①陶瓷结合剂（V）　这种结合剂的应用范围最广，能制成各种粒度、硬度、组织、形状和不同大小的磨具。陶瓷结合剂在磨削时性能稳定，耐水、耐酸、耐碱、耐油且不受天气、温度变化的影响，能在多种磨削液条件下进行磨削，也可用于干磨。与其他结合剂相比，陶瓷结合剂可制成不同气孔尺寸的磨具，如大气孔砂轮、松组织砂轮等，磨削时不易受切屑堵塞，因而磨削效率高。

在磨料、粒度、硬度相同并在同样条件加工同样工件时，陶瓷结合剂磨具的磨损也比其他结合剂要小，因而它的使用寿命较长。

通常，陶瓷结合剂砂轮的使用速度在35m/s以下，但也可制成高于35m/s的高速砂轮，如50m/s、60m/s、80m/s乃至120m/s的高速砂轮。

陶瓷结合剂砂轮在磨削过程中能较好地保持外形，所以适合于成形磨削，如磨螺纹、磨齿轮、样板磨削及其他成形磨削等。

含硼的陶瓷结合剂又比其他类型陶瓷结合剂的磨削性能好，因为它的结合剂用量少，可以相应增大磨具的气孔率，使磨粒的切削刃更锋芒外露。

②树脂结合剂（B）　其使用范围仅次于陶瓷结合剂。它具有一定的弹性和足够的强度，并具有抛光性能，粗、精、细磨均可采用。一般适用于以下几个方面。

由于树脂结合剂在高温下容易烧毁，自锐性好，在一般或高速的荒磨工序上应用很广，如铸件打毛刺、磨钢坯、防止发热的平面磨削等。

树脂结合剂还常用于切割金属材料或切割非金属材料，如薄片砂轮及切矿石砂轮等。

树脂结合剂还可以制成高厚度砂轮，用于无心磨削的导轮和主轴平面磨床用的筒形砂轮。

树脂结合剂具有较好的抛光性能，用它制成的细粒度砂轮可用作镜面磨削，加工工件表面粗糙度值可达Ra0.012μm。

树脂结合剂砂轮的制作工艺比较灵活，可以加入玻璃纤维网，以增加砂轮的强度，由它制成60～80m/s的高速磨片、高速切割片等，可用于打焊缝或切断。

这种结合剂还可加入石墨材料或铜粉制成导电砂轮，在电化学磨削中获得良好效果。

③橡胶结合剂（R）　比树脂结合剂更富有弹性，可制成0.2mm及更薄的薄片砂轮，用于切断弹簧卡头及钢笔尖开沟。橡胶结合剂在高温作用下易产生塑性变形，磨削后的工件表面粗糙度值较低，故适用于超精磨削或镜面磨削。

橡胶结合剂砂轮也常用来磨削轴承内、外沟道。用它制成的柔性抛光砂轮可用于钻头沟槽抛光，丝锥、板牙抛光及飞机发动机叶片抛光等工序。

橡胶结合剂砂轮对工件的摩擦力较大，无心磨床上使用的导轮几乎都采用此种结合剂制成。

橡胶结合剂砂轮的组织比较紧密，不适合进行粗磨。但它能较好地保持外形轮廓，因此也可用来磨削成形表面。

④菱苦土结合剂（Mg）　这种结合剂制作的砂轮，其结合强度虽较差，但因容易产生新的锋利磨粒，因而在某些磨削工序上的效果反倒优于其他结合剂。这种结合剂容易起水解作用，一般不适于在湿磨条件下工作，所以应用范围不广，一般用于磨保安刀片、农用刀具、切纸刀具及磨粮食谷物、磨地板、磨胶体材料（如牙膏、石油）等。使用时，砂轮速度一般在20m/s以内。

⑤其他结合剂　如金属结合剂多用于制造金刚石磨具。

（5）磨具组织的选择

磨具的组织对磨削性能的影响很大。不同组织的砂轮，其孔隙不一样，磨粒的密度也不同。因此，即使磨具硬度相同但组织不同，砂轮的磨削性能也有差别。磨具的组织疏松时，磨削效率高，但磨具的磨损快，寿命短；组织太紧密时，因难以容纳切屑而容易烧伤工件。

磨削硬度低而韧性大的材料时，磨具易被磨屑堵塞，需要采用组织松一些的磨具。组织松的磨具可以使磨料颗粒最大限度地切入工件，并将较厚的磨屑带走。用大气孔碳化硅砂轮磨橡胶皮辊和皮革，磨陶瓷或磨无线电陶瓷元件的坯体时，既可避免工件发热，又可提高磨削效率，获得较好效果。采用缓进给大切深的磨削工艺磨削内燃机叶片根槽时，选用微气孔超软砂轮也可获得良好的磨削效果。

成形磨削和精密磨削时，砂轮的组织应选择紧密一些，以利于保持砂轮工作型面的成形性和获得较高的精度。当砂轮与工件接触面积大，或加工黏性难磨材料时，排屑比较困难，冷却条件也不好，为避免磨削区域过热，宜采用松组织砂轮。

在高速重负荷磨钢坯时，为了保证砂轮具有足够强度和较长的寿命，一般均采用组织最紧密的砂轮。为保证钢球的几何形状，磨钢球时也采用组织紧密的砂轮。

（6）磨具形状和尺寸的选择

磨具的形状应根据磨床的条件及工件的形状而定。

砂轮的形状很多，各种形状尺寸的砂轮用途如下。平形系列砂轮的直径在3～16000mm范围内，内圆、外圆、平面、无心、工具及螺纹等磨床均可应用：通常外径150mm以内、厚度10～100mm的平形砂轮多用于内圆磨床；外径75～200mm的多用在工具磨床上；外径250～500mm、厚度20～100mm的平形砂轮在卧轴平面磨床上用得较多；外径250～400mm、厚度32～50mm的平形砂轮多用在中等尺寸的外圆磨床上；外径600～900mm、厚度63～75mm的平形砂轮常用来磨轧辊或用于其他外圆磨床；外径750～1100mm、厚度28～100mm的砂轮用于磨曲轴；外径1200～1600mm、厚度80～120mm的砂轮主要用来磨大型曲轴；外径350～750mm、厚度125～550mm的砂轮，大部分用于无心磨床的磨削轮，用来磨削轴承内、外套圈的外圆和圆锥、圆柱滚子外圆还用来磨削，纺织机锭杆、汽车拖拉机上的活塞销及其他大批量生产的工件外圆等；外径250～500mm、厚度8～63mm的平形砂轮，其边缘修整成尖角后，用在螺纹磨床上磨削单线或多线外螺纹工件；外径80～250mm、厚度6～10mm的平形砂轮，经修整成尖角后用来磨削内螺纹工件；外径150～600mm、厚度13～75mm的平形砂轮用在台式、落地式或悬挂式砂轮机上；外径50～250mm、厚度10～25mm的平形砂轮用在手提式砂轮机上。

弧形砂轮用于磨削轴承的沟道。

（7）按各种磨削条件选择普通磨具

各种磨削条件下普通磨具选择见表2-10。

（8）按磨料对被磨削材料的适应性选择磨具

按磨料对被磨削材料的适应性选择磨具见表2-11。

（9）磨具的安全使用

绝大多数磨削工作均由高速回转的砂轮进行切削，而砂轮（磨具）又是一种脆性物体，在其制造、运输和使用过程的各个环节中，有许多因素影响其强度，从而影响使用时的安全性。图2-27列出了影响磨具安全使用的各种因素。

①磨具的运输与保管　为避免磨具在运输和保管过程中受到损伤，必须注意以下事项。

a.长途运输时要用木箱或柳条筐妥善包装，并用稻草或锯末等软质物质将磨具分隔开。搬运时要防止碰撞和冲击，堆放要稳当。

b.陶瓷磨具不要放在潮湿或冰冻的地方；橡胶磨具不宜与油接触；树脂磨具不能与碱接触，否则会降低磨具的强度及其磨削能力。

c.磨具应存放在干燥的地方，室温不应低于5℃。

d.磨具应按规格分开放置，存放处应设有标志，以免出现混乱和差错。

e.放置位置和设置方法应视磨具形状和大小而定。较大直径或较厚的砂轮采用直立或稍倾斜地摆放，较薄和较小的砂轮应平叠摆放，但叠放高度不要超过500～600mm。橡胶或树脂薄片砂轮的叠放高度要在200mm以下，并在其上下各放一块平整的铁板，可防止砂轮变形或破裂。小直径砂轮（50mm以下者）可用绳索串起来保管。碗形、杯形和碟形等异形砂轮应将其底朝下一个一个地叠放，但放置高度不要太高。

f.橡胶和树脂都有“老化”现象，所以这两类结合剂的磨具存放期一般不能超过一年。超过存放期的磨具，必须重新检查后才能使用。

g.经过改制后的砂轮，必须重新经过回转检验后才能使用。

②砂轮的安全速度　为了不致造成差错，砂轮上均印有安全工作速度的标志，特别是高速砂轮，更应有醒目的特殊标志。必须按砂轮上标志的工作速度使用。普通磨具的最高工作速度见表2-12。

注：特殊最高速度的磨具，应按用户要求制造，但必须有醒目标志。

③砂轮的装夹

a.砂轮安装前，必须校对其安全工作速度。标志不清或无标志的砂轮，必须重新进行回转检验。

b.安装砂轮前，要用木槌轻敲砂轮，如发现砂轮（特别是陶瓷砂轮）有哑声时，说明砂轮内部可能存在裂纹，这种砂轮不能使用。

c.夹在砂轮两边的法兰盘，其形状、大小要相同。法兰盘的直径一般为砂轮直径的一半，内侧面要有凹槽。在砂轮端面与法兰盘之间，要垫上一块厚度为1～2mm的弹性纸板或皮革、耐油橡胶垫片，垫片的直径应稍大于法兰盘的外径。图2-28（a）、（b）所示为正确安装，图2-28（c）所示为错误安装。

d.应依次对称地拧紧法兰盘螺钉，使夹紧力分布均匀。但不得用力过大，以免压裂砂轮。

e.砂轮装好后，应经过一次静平衡才能装到磨床上去。如果采用图2-28（b）所示安装法，或者装在没有平衡块的小法兰盘上，则应检查砂轮的径向偏摆。偏摆过大时，要重新安装砂轮。

④砂轮的平衡　引起砂轮不平衡的原因很多：砂轮的几何形状不对称，两端面不平行，外圆与孔不同心，砂轮各部分的组织不均匀，装夹时砂轮偏心和磨削过程中砂轮的不均匀磨损等，都是造成砂轮不平衡的重要原因。

砂轮不平衡质量的存在使砂轮的重心偏离回转曲线。砂轮旋转时，便产生一个离心力P（图2-29）。此力的大小与砂轮的转速有直接关系。例如，一个外径为400mm的砂轮，其重量（W）约为110N，假设偏心e=1mm，当砂轮转速ns=1670r/min时，其离心力为

如果是高速磨削，则砂轮转速ns=3000r/min，此时离心力可高达1107N。

这样大的离心力不仅使轴承受到方向不断变化的径向力Pa和Pb的作用而加速磨损，砂轮主轴也因此而产生强迫振动，影响被加工工件的表面质量，甚至可能导致砂轮破裂。因此，为使砂轮能平稳而安全地工作以获得良好的磨削效果，对于直径大于250mm的砂轮，都需要进行仔细的平衡。

砂轮的平衡方法有三种：静平衡、动平衡、自动平衡。

a.砂轮的静平衡。砂轮的静平衡如图2-30所示。平衡架由两个立柱2和底座1组成，每个立柱上均有一个圆柱支承3（或棱形刀口）。圆柱支承经过淬火和精磨，并严格校正至水平位置。需要平衡的砂轮装夹在法兰盘上，并套在平衡心轴4上，然后放到圆柱支承上进行平衡。下面介绍两种静平衡方法。

重心平衡法：这种方法是首先找出重心位置，然后装上平衡块进行平衡。

找重心的方法：将砂轮套入平衡心轴，放到平衡架圆柱支承上轻轻滚动。如果砂轮重心与旋转轴心重合，砂轮无论滚到什么角度都可停下静止不动；如果不重合，则因偏心e［图2-31（a）］而产生对轴线x的转动力矩Mx，Mx=We（W为砂轮重量），使砂轮在圆柱支承上来回摆动，摆动停止时，其重心必处于通过轴心的垂线下方位置［图2-31（b）］。

重心找到以后，在重心相反的方向、半径为R的卡盘圆槽中紧固一个重量为W0的第一块平衡块n1［图2-32（a）］；如果We=W0R，则砂轮达到平衡。但有时用一块平衡块很难达到要求，因此必须在对称于平衡块n1处紧固另外的两块或多块重量相等的平衡块n2和n3［图2-32（b）］，同时沿圆槽对称地移动此平衡块，直到使砂轮达到平衡为止。

三点平衡法：将重量相等的三块平衡块n1、n2、n3等分固定在砂轮法兰盘的圆槽上［图2-33（a）］，先取任意一块（如n1）放在垂直方向的上方，如果砂轮重心与回转中心重合或者重心与回转中心在同一垂线上时，砂轮都将静止不动，再将另外两块平衡块n2和n3分别转到垂线的上方，若砂轮仍然不动，说明砂轮是平衡的，如果砂轮顺时针方向转动，说明重心在右边的某一位置，需将平衡块n1向左移动e1的距离［图2-33（b）］，使砂轮处于暂时的平衡，此时各平衡块和砂轮重心所产生的转动力矩将满足下述平衡方程的要求：

W0e1+W0e2=W0e3+We

式中　W0——平衡块重量；

e1，e2，e3——各平衡块与通过砂轮回转中心垂线的距离；

e——砂轮重心与通过砂轮回转中心垂线的距离。

将砂轮转过120°，使平衡块n2转到垂线的上方，此时砂轮又可能处于不平衡状态，需将平衡块n2向右移动［图2-33（c）］，使砂轮再次平衡。

用上述方法移动平衡块n3，使砂轮又处于平衡状态［图2-33（d）］。通过一次调整三块平衡块的位置，砂轮往往还不能在任何角度都达平衡，而只是逐渐趋于平衡。反复调整数次，砂轮即可达到平衡。

b.砂轮的动平衡。经静平衡后的砂轮，一般可以满足一定的使用要求。但是，由于受平衡架导轨的水平精度、平衡心轴的圆度及滚动摩擦等因素的影响，静平衡的精度仍不太高。对于大直径砂轮，由于重量很大，静平衡时不仅劳动强度很大，费时较多，同时由于过大的重量会使平衡架和平衡心轴产生变形，因而会影响静平衡精度。此外，用静平衡法平衡宽砂轮时只能达到静态平衡，当砂轮高速旋转时，又可能产生动态不平衡。如图2-34所示，在砂轮上有一不平衡量mx，距砂轮回转中心的距离为rx，则转动力矩为mxrx。此时可以用静平衡法在砂轮的左端或者右端的法兰盘圆槽上固定一定重量的平衡块，使砂轮达到平衡。但当整个组件高速旋转时，便会产生两个数值相等、方向相反的离心力P'和P，从而产生力矩，此力矩有使整个组件沿其作用方向转动的趋势，并给每个轴承座一定的支反力Pa和Pb。当轴旋转时，作用于轴承座上的支反力的方向不断变化而引起振动。因此，对于高精度磨床和大砂轮、宽砂轮磨床，要采用动平衡方法，方能达到较好的平衡效果。

砂轮的动平衡可用HYQ022A动平衡仪（上海机床厂生产）进行。HYQ022A动平衡仪由传感器、电子仪器和闪光灯组成。砂轮组件的不平衡所引起的振动，由传感器接收转换成电信号，经放大器放大，一方面在仪器上指示出不平衡量的大小，另一方面通过闪光灯发出的同步闪光信号显示出砂轮组件重心偏移的方位，找出砂轮组件的不平衡重量和方位后，通过加平衡块或移动平衡块的位置，便可使砂轮组件达到动平衡。

c.砂轮的自动平衡。经过静平衡或动平衡的砂轮，由于使用过程中的多次修整和对磨削液吸附的差异，以及磨削过程中的不均匀磨损等，会使砂轮产生新的动态不平衡。因此，在高精度磨削和高速磨削时，常采用砂轮自动平衡装置，对砂轮的不平衡情况随时进行检测，并加以自动补偿，使砂轮在磨削过程中始终保持良好的平衡状态。

我国已研制出多种砂轮自动平衡装置，均可获得较好的平衡精度，具有一定的实用价值。

2.7.2　超硬磨具的选择与使用

（1）超硬磨料的选择

鉴于金刚石和立方氮化硼磨料性能上有差异，其使用范围也不同。金刚石磨料的硬度、强度、研磨能力、热导率和线胀系数均优于立方氮化硼，因此适于加工硬而脆的材料，如硬质合金、陶瓷、玛瑙、光学玻璃、石材、混凝土、半导体材料等。但由于金刚石是碳的同素异形体，在较高温度下易与钢中的铁族金属产生化学反应，形成碳化物，造成严重的化学磨损，影响磨具的磨削性能且加工效果也不好，因此金刚石不适宜用来加工铁族金属材料。与金刚石相比，立方氮化硼磨料的热稳定性、化学惰性均较优，不易和铁族金属及其他元素发生化学反应，因此尽管其硬度等物理力学性能比金刚石稍差一些，但用它来加工硬而脆的金属材料，如磨削工具钢、模具钢、不锈钢、耐热合金、高钒高速钢等黑色金属，具有独特的优点，是理想的磨料。

金刚石磨料有天然和人造两大类。它们的化学成分和晶体结构完全一样，因而磨削性能基本相同，但因它们的生成方法不同，故在磨料的外形和物理力学性能方面又有差异。天然金刚石表面光滑、韧性好；人造金刚石是由石墨在高温高压条件下转化生长而成的，表面粗糙，脆性较大。在受冲击载荷条件下，采用天然金刚石有利。在一般磨削场合，则采用人造金刚石磨具。金刚石磨粒的晶体形状和抗压能力对磨削性能有很大影响，所以应根据不同的磨削要求予以适当选择，以充分发挥磨料的切削作用。

天然金刚石以NC为代号，人造金刚石分为RVD、MBD、SCD、SMD、DMD、M-SD六个牌号；立方氮化硼有CBN、M-CBN两个牌号。其相应的适用范围参见表2-13。

（2）超硬磨料的粒度选择

超硬磨料的粒度选择，一般是根据被加工工件的表面粗糙度和加工效率的要求而决定的。金刚石磨具与立方氮化硼磨具选择原则基本相同，与普通磨具比较，如要达到相同的表面粗糙度要求，选用磨料粒度应细1～2个粒度；同时，在满足表面粗糙度要求的前提下，还要考虑能达到较高的加工效率，取得满意的加工效果，应尽量选取尽可能粗的粒度。超硬磨料粒度与加工表面粗糙度的关系见表2-13。

选择超硬磨料磨具的粒度还应考虑结合剂黏结能力的强弱影响。对于一定的结合剂，工件材料的磨除量随磨粒尺寸的加大而加大，磨削比随之增加，但如磨粒粒度过粗，则将急剧增大磨具磨损，磨削比反而下降，对黏结能力较弱的树脂结合剂尤为显著。反之，如粒度过细，则磨削能减弱，且易于堵塞磨具工作面，引起磨削温度升高，磨削质量变坏，磨具磨损增加且磨具堵塞后需进行修整，造成磨具不必要的非工作损耗。对树脂结合剂超硬磨料磨具来说，磨具工作表面过热还会造成结合剂的热分解，促使磨具磨损急剧增加。所以，对于确定的结合剂磨具来说，均存在一种最佳的磨料粒度范围。在此范围内，磨具的磨削效率和磨损状况最佳。通常，树脂结合剂超硬磨料磨具选用100#以内粒度号；陶瓷结合剂磨具选用100#～180#的粒度；金属结合剂磨具可在80#～240#范围内选择。

不同磨削工序的磨具粒度选择应针对加工条件和加工要求及最佳粒度范围综合考虑。磨削加工各工序中推荐选择的粒度号如下：粗磨选用80#～120#；半精磨选用120#～180#；精磨选用180#～W40；研磨抛光选用W40～W1。

对于特殊要求的磨削加工，可选用更粗或更细粒度的磨具。如成形磨削时，为提高磨具的成形性所选用的粒度号比一般磨削使用的粒度要细。

（3）超硬磨料磨具结合剂的选择

金刚石磨具与立方氮化硼磨具常用的结合剂有树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂和电镀金属结合剂四类。金属结合剂有青铜结合剂、铸铁结合剂及铸铁短纤维结合剂。其性能与应用范围有所不同，按黏结能力及耐磨性排序如下。

①树脂结合剂（代号B）　它是以热塑性酚醛树脂为结合剂主要材料，也有的用环氧树脂、聚酰亚胺树脂为主要材料，添加一定量的填料，如氧化铬、氧化铁、氧化锌、铜粉、石墨、刚玉磨料、碳化硅磨料等，与超硬磨料按一定浓度充分混合后，在模具内加热、加压成形。在超硬磨料磨具中，采用树脂结合剂所占比例约超过半数。

树脂结合剂对磨料的黏结强度较弱，因此磨削时自锐性好，不易堵塞，磨削效率高，磨削力小，磨削温度低，结合剂自身有一定弹性，则有一定的抛光作用，被加工表面质量好，所以树脂结合剂超硬磨料磨具应用范围较广。主要用于要求磨削效率高，表面粗糙度值较低的场合。其缺点是耐磨性较差，磨具的磨损较大，不适用于重负荷磨削。树脂结合剂金刚石砂轮，常用于硬质合金及非金属材料的半精磨及精磨。树脂立方氮化硼磨具主要用于高钒高速钢、工具钢、磨具钢、不锈钢、耐热合金等材料的半精磨、精磨。

②陶瓷结合剂（代号V）　陶瓷结合剂超硬磨料磨具耐磨性及黏结能力优于树脂结合剂超硬磨料磨具切削锋利，磨削效率高，磨削过程中不易发热及堵塞、热膨胀量小，容易控制加工精度，修整较容易。一般用于粗磨、半精磨及接触面较大的成形磨削，其缺点是磨削表面粗糙度值较大，制造较困难。陶瓷结合剂CBN砂轮在滚珠丝杠、导轨、齿轮、轴承、曲轴、凸轮轴、钛合金磨削上的应用日益扩大。

③金属结合剂（代号M）　包括青铜、铸铁等结合剂。

青铜结合剂强度较高、耐磨性好、磨损少，磨具寿命长、保持形状好、磨削成本低，能承受较大的负荷，但自锐性较差，易堵塞、发热，修整较困难。青铜结合剂金刚石磨具主要用于玻璃、陶瓷、石材、混凝土、半导体材料等非金属硬脆材料的粗、精磨及其各工序。青铜结合剂立方氮化硼磨具多用于珩磨合金钢工件材料，效果显著。

为改善青铜结合剂超硬磨料磨具的自锐性，有的采用增加锡的含量，减少铜的含量；有的在青铜结合剂中加入一定量的陶瓷一起烧结，以增加一些结合剂的脆性，这种结合剂也称为金属陶瓷结合剂。在青铜结合剂中加入一定量的导电性能好的材料如银粉，专门用于电解磨削。有的青铜结合剂中除加银外，还添加聚四氟乙烯等化学合成物，以防止磨屑黏附在超硬磨料上，以改善磨削效果。

④电镀金属结合剂　是以金属镍、银等为材料，将80#～W40粒度的超硬磨料单层或多层地用电镀方法镀在金属基体上制成。国内试制200m/s电镀CBN超高速砂轮的电镀工艺过程为：基体与磨料的准备、镀液调制、粗砂和电镀（预镀加厚镀）、镀后处理。电镀液以瓦特镍为本液加含钴离子的溶液配制而成。其电镀液组成如下：

NaSO4·NaCl·7H2O　　20～220g/L

H3BO3　　　　　　　30～40g/L

CoSO4·7H2O　　　　　25～35g/L

NaCl　　　　　　　　10～20g/L

十二烷基硫酸钠　　　0.1g/L

其操作条件为：电镀液pH值为4.0～4.5；温度为45～60℃；电流密度为1～4A/dm2。

电镀金属结合剂超硬磨料磨具表面的磨粒密度高，磨粒基本上均裸露出结合剂表面，因此磨具的工作表面上磨粒微刃锋利，磨削效率高。电镀金属结合剂立方氮化硼磨具应用于加工各类钢类零件的小孔，其磨削效率高、经济性好，能获得良好的加工效果。

金刚石与立方氮化硼在钢基轮盘上镀覆单层金属而成的砂轮不仅是适应超高速磨削的唯一磨具，而且是解决高精度复杂形状成形磨削的有效途径。

（4）浓度的选择

浓度是超硬磨料磨具的重要特性之一，它对磨削效率和加工成本有很大影响：浓度过低，磨削效率不高，满足不了生产要求；浓度过高，很多磨粒过早脱落，造成浪费。

超硬磨料磨具浓度选择主要根据磨具结合剂的种类、磨料的粒度和形状要求，以及加工工序的具体情况和加工要求等因素来决定。

不同种类结合剂对磨粒的黏结力不同，因此对每一种结合剂都有其最佳浓度范围。树脂结合剂超硬磨料磨具的浓度范围为50％～75％；陶瓷结合剂磨具的浓度为75％～100％；金属结合剂磨具的浓度为100％～150％。结合剂对磨粒的黏结强度越高，最佳浓度范围也越高。

CBN磨具主要加工韧性较大的钢材工件，比金刚石磨具所加工的工件材料硬度低，且CBN磨粒多刃、自锐性好，对同一种结合剂来说，CBN磨具的浓度可略高于金刚石磨具。树脂结合剂CBN砂轮的浓度常采用100％。

磨具浓度的选择还要考虑磨具形状和加工方式。对于工作面宽的磨具，特别是保持形状精度的成形面磨削及端面、沟槽的磨削等，应选择较高浓度的磨具。

从工件的加工要求和加工工序状况方面考虑。对粗磨工序，主要要求磨具的磨削能力强、磨削效率高，一般选择磨料粒度粗、浓度较高的磨具，浓度高，磨具工作面上单位面积内磨粒数多，有利于满足粗磨时提高磨削效率的要求。对半精磨、精磨工序，要满足表面粗糙度及磨削能力方面的要求，一般采用中等程度的浓度较好。对于抛光和低表面粗糙度值的磨削，常选用细粒度树脂结合剂磨具，一般采用低浓度为佳，个别甚至可选用低达25％的浓度，有利于降低表面粗糙度值。

（5）超硬磨料磨具形状和尺寸的选择

超硬磨料磨具形状的选择，主要根据磨床和工件加工表面形状对磨具的要求来决定，如平形砂轮（1A1）主要用于外圆、平面、工具刃磨及砂轮机上的磨削；平形小砂轮（1A8）主要用于内圆磨削；单面凹砂轮（6A2）主要用于工具刃磨和平面磨削等；碗形砂轮（11A2）主要用于刀具刃磨和平面磨削。

超硬磨料磨具尺寸的选择根据磨床的规格、型号及加工工件形状大小来决定。可参考磨床说明书上对磨具的要求予以选择。

超硬磨料磨具即金刚石或立方氮化硼磨具的形状和尺寸依据GB/T 6409.2—1996选取。

（6）超硬磨料磨具的使用

①超硬磨料磨具的应用状况

a.人造金刚石砂轮的应用。人造金刚石磨具应用已较为广泛，其应用领域几乎渗透各部门。硬质合金制品及一些特殊刀具材料已普遍采用金刚石磨具加工。一些难加工材料如各种金属的铁氧体、铸造永磁合金、钢结硬质合金、热喷涂（焊）材料等，使用金刚石磨具加工取得了满意效果。光学玻璃的加工，在全工序上从套料、切割、铣、磨、磨边倒角、精磨所用的金刚石磨具已经系列化，得到了普遍应用。对于工程陶瓷、石材、玉石、宝石、半导体材料、电气绝缘材料、橡胶传送带等非金属材料的加工，人造金刚石磨具是理想的磨削加工工具，应用逐步增加。对发动机缸体、汽缸的珩磨及油泵油嘴、轴承套圈沟道的超精研磨，人造金刚石磨具也是良好的加工工具，不断得到应用。

人造金刚石磨具虽得到较广泛应用，但主要是低中档的金刚石，生产高中档品质金刚石的生产能力小。从超硬材料市场走向看，不断发展金刚石制品的品种、规格、粗颗粒、大的单晶及复合片，提高金刚石晶体质量，增大晶体粒度仍是超硬磨料的重点课题。

b.聚晶金刚石（多晶金刚石）的应用。我国1972年成功地将无硬质合金衬底的金刚石聚晶（PCD）用于地质钻探。1980年研制成功硬质合金复合材料——PDC（即带硬质合金衬底的PCD），基本解决了非金属及有色金属中难加工材料的加工问题，并已推广应用于石油及地质钻头、工程钻头、砂轮修整工具及耐磨器件。

c.CBN磨具的应用。CBN磨料的牌号有CBN及M-CBN两种。在加工9Cr18合金钢衬套内孔、Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo高温轴承钢套圈、超硬高速钢刀具等方面取得良好的加工效果。当前，陶瓷结合剂CBN磨具的应用发展较快。这主要是由于陶瓷结合剂CBN磨具的修整相对于树脂结合剂、金属结合剂磨具要容易些。陶瓷结合剂CBN砂轮在磨削滚珠丝杠、导轨、齿轮、轴承、曲轴、凸轮轴、钛合金工件等的磨削方面扩大了应用范围。电镀金属结合剂CBN砂轮在磨削液压件转子槽时达到的尺寸精度为（1.4±0.01）mm，形状精度达0.003mm。金属结合剂CBN砂轮磨削活塞环槽达到较高的加工精度。但我国CBN品种少，不能适应多种材料和不同磨削方式的需要。美国GE公司的CBN磨料有8个牌号。CBN磨具具有优异特性。为防止CBN磨料的脱落，需要结合剂对CBN晶体有良好的把持性。而镀覆则是提高对CBN晶体把持性的有效手段。但国内尚未有正式的CBN镀覆品种的牌号。加上国内现有磨床的刚度低、转速低及未有适用磨削液，限制了CBN磨具的推广应用。

②CBN磨具对磨床的要求　高速、超高速磨削加工，CBN磨具是最适用的磨削工具。CBN磨具对磨床有较高的要求，磨床应具有高的刚性及良好的抗振性、热稳定性，砂轮主轴需要有高的回转速度，砂轮主轴轴向窜动小于0.005mm，径向跳动小于0.01mm，且要有精密的进给、修整机构等。为保证均匀准确进给，应有小于0.005mm/次以下的进给机构，才能充分发挥CBN的优异性能。研制开发CBN磨具磨削专用磨床已成为世界磨床行业的主要发展方向，我国尚属空白，但已开始起步。

使用CBN磨具进行加工，所使用的磨床刚度比普通磨削机床的刚度要高50％。试验表明，磨床刚度低使CBN砂轮处于振动状态下工作，使CBN砂轮磨损增大，且磨损不均匀。磨床刚度低则不能充分发挥CBN磨具高的磨削效率，使磨削比降低，磨削比降低意味磨削加工成本大幅度提高。磨床刚度低易产生严重的粘屑，而使CBN磨具不能进行正常磨削，而需进行修整后，才能再进行磨削工作。磨床刚度低易发生振动，尤其是磨屑黏附时，振动会更加严重，对加工表面产生振纹和烧伤，使表面粗糙度值急剧增加，工件表面质量严重恶化。

③使用超硬磨料磨具时磨削液的选择　使用超硬磨料磨具磨削时，选用适当的磨削液可减少磨具的磨损，改善加工质量，降低表面粗糙度值，防止磨具表面被堵塞，延长磨具使用寿命。由于超硬磨料热导率高，传入磨具中的热量比普通磨料磨具多，使磨具温度升高，不利于磨削过程正常进行。当使用树脂结合剂磨具进行磨削时，采用磨削液能降低磨削温度，减少磨粒附近的结合剂热分解，从而减少磨具的磨损，提高磨削工序的生产率及经济效益。用超硬磨料磨具进行磨削加工，在有条件的情况下，应尽量选用合适的磨削液。

所选用的磨削液应无腐蚀、无公害、无污染，具有良好的润滑性、冷却性及洗涤性。对于超硬磨料磨具来说，因其组织细密，气孔极少或无气孔，在磨削过程中易被磨屑堵塞。为了保证磨削过程正常进行，应及时冲掉粘在磨具工作表面上的磨屑，带走磨削过程中所产生的热量，所选用的磨削液还应具有低黏度及良好的浸润性、清洗性。

用金刚石磨具加工硬质合金、钢结硬质合金，应选用有轻质矿物油的煤油、低牌号全损耗系统用油、汽油、轻柴油、煤油的混合油等磨削液。也可选用苏打水（不适用于树脂结合剂的超硬磨料磨具）、硼砂、三乙醇胺、亚硝酸钠、聚乙二醇的混合水溶液等水溶性磨削液。尤以煤油、轻柴油和水溶性磨削液效果最好。磨削非金属材料时常用水作为磨削液。

使用CBN磨具时，磨料在高温下和水发生化学反应：

反应结果生成硼酸和气体氨。这种反应称为水解作用。随着温度升高，水解作用加剧，这就加剧了磨具的磨损。所以用CBN磨具时，不选用水溶性磨削液，而选用轻质矿物油——煤油、轻柴油以获得良好的磨削效果。若必须用水溶性磨削液，应加极压添加剂，以减弱水解作用。例如，用电镀金属结合剂的CBN磨具磨削孔时，采用不同的磨削液，则CBN磨具的寿命差别很大。采用矿物油时，砂轮寿命最高，采用水溶性磨削液，砂轮寿命比干磨时还低。

选择磨削液时，还应考虑工件材料的性能。工件材料强度高，要求磨削液在工件表面上形成的薄膜强度应高。因此，增加磨削液中的表面活性物质，可提高砂轮耐用度和总的磨除量。工件材料导热性越差，则要求磨削液应有较高的耐热强度。有时为了避免工件材料对磨粒的化学磨损，需在磨削液中加入其他添加剂，以抑制磨料和工件材料之间的化学亲和作用及化学磨损。

在CBN磨具的磨削过程中使用挥发性的煤油作磨削液，CBN砂轮的磨削效率比采用表面活性剂溶液高8～20倍，不会出现水解。但煤油易燃、污染环境、散热性较差，且有臭味、刺激皮肤，不适于生产中使用。目前替代煤油的代用品尚未解决。适用于CBN砂轮磨削的磨削液尚需研究。没有适用的磨削液是制约CBN磨具推广应用的一个关键技术问题。

④超硬磨料磨具的修整与整形　超硬磨料磨具的修整与整形，请参阅第4章的内容。

⑤使用超硬磨料磨具时的注意事项

a.为减少超硬磨料磨具的修整消耗，每片磨具应配备专用法兰，法兰自磨具开始使用至用完不再拆下。每加工一批工件，仅需将磨具连同法兰装上机床并稍作修整即可进行磨削，节约了装卸磨具的时间，节约砂轮非磨削消耗，提高磨具使用的经济性。

b.超硬磨料磨具装上法兰时，应尽可能地对中，一般使砂轮径向跳动小于0.03mm，可减少修整消耗。

c.超硬磨料磨具的平衡十分重要，磨具在出厂前及使用时均应进行静平衡或动平衡试验，以保证磨具在加工中运转平稳。

d.树脂结合剂超硬磨料磨具存在老化问题，因此保存时间不宜过长。

e.搬运、存放超硬磨料磨具时，不允许碰撞，不允许接触腐蚀性气体、液体及高温，以避免损坏。

（7）超硬磨料磨具的磨削用量选择

①金刚石砂轮磨削用量选择

a.磨削速度。人造金刚石砂轮一般采用较低磨削速度。砂轮速度vs提高，可获得较低的表面粗糙度值，但磨削温度也随之提高，促使砂轮磨损加剧。砂轮速度vs太低，单颗磨粒的切屑厚度过大，既使表面粗糙度值增加，又加剧了砂轮磨损。国产金刚石砂轮推荐采用的砂轮速度如下。

青铜结合剂：干磨vs=12～18m/s；湿磨vs=15～22m/s。

树脂结合剂：干磨vs=15～20m/s；湿磨vs=18～25m/s。

不同磨削方式推荐的金刚石砂轮速度vs如下。

平面磨削：vs=25～30m/s。

外圆磨削：vs=20～25m/s。

内圆磨削：vs=12～15m/s。

工具磨削：vs=12～20m/s。

b.磨削深度。磨削深度ap增大，磨削力和磨削热均增大。磨削深度ap的选择可按磨料粒度及结合剂选择或按磨削方式选择。

按超硬磨料磨具的磨料粒度及结合剂推荐选用的磨削深度ap的范围见表2-14。

按磨削方式选择磨削深度ap见表2-15。

c.工件速度。工件速度vw一般在10～20m/min范围内选取。内圆磨削和细粒度砂轮，可适当提高工件转速。但不宜过高，否则砂轮的磨损增大、振动加剧，出现噪声。

d.进给速度。进给速度vf增大，砂轮磨耗增加，表面粗糙度值增加，特别是树脂结合剂更为严重。一般vf的选用范围见表2-16。

②CBN砂轮磨削用量选择

a.CBN砂轮速度。CBN砂轮可比金刚石砂轮磨削速度高，以充分发挥CBN砂轮的切削能力。在较高的砂轮速度下，可以提高金属切除率，降低磨削力，减少功率消耗，在同一工件表面粗糙度下，可以提高磨削效率。提高CBN砂轮的速度，工件表面粗糙度得到改善，砂轮速度越高，工件表面粗糙度越好，使切向和法向磨削力均下降，这样就减少了单个磨粒上承受的力，因而砂轮磨损减少，磨削热降低。CBN砂轮较高的磨削比就是采用高的砂轮速度来获得的。如将CBN砂轮速度vs由35m/s，分别提高到50m/s、60m/s时，不仅使砂轮的极限进给速度由20m/s分别提高到35m/s及40m/s，磨削效率分别提高到369％及647％，而且使磨削比由361，分别提高到1331与2337。所以采用高的砂轮速度，不仅能显著提高CBN砂轮的磨削效率，提高磨削比，而且能降低磨削力，减少功率消耗，改善工件磨削表面粗糙度。现在CBN砂轮速度已由60m/s的高速磨削提高到80m/s、120m/s、160m/s、200m/s。在国外240m/s的CBN砂轮CNC磨床已用于工业生产。在国内，用CBN砂轮磨削汽车凸轮轴，用ф600mm大直径的陶瓷结合剂的CBN砂轮，成功地实现了CBN砂轮速度50m/s及60m/s的磨削。目前国内尚未有CBN砂轮统一的磨削规范。在20世纪80年代所推荐的CBN砂轮的磨削速度为15～35m/s范围。这主要是受机床的限制所致。

b.工件速度与进给速度选择。由于工件速度对磨削效果影响较小，一般可在10～20m/min范围选择。采用细粒度CBN砂轮进行精磨时，可适当提高工件速度。

轴向进给速度或轴向进给量的选择原则与普通砂轮相同，可参考普通砂轮磨削选取。一般在0.45～1.8m/min范围。粗磨时选大值，精磨时选小值。精密磨削时应使用较小的进给量。

c.磨削深度选择。由于CBN砂轮磨粒比较锋利，砂轮自锐性好，所以磨削深度可略大于金刚石砂轮，可参考金刚石砂轮所推荐的数据。

2.7.3　涂附磨具的选择与使用

正确合理地选择涂附磨具，不仅是为了获得良好的磨削加工效率，而且是为了使涂附磨具本身发挥最大的工作效能。

选择磨具主要依据：一方面从磨削加工的条件来考虑磨床结构、磨削工件的物理力学性能、磨削参数的选择、工件形状特点和加工要求等；另一方面必须从磨具本身的特性来确定。

下面着重从涂附磨具的三要素——磨料、基体和黏结剂来简单介绍一下选择的一般原则。

（1）磨料的选择

①磨料的选择　制造涂附磨具的磨料主要有两大类，即人造磨料与天然磨料。人造磨料主要是棕刚玉、白刚玉、锆刚玉和黑碳化硅，也有少量产品用绿碳化硅。人造磨料的化学组成比较稳定，因而硬度基本一致，晶形比较稳定。对磨料的选择主要依据被加工工件的要求来决定。固结砂轮对磨料的选择原则也适用于涂附磨具。棕刚玉适宜加工各种碳素钢、合金钢、可锻铸铁、有色金属、硬青铜等。工件硬度小于55HRC，抗拉强度小于700MPa。白刚玉适宜加工淬火钢、高碳钢、不锈钢及各种硬度较高的合金钢、有色金属等。工件硬度可大于55HRC。铬刚玉适宜加工不锈钢、高钼钢、耐热合金钢、钛合金、黄铜、青铜、灰铸铁、镍-铬合金、铬-钴合金、钨-钴合金等。黑碳化硅适宜加工抗拉强度低、韧性大的金属、非金属材料，如玻璃、玻璃纤维、陶瓷、木器、刨花板、纤维板等。绿碳化硅适宜加工硬而脆的材料，如硬质合金、玻璃、玉器、单晶硅、工程陶瓷、高级罩面漆、钢琴面板漆、缝纫机头漆等。

②磨料粒度的选择　涂附磨具磨料粒度的选择应考虑以下几个因素。

a.工件加工余量大，要求磨削效率高的应选粗粒度。工件加工余量小，要求表面粗糙度值低的应选细粒度。例如，船体钢板除锈、金属件打毛刺、磨焊缝等均选用P16～P24磨具。不锈钢表面抛光Ra0.8～0.2则选P60～P100即可。而不锈钢薄板轧钢辊的表面抛光（Ra为0.025）则选用W20磨具。一般情况下，加工同类工件时，砂带的磨削效率高于砂轮的磨削效率。也就是说，一方面砂带磨粒对工件表面嵌入的深度比砂轮大；另一方面，在砂带表层整齐排列的磨粒几乎全部可以起磨削作用。因此，若工件表面粗糙度要求相同时，砂带磨料粒度比砂轮磨料粒度应细一号。例如，平面磨床使用P36～P46砂轮，若改用砂带，则选用P46～P60即可。同样，外圆砂轮磨具使用P60～P80粒度，粗糙度Ra值一般可达0.8～0.4μm。若改用砂带，则宜选用P80～P100。当然，选择磨具粒度还应与磨床的稳定性及操作技能结合起来才能取得好的效果。

b.工件粗糙度要求相同的情况下，砂带线速度高的宜用细粒度；线速度低的宜用稍粗的粒度。例如，胶合板表面砂光，包辊式砂光机表面速度只有15～20m/s，磨料粒度为P36～P46；而改用宽带砂光机时，砂带线速度达32m/s，磨料粒度就用P60。

c.加工金属材料与非金属材料时，若两者的表面质量要求相似时，则加工金属工件用细粒度；加工非金属工件选用偏粗的粒度。

d.加工同种工件时，干磨加工时选用偏粗的磨料粒度；湿磨加工时选用偏细的粒度。若用润滑油作为冷却液，则选用的磨具粒度应更细一些。

e.砂带与被磨工件加工时接触面积大的应选用偏粗的粒度；反之，则宜选偏细的粒度。例如，平面磨削的接触面一般都大于外圆磨削的接触面。所以，加工同材质工件时，平面磨削砂带的粒度应略粗于外圆磨削砂带。

f.应根据加工工件的材质来选择粒度。加工韧性较大或性能较软的金属，如黄铜、紫铜、软青铜、铝及铝合金、铅及铅合金时，砂带磨料易被磨屑堵塞，故宜选用偏粗的粒度；而加工硬度较高的钢材时，则可选用偏细的粒度。

根据涂附磨具的特点，常用磨料粒度选择见表2-17。

③植砂密度的选择　在加工易堵塞材料时，一条完好砂带的使用寿命往往很短，其磨粒并没有严重的磨损与脱落，而仅仅是因为磨屑的堵塞使其丧失了继续磨削加工的能力。过去，解决的方法是使用大量的冷却液或用压缩空气吹，甚至用毛刷刷。显然，以上方法并不完善，有些材料加工根本不宜用冷却液，如软木制品、高级漆面的木质器具等；有些金属加工虽然可以用冷却液，但工作场所容易被污染。为了解决工件堵塞的问题，好的办法是采用稀植砂型的砂布、砂纸。

稀植砂磨具主要用于机磨，即制成各种规格的砂带或将砂布纸粘贴、包辊、压附在一些特定的机床上进行磨削加工，如加工软木材、含松脂量高的木材、橡胶制品、铝及铝合金制品及一些皮革等。

除了用稀植砂的方法解决堵塞问题外，在磨具的磨料层上，还可以涂一层特殊的化学物，以解决一些特殊工件的加工问题。例如，加工高级清漆的木质面板（钢琴面板等）、钛合金等仅用稀植砂磨具还是不能解决堵塞问题，而是采用超涂层，即在磨料面上涂一层特殊防堵塞物质。

（2）黏结剂的选择

制造涂附磨具的黏结剂大体上可分为两大类，即干磨系黏结剂与耐水系黏结剂。用干磨系黏结剂制造的涂附磨具原则上只适用于干磨。用耐水系黏结剂制造的涂附磨具既可湿磨也可干磨，但更适于湿磨，因为干磨与湿磨，无论是磨削方式、加工对象及涂附磨具本身都有很大不同。若用干磨系列磨具在有水或极潮湿的条件下作业，就不可能达到预期的加工效果；反之，若用耐水系列涂附磨具在干燥条件下加工，也往往达不到完满的加工效果。这样，在挑选涂附磨具前，对其黏结剂进行选择就尤其必要。

①动物胶黏结剂（以G/G表示）　到目前为止，仍然是国内涂附磨具的主要黏结剂，其产品占涂附磨具总量的70％以上。这类产品大体有以下三类：张页式干磨砂布、木砂纸；卷状干磨砂布；低负荷轻型砂带。页状砂布、砂纸只适用于手工打磨除锈、抛光，多数用于木器家具油漆之前的表面砂光，一般机械行业对机器零件的砂光，也有少量用于手提式振动抛光机，对漆面、设备台架、钢结构件进行抛光等。用动物胶制的砂带大量用于一般木器加工，其砂带线速度不高于20m/s，承受的负荷也较小，一般用手压。速度太高，负荷太大都会引起严重脱砂甚至断裂。这类产品一般均在干燥情况下使用，遇潮湿天气时，产品会吸潮、发黏，只有临时稍加烘干才可再用。动物胶产品虽然黏结强度较低，产品易吸潮，保管不善时易生霉变质等，但其价格低廉，柔软。在相同粒度条件下，其加工工件的表面粗糙度比树脂性产品要好，因此直到目前，动物胶产品仍在广泛地使用，特别是对于木器家具及细木工的加工行业。

②半树脂胶黏结剂（以R/G表示）　这类产品是在动物胶产品基础上改进、提高后的产物。其底胶用动物胶，复胶用人造树脂。因而一方面仍保持其价格低廉和柔软的特点，另一方面又提高了其抗潮湿和耐磨的性能，主要用于卷辊式的机械磨加工，更多是制成各种规格的砂带，用于胶合板、刨花板、纤维板、皮革、塑料、橡胶等非金属材料的砂光、精磨及抛光。这类产品也可以加工成页轮、圆片、砂圈等各种异型产品以适合于不同场合的加工需要。

R/G系列产品特别适合于多雨、潮湿的南方地区。

③全树脂黏结剂（以R/R表示）　这类产品的底胶与复胶黏结剂全是用人造树脂，因而胶黏强度很高，产品锋利、耐磨，是制造砂带、砂盘、页轮等机用磨具的主要品种之一。这里要特别指出，此类产品虽然采用人造树脂，但产品仍然只能干磨，或者是油磨，即磨削加工时用某些润滑油作冷却液（某些动物胶产品与半树脂胶产品也可以在有润滑油的情况下作业）。这是因为，这种产品的黏结剂一般都是耐水的，但基体材料都没有经过特殊的防水处理，因此，一旦长时间在有水的条件下作业，基体就会吸水膨胀、变形而导致产品性能下降。当然，R/R产品终究与G/G产品或R/G产品有很大的区别，它虽然不是耐水产品，但其抗水性、抗潮性比G/G、R/G产品要好得多。

④耐水湿磨系列胶黏剂（WP）　“水磨”是指在以水或水乳化液为冷却液的条件下进行的磨削加工。因此，耐水涂附磨具又称为水磨磨具。耐水砂纸是以耐水纸作基体，用清漆作黏结剂而制成的产品，它可以在浸水条件下使用，主要用于金属漆面，如缝纫机机头、风扇轮叶及金属外壳、汽车驾驶室、客车外壳等漆面的磨光、修磨；也用于木器漆面的修磨，如钢琴面板、木质家具漆面等。这部分产品主要用于手工作业或手提式振动（往复式）抛光机作业。

耐水砂布、耐水砂带都是以布为基体，以人造树脂作黏结剂而制成的。基体经过特殊的耐水处理，因而在有水的条件下作业时，可以保证基体的稳定性，基体、黏结剂都不会吸水而变形。水磨加工有许多好处，如可以降低工件加工时的发热量，避免烧伤；可以改善工件的表面质量，降低表面粗糙度值；可以冲洗掉磨屑，避免砂带表面堵塞；可以延长砂带的使用寿命，提高工效。因此，许多机加工，如飞机发动机叶片、汽轮机叶片的型面加工；食品工业、化工、制药工业所用的不锈钢装置、容器；厨房设备；医疗设备、不锈钢餐具以及许多耐热合金零件等都已采用水磨加工。

⑤基体的选择　目前，制造涂附磨具的基体有五类，即布、纸、复合基体、钢纸和无纺布。不同基体涂附磨具的性能、使用方法和加工对象都是不同的。因此，选择基体同样是非常重要的。如手工磨削用，则要求基体应有很好的挠性，特别是加工弯曲及型面复杂的工件，则更要求基体柔软。而作为高速磨削的机加工砂带，则不只是要求砂带基体要有很高的抗拉强度，还要能经受交变负荷、摩擦负荷和膨胀负荷。基体选择的大致范围见表2-18。