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想真正达到降本增效?注意超硬砂轮的3要素!

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在选择超硬砂轮的时候,你是否会碰到这样的问题:
1. 用什么磨料的砂轮好?金刚石的?CBN的?
2. 选用什么结合剂的砂轮合适呢?电镀?树脂?陶瓷?还是金属的?
3. 什么样的砂轮才更加锋利?
4. 什么样的砂轮使用寿命更久?
5. 超硬砂轮需不需要修整,怎么修整?

这些问题会令你在选择砂轮时无从下手。因为不知道每个选项代表着何种含义,不清楚每个选项之间的区别。这样的情况下“摸着石头过河”,会让企业付出巨大代价,少则一次又一次的样品费,多则是项目的延期甚至荒废。

一、你选择超硬砂轮的时候,是在选择”磨料“!

众所周知,超硬磨料分为金刚石磨料以及立方氮化硼磨料(CBN)。
 
金刚石
cbn

金刚石磨料:无与伦比的硬度(莫氏硬度=10,维氏硬度=10000)、耐磨性和优良的导热性(导热系数=146.5w/m·K)。
 
金刚石原子构架

注意!无坚不摧的金刚石在碰到铁族金属或者是高温(700℃左右)时,也会非常脆弱。金刚石在磨削时,碰到铁,钴,镍,铬等过渡金属时,加上磨削产生的高温,会产生化学反应,使得碳原子扩散到工件中形成碳化物,从而使砂轮失去磨削力或导致黏屑。
 
立方氮化硼磨料(CBN)的硬度(莫氏硬度=9.7,维氏硬度=7500)仅次于金刚石,拥有高硬度和极佳的热稳定性和化学稳定性。这两个特性是它与金刚石最大的区别。CBN可以承受1300℃的高温,并且硬度也不会下降,被称之为红硬性。而且CBN的化学惰性强,不易于铁族元素发生化学反应。值得一提的是,虽然CBN的导热系数(79.54w/m·K)不敌金刚石,但是也远高于高速钢和硬质合金,并且随着切削速度的提高,CBN的导热系数也逐渐提高。
 
cbn原子构架

因此在加工硬度高且热传导率低的材料时,CBN能展现出极高的磨削和切削性能,寿命远高于金刚石砂轮或刀具。
 
cbn颗粒

正因金刚石和立方氮化硼不同的物理以及化学特性,在实际应用中需针对不同工件材料做出合适的选择。
金刚石更适合于加工硬脆材料,有色金属,非金属材料以及复合材料。(如下图左)
CBN更适合于加工硬韧材料,黑色金属,(如下图右)
 
金刚石/cbn适磨工件

认识了超硬磨料,明白了金刚石与立方氮化硼(CBN)的性能与区别,你就可以得心应手的选择更适合加工场景的超硬砂轮。

二、你在选择超硬砂轮时,是在选择”结合剂“!

结合剂的作用是将磨料黏结起来形成砂轮。
因为磨料本身都不具有成型性能,属于瘠性料。通过加入结合剂,湿润剂等使之能够成型,再经过烧制,结合剂融化并浸润磨料,从而将磨粒与磨粒连接起来,得到具有一定硬度的砂轮。
超硬砂轮按照结合剂的不同一般分为
◆树脂结合剂砂轮
◆陶瓷结合剂砂轮
◆金属(青铜)结合剂砂轮
◆电镀砂轮
◆钎焊砂轮
不同的结合剂,表现出来的性能也各不相同。而这种不同主要是来自结合剂的对于磨料把持力的不同,通常也将结合剂对磨料的把持力称为结合强度。
结合强度直接影响砂轮的性能,如锋利性、磨削比、寿命、形状保持性、自锐性等...
下面通过一个表格来具体了解各个结合剂的性能和应用。

各个结合剂的性能和应用

三、你在选择超硬砂轮时,是在选择“结合强度”!

结合剂的作用就是将磨料黏结起来形成砂轮。不同结合剂对于磨料的把持力各不相同,甚至同一种结合剂,根据配方配比的不同,其对磨料的把持力也有大有小。这个把持力也是今天要讲的结合剂的“结合强度”。
在实际应用中,经常提到的砂轮的“软”和“硬”,其实并不是指砂轮本身的硬度,或者是磨料的硬度,而是结合剂的结合强度。结合强度的不同,造成砂轮不同的磨削性能。当说一个砂轮“软”,是指其结合强度弱。反之,“硬”就是结合强度强。不同结合强度,给砂轮带来完全不同的磨削性能。
结合强度如何影响磨削性能?
1、 结合强度影响砂轮的自锐性。
砂轮自锐性是指磨粒磨钝后,磨削阻力也随之增大,导致磨粒破碎或者脱落,重新露出新的锋利刃口。一般情况下,结合剂的把持力越高,砂轮的自锐性相对就弱。结合剂的结合强度越弱,砂轮的自锐性相对就强。
2、 结合强度影响砂轮的保型性。
砂轮保型性是指砂轮在磨削时,工作层的形状保持力。尤其是在仿形磨削,成型磨削以及开槽时,对砂轮的保型性要求很高。结合强度越高,砂轮的保型性也就越好。相反地,当结合强度低时,砂轮的形状保持性就越差。
3、 结合强度影响砂轮的锋利性。
锋利性是砂轮能高效加工的关键。适当降低结合强度可以提高砂轮的锋利性。但如果结合强度过低时,砂轮会出现掉砂,寿命降低,无法保证磨削精度等问题。
4、 结合强度影响砂轮的寿命。
除了锋利性,客户比较关注的就是砂轮的使用寿命。往往结合强度高的砂轮具有相对较长的使用寿命,因为这样可以充分利用每一颗磨粒,延缓磨粒的脱落时间。然而当结合强度过高时,会导致已经钝化的磨粒不易脱落,磨削变成摩擦,出现磨不动,磨削噪音大以及工件烧伤等问题。
5、 结合强度影响砂轮的精度。
高精度加工已成为越来越多客户的需求。良好的锋利性以及稳定的加工性能是达到高精度加工的必要条件。这就要求砂轮的结合强度既不能过高,影响锋利性;也不能过低,影响保型性以及稳定性。

所以,选砂轮前要注意磨料、结合剂、结合强度三个必要因素

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