磨料

從1970年代起，已大量生產(chǎn)人造磨料，其中最主要的有碳化矽和氧化鋁兩種。碳化矽俗稱金剛砂，將純矽石砂與焦炭混合加入少量木屑后，放入電爐中，在2,200~2,480℃焙燒約36小時(shí)而制得。氧化鋁俗稱剛玉，工業(yè)上常用電弧爐加熱熔化鋁礬土制成，雪白透明的用作熱敏金屬的磨料，黑色的用于加工鑄件和鋼材。人造金剛石砂輪是硬度最高的磨具，為硬質(zhì)合金刀具的刃磨所必需。人造金剛石還可制成各種形狀和大小的工具，以適用于切割玻璃和陶瓷。碳化硼的硬度高于碳化矽，不適用于制作砂輪，在拋光硬質(zhì)材料時(shí)可用它代替價(jià)格昂貴的金剛石。立方碳化硼的硬度是碳化矽的兩倍，氧化鋁的2.5倍，用它磨削某些工具鋼很有效。

磨料的重要性能之一是它的硬度，它必須比待加工材料更硬，常用莫氏硬度計(jì)測(cè)定各種磨料的硬度。磨料的另一重要性能是韌性或體積強(qiáng)度?？筛淖?cè)系幕旌狭?、純度、粒度和晶體結(jié)構(gòu)等來(lái)控制這一性能，以適合于各種應(yīng)用。

磨料制品的制造，除粉狀滑石和氧化鐵外，所有原料均需壓碎和篩選，篩選粒度應(yīng)為4~900, 即直徑約6毫米(公厘)到6微米(1公厘的千分之一)或者更細(xì)。砂輪是最主要的磨料制品，由磨料和結(jié)合劑按一定比例混合，經(jīng)模壓成形后燒結(jié)而成，最后還必須進(jìn)行整形、平衡和超速試驗(yàn)。砂布和砂紙為另一種產(chǎn)量較大的磨料制品，是由磨粒黏結(jié)在基層材料(布或紙)上，經(jīng)干燥后裁切成不同規(guī)格的制品。其他為粉狀或粒狀磨料，在篩選后，需經(jīng)一定的工藝處理，如研磨或拋光用磨料，通常加以礦物油膏或蠟等輔料，以適應(yīng)不同工作條件的需要。

極高的硬度，顆粒外形尖銳鋒利，對(duì)于不同硬度的材料都具有很好的磨削作用，對(duì)于存在軟硬相差懸殊的不同相的合金試樣拋光效果較好。此外，金剛石拋光磨料磨削壽命長(zhǎng)，切削能力高，因而磨料消耗少，同時(shí)還可以使試樣表面基本不產(chǎn)生形變擾亂層。

硬度很高，與被拋光材料一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氧化鋁拋光磨料是一般鋼鐵試樣常用的拋光磨料。但它不宜用于拋光鋁及鋁合金，因?yàn)檠趸X磨料容易使鋁表面晦暗且產(chǎn)生腐蝕坑。

拋光能力弱于氧化鋁，可以用作鋼鐵試樣的最終拋光。

可以獲得極光亮的表面，但同時(shí)容易產(chǎn)生變形擾亂層，且會(huì)將非金屬夾雜物從試樣金屬基體中曳出，使用很少。

硬度較低，顆粒極細(xì)，具有尖銳的外形和良好的磨削刃口。它比較適用于鋁、鎂及其他非鐵金屬及合金試樣的最終拋光。它對(duì)鋼鐵試樣中的非金屬夾雜物曳出作用小，因此特別適合于夾雜物檢驗(yàn)和鑄鐵石墨試樣的拋光特別有利。

天然剛玉的化學(xué)成分為氧化鋁，主要產(chǎn)地南非，用它拋光和研磨玻璃。金剛砂也是氧化鋁的一種天然形式，一般說(shuō)來(lái)，它不如剛玉純，主要產(chǎn)地希臘、土耳其，多用來(lái)制砂布或砂紙。石榴石磨料用于噴砂、水刀切割、制造涂附磨具、濾料、耐磨地坪骨料等，多應(yīng)用在五金、鋼材、鑄件、陶瓷、鋁材、木材、皮革工業(yè)方面。燧石通常用于制作砂紙。石英是最早的砂輪用料，至今仍有用于制造刀具和加工玻璃。浮石來(lái)源于火山，是制造拋光粉的原料。矽藻土為拋光粉和油石的配料。其他天然磨料還有滑石、矽石、長(zhǎng)石、黑矽石和白堊等。

磨料在工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛，特別是加工高精度或低粗糙度的零件或特別硬的零件時(shí)，磨料和磨具是必不可少的。此外，對(duì)于刀具的刃磨和堅(jiān)硬材料的切割，砂輪也是必不可少的工具。在汽車制造業(yè)中，活塞環(huán)與氣缸、閥門與閥座的緊密配合，變速器和齒輪的精度等，都要用磨料和磨具加工，才能保證。其他有關(guān)的新制品，如塑性黏結(jié)滾磨機(jī)用介質(zhì)，為大量零件的去毛刺節(jié)省時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。

磨料的生產(chǎn)技術(shù)已有顯著的進(jìn)步。金剛石砂輪的效率較14年前已提高4倍;軋鋼廠用的氧化鋯-氧化鋁砂輪的總成本只為1948年的25%，速度提高了7倍。當(dāng)前的問(wèn)題是有關(guān)磨削作用的基礎(chǔ)理論尚未清楚，有待于研究;制品的規(guī)格復(fù)雜，品種繁多，不易簡(jiǎn)化。

超硬磨料磨具以其優(yōu)良的磨削性能，現(xiàn)已廣泛用于磨削技術(shù)各個(gè)方面，并成為超精密磨削、高效率磨削、難加工材料磨削、高精度成形磨削、磨削自動(dòng)化和無(wú)人化等技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ) 。

金剛石和CBN磨料由于它們?cè)诩庸げ牧线m應(yīng)方面的互補(bǔ)性，使由它們所構(gòu)成的磨具可加工范圍大為擴(kuò)展，覆蓋了包括各種高硬、高脆、高強(qiáng)韌性材料的幾乎全部被加工材料。

金剛石磨具是磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷和形容詞石等硬脆材料的最佳磨具，但因其在700℃~800℃時(shí)容易碳化，所以它不適于磨削鋼鐵材料及超高速磨削。CBN磨料的出現(xiàn)導(dǎo)致磨削技術(shù)的革命，它能承受1300℃~1400℃的高溫，對(duì)鐵族元素化學(xué)惰性大，導(dǎo)熱性好，磨鋼料時(shí)的切除率高，磨削比大，磨具壽命長(zhǎng)，是磨削淬硬鋼、高速鋼、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼和耐熱合金等高硬度韌性大的金屬的最佳磨料。此外，CBN磨具還適用于超高速磨削，金屬基體CBN磨具線速度超過(guò)250m/s也會(huì)不破碎。

CBN磨具的廣泛使用主要是近幾年各種高效高性能CNC磨床問(wèn)世，以及磨具制造技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)出了性能優(yōu)異的單層電鍍和高溫釬焊等新磨具，促使了磨削技術(shù)的發(fā)展，其中尤以高效點(diǎn)磨削新工藝更受人們的青睞。

點(diǎn)磨削(Quickpoint Grinding)是由德國(guó)公司首先推出的。它是利用釬焊CBN薄砂輪(寬度只有幾mm)和超高砂輪線速度(120m/s~180m/s，高的可達(dá)200m/s~250m/s)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加工時(shí)使砂輪軸線與工件軸線在水平方向上形成一定傾斜角，以使砂輪與工件之間理論上的線接觸變成點(diǎn)接觸。這樣可大大減少磨削接觸區(qū)面積，而極高的磨削速度既可使磨屑變薄、磨粒負(fù)荷減輕，又可使熱量來(lái)不及傳到工件和砂輪上，幾乎都被磨屑所帶走，提高工件加工精度和表面質(zhì)量。使用表明，點(diǎn)磨削的磨削比大，砂輪壽命長(zhǎng)，修整頻率低，材料切除率高，同時(shí)由于它采用和NC車床一樣的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的表面磨削，一次安裝能加工出外圓、錐面、曲面、螺紋、臺(tái)肩和溝槽等所有外形，比切入磨削有更大柔性，同時(shí)冷卻效果極佳，磨削溫度低，甚至可以真正實(shí)現(xiàn)干磨削，目前該工藝已在我國(guó)上海大眾汽車有限公司桑塔納轎車生產(chǎn)線上使用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

人造磨料產(chǎn)品主要分為剛玉磨料和碳化硅磨料兩大類，具體來(lái)說(shuō)，基本上有以下幾種:

1、棕剛玉磨料，主要成分是Al2O3，具有硬度中等，韌性大，顆粒鋒銳，價(jià)格比較低廉，適合加工抗張強(qiáng)度高的金屬。微晶剛玉磨料和黑剛玉磨料都是其派生品種。

2、白剛玉磨料，其硬度略高于棕剛玉，但韌性較差，磨削時(shí)易切入工件，自銳性好，發(fā)熱量較小，磨削能力強(qiáng)，效率高。鉻剛玉磨料是其派生品種。

3、單晶剛玉磨料，其顆粒是由單一晶體組成，并具有良好的多棱切削刃，較高的硬度和韌性、磨削能力強(qiáng)，磨削發(fā)熱量少，缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)量較低，所以價(jià)格比較高。鋯剛玉磨料也是晶體化合物，硬度略低，晶體尺寸較細(xì)，耐磨性能好。

4、黑碳化硅磨料、綠碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、鈰碳化硅磨料等，屬于碳化硅磨料，主要成份是碳化硅SiC，硬度高，脆性大，磨粒鋒利，導(dǎo)熱性較好，耐磨性較強(qiáng)，比較適合加工硬脆的金屬及非金屬產(chǎn)品。

適合機(jī)械，電子，金屬零部件，五金，工具，汽車配件，儀器儀表，鑄造，醫(yī)療，工藝飾品等行業(yè)產(chǎn)品的表面去毛刺,倒角，去氧化皮和表面拋光。

研磨效率高，耐磨耐用，不容易卡孔，表面光亮度高!

磨料的粒度

磨料的粒度指的是磨料的顆粒尺寸。磨料可按其顆粒尺寸的大小分為磨粒、磨粉、微粉和超微粉四組。其中，磨粒和磨粉這兩組磨料的粒度號(hào)數(shù)用每一英寸篩網(wǎng)長(zhǎng)度上的網(wǎng)眼數(shù)目表示，其標(biāo)志是在粒度號(hào)數(shù)的數(shù)字右上角加"#"符號(hào)。比如240#，是指每一英寸篩網(wǎng)長(zhǎng)度上有240個(gè)孔，粒度號(hào)的數(shù)值越大，表明磨粒越細(xì)小。而微粉和超微粉這兩組磨料的粒度號(hào)數(shù)是以顆粒的實(shí)際尺寸來(lái)表示的，其標(biāo)志是在顆粒尺寸數(shù)字的前面加一個(gè)字母"W"。有時(shí)也可將其折合成篩孔號(hào)。例如W20，是表示磨料顆粒的實(shí)際尺寸在20μm~14μm之間，這和篩孔號(hào)為500#。

在各種磨料的粒度中又有粗、中、細(xì)不同的顆粒。中粒是研磨粉中的基本粒度，是決定磨料研磨能力的主要因素，在粒度組成中占有較大的比例。實(shí)踐證明:經(jīng)過(guò)離心分選后的研磨粉其研磨能力將比分選前提高20%。細(xì)粒在研磨中起很小的磨削作用，粒度除對(duì)研磨工件的質(zhì)量不利外，而且還會(huì)降低研磨效率，應(yīng)在粒度組成中盡量減少它們的數(shù)量。因此，從研磨的效率和工作的質(zhì)量來(lái)說(shuō)，都要求磨料的顆粒均勻。粒度在12#~80#的磨粒組，顆粒尺寸較大，不適用于作研磨加工的磨料。

磨料的硬度

磨料的硬度指的是磨料表面抵抗局部外作用的能力，而磨具(如油石)的硬度則是粘結(jié)劑粘結(jié)磨料在受外力時(shí)的牢固程度，它是磨料的基本特性之一。研磨的加工就是利用磨料與被研工件的硬度差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，磨料的硬度越高，它的切削能力越強(qiáng)。

磨料的強(qiáng)度

磨料的強(qiáng)度指的是磨料本身的牢固程度。也就是當(dāng)磨粒鋒刃還相當(dāng)尖銳時(shí)，能承受外加壓力而不被破碎的能力。強(qiáng)度差的磨料，它的磨粒粉碎的快，切削能力低，使用壽命短。這就要求磨粒除了具有較高的硬度外，還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，才能更好地進(jìn)行研磨加工。

磨料磨具素有工業(yè)牙齒的美稱。在磨削時(shí)常用磨料或磨具作為磨削工具對(duì)需加工的零件進(jìn)行機(jī)械加工，而達(dá)到一定的技術(shù)要求。

磨料 ：磨削材料簡(jiǎn)稱磨料，即一種具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造兩大類。

天然磨料是自然礦物開(kāi)采經(jīng)過(guò)加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下種類：

1、 燧石：化學(xué)成分主要是SiO2，莫氏硬度7。

燧石易斷裂，韌性差，莫氏硬度不高，主要用來(lái)制造張頁(yè)式砂紙，主要用來(lái)加工皮革、毛氈等的拋光加工。

2、 石英砂：類似燧石，比燧石的純度又高了一層，主要化學(xué)成分為SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂來(lái)源于石英礦或從河砂中篩選加工，其用途類似燧石，迄今國(guó)內(nèi)有些小砂布砂紙廠還在用石英砂作為生產(chǎn)的原料進(jìn)行生產(chǎn)，其目的在于生產(chǎn)的砂布或砂紙以低于用人造磨料所生產(chǎn)的砂布或砂紙的價(jià)格，銷售于廣大農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)加工使用，質(zhì)量下乘，但也有一定的市場(chǎng)。

3、 紫紅鐵粉即氧化鐵：多用于天然的、也可以經(jīng)過(guò)人工制造的。由于質(zhì)地比較柔和，主要用于工件的清理和拋光的目的加工，如部分光學(xué)玻璃的研磨或拋光也用紫紅鐵粉進(jìn)行加工。

4、 柘榴石：系一種天然礦物材料，如采用這種柘榴石在高溫條件下進(jìn)行熱處理，可使這種材料的硬度和韌性增強(qiáng)。柘榴石容易沿其材料的結(jié)晶體的斷裂面而斷裂，這樣可使柘榴石具有較好的切削刃提高磨削效率。用柘榴石制成的涂附磨具可用于材料如木材或金屬材料進(jìn)行磨削加工，在國(guó)內(nèi)或國(guó)外已不多用于生產(chǎn)涂附磨具，更極少用于制造固結(jié)磨具，已趨于淘汰的局面。

5、金剛砂（Emery）： 系自然界中剛玉（Al2O3）氧化鐵的混合物。這種 礦物原料在世界上許多地方的蘊(yùn)藏量都很豐富，礦石的質(zhì)地與晶位各異，這種礦物材料的切削性能較差，一般只作為拋光使用?，F(xiàn)在用這種天然礦物制造磨具已經(jīng)不多，屬于淘汰的趨勢(shì)。

6、氧化鍶（Sr2O3）：拋光性能甚好，適用于作拋光材料，并制成氧化鍶粉加磨削劑直接做為拋光材料，在國(guó)內(nèi)一些光學(xué)玻璃廠還在使用如上海光學(xué)儀器廠等。

7、金剛石：天然金剛石又稱金剛鉆，系自然界最硬的物質(zhì)，莫氏硬度為10，天然金剛石產(chǎn)于南非、剛果，中國(guó)也有，價(jià)格十分昂貴，常用于作手飾及裝飾品，自人類發(fā)明人造金剛石之后，在制造磨具上就多用人造金剛石作磨具，在極個(gè)別的應(yīng)用范圍內(nèi)才采用天然金剛石。 總之，天然礦石的磨料已趨于淘汰之勢(shì)，已不用于制作磨具，即或使用已經(jīng)不多。

人造磨料 顧名思義，人造磨料是人工通過(guò)用有關(guān)礦物材料加上必須的材料進(jìn)行加工而成的磨料。人造磨料自人們發(fā)明的第一種人造磨料開(kāi)始至少已發(fā)明發(fā)展了數(shù)十種之多，應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛，其性能愈來(lái)愈優(yōu)越于天然磨料，隨著人造磨料不斷的發(fā)展和進(jìn)步，磨削加工也得到了迅速的發(fā)展和提高，由于磨具的不斷發(fā)展和性能的不斷提高，磨削加工的水平也得到了發(fā)展和提高。當(dāng)然從另一方面而言，今天磨削加工已走上高效、高速和加工件要求質(zhì)量不斷的提高，又要求磨料磨具適應(yīng)這種發(fā)展要求提高自身的品種、質(zhì)量、生產(chǎn)加工水平和科研水平等方面的各項(xiàng)工作相輔相成、互相依賴、互相促進(jìn)、互相提高。

1891年美國(guó)卡不倫人登公司的E.G艾奇遜用電阻爐首次用人工發(fā)明SiC，于1893年由美國(guó)發(fā)明制造了電熔剛玉，從此人類進(jìn)入了采用人造磨料的新篇章，磨削加工進(jìn)入了嶄新的一頁(yè)。發(fā)展到現(xiàn)在人造磨料的種類不少數(shù)十種，彩人造磨料廣泛用制造固結(jié)磨具、涂附磨具和超硬磨具。

其中磨料產(chǎn)品主要分為剛玉磨料和碳化硅磨料兩大類，具體來(lái)說(shuō)，基本上有以下幾種：

1、棕剛玉磨料，主要成分是Al2O3，具有硬度中等，韌性大，顆粒鋒銳，價(jià)格比較低廉，適合加工抗張強(qiáng)度高的金屬。微晶剛玉磨料和黑剛玉磨料都是其派生品種。

2、白剛玉磨料，其硬度略高于棕剛玉，但韌性較差，磨削時(shí)易切入工件，自銳性好，發(fā)熱量較小，磨削能力強(qiáng)，效率高。鉻剛玉磨料是其派生品種。

3、單晶剛玉磨料，其顆粒是由單一晶體組成，并具有良好的多棱切削刃，較高的硬度和韌性、磨削能力強(qiáng)，磨削發(fā)熱量少，缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)量較低，所以價(jià)格比較高。鋯剛玉磨料也是晶體化合物，硬度略低，晶體尺寸較細(xì)，耐磨性能好。

4、黑碳化硅磨料、綠碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、鈰碳化硅磨料等，屬于碳化硅磨料，主要成份是碳化硅SiC，硬度高，脆性大，磨粒鋒利，導(dǎo)熱性較好，耐磨性較強(qiáng)，比較適合加工硬脆的金屬及非金屬產(chǎn)品。