磨料磨具基本知识（上）

研磨者 · 发表于 2007-12-5 20:52:31

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磨料磨具基本知识（上）

　磨料磨具基本知识

一、磨削加工的发展历史

（一）第一阶段
　　我国是采用磨削加工方法的最古老的国家之一，如在古代科学巨著《天工开物》中就有“切、磋、琢、磨”的成语，而其中“磨”就是指的磨削加工。
其实人类最早使用磨削要追溯到原始社会，在母系社会，人们就已经开始使用最简单的石器，而这些最简单的石器是用简单的石头之间互相摩擦得来的。人们用这些最简单的工具捕猎，耕种。那时人们的衣着虽然简单，但仍然要有刃器的辅助，这也离不开磨削。
　　北魏时一个叫崔亮的创造了水磨，用来加工粮食，晋代刘景宣创造了可同时运行八盘天然岩石磨盘的石磨；唐朝时又出现了陶磨及磨碾，这些磨具均在山西长治县“王琛”墓中出土。经过专家考察在宋朝也早存在九转速的磨；十三世纪时即在元朝时候，中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具，这是世界上已知的最早的涂附磨具，几乎与此同时，在地中海沿岸的意大利人也开始使用简单的涂附磨具。说起指南针，谁都知道，可谁又能想到，那也是磨削得来的产品呢！以上所叙不仅说明了我国是最早制造陶瓷材料、机械传动的古国，而且也是最早采用对金属及非金属材料进行磨削加工的国家之一，从最原始一直持续到十九世纪的初期，可视为磨削加工历史发展的第一阶段。这一阶段的特点是利用的磨料磨具及机械都较简单。　

（二）磨削加工发展的第二阶段（1840---1900年前后）
这一阶段出现了新的特点，即随着工业的发展、被加工材料的硬度越来越高，原来简单的磨料磨具满足不了发展的需要，于是人们就开始寻求硬度更高的物质来做磨料，先后找到了天然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料人们把这些天然材料破碎后和陶土混合后，烧成具有一定形状的磨具，以此来进行加工。
可以说，开始使用硬度较高的天然磨料是这一时期的普遍特点。
但是所有天然磨料的产量都不集中，而数量又有限质量不统一，很难保持稳定这一切局限性和飞速猛进的工业越来越不适应。

（三）磨削加工历史发展的第三阶段（十九世纪的后期到二十世纪初）这一时期的主要特点是出现并使用人造磨料。
1893年美国卡不伦登公司的E.G艾奇逊利用电阻炉发明了SiC人造磨料这是人类历史上最早出现的人造磨料，以后又有人用电弧炉发明了人造刚玉磨料，这些人工合成磨料的出现，意义是重大的，结束了人类只能利用天然磨料而不能利用人造磨料的历史，从此，工业方面开始到得了大批比较低廉而质量又比较稳定的、产量又稳步增加的人造磨料的磨削工具，从而推动了被磨材料加工迅速增长，当然另一方面从磨削加工的发展也促进了磨料磨具的迅速发展。本阶段又可分为以下几个时期：
1、1900年-1920年左右：
　　这一时期，出现了除无心磨床以外的所有磨床，这促使汽车、军工、电极工业有了很大的发展。
2、1920年-1949年前后：
　　在20年代以后，磨床机械开始由机械传动发展到液压传动，还在磨削过程中部分的实现了自动化，，在这一时期，无心磨床设计成功，开始投入使用，这一时期一个非常重要的现象就是对于磨削过程的研究，由开始的经验方法转入理论分析。即开始了对磨削理论的研究。
3、1950年至1980年前后：
　　在国际上，英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究，并进行了工业性生产，因而磨料及磨具较前一时期有了很大的提高，工业发达国家磨床所占的比重已达机床总量的10%，而且还在不断的上升。
在国内，一批具有影响力的重要项目的建成投产，如第二砂轮厂、第三砂轮厂、第四砂轮厂、第五砂轮厂、第六砂轮厂、第七砂轮厂的建成投产。说明了我国的磨料磨具行业也在不断的发展壮大。
4、改革开放前后：
　　我国的磨料磨具为了和世界同步，在以下几个方面进行了研究或改进
① 提高磨床的精度， ②提高磨削的自动化程度，③高速研磨，④高精度和高光洁度，⑤强力磨削，⑥宽砂轮和多砂轮的磨削，⑦提高磨床的加工生产率，⑧试制发展了特殊磨削或成型磨削，⑨超硬磨料磨具。超硬材料如人造金刚石和立方氮化硼目前被称为世界上最硬的物质，莫氏硬度为10。
金刚石的用量，每加工百万吨钢铁所用的金刚石的量来表示这个国家的工业发展水平，美日及主要西方国家的用量均超过了18-20万克拉每百万吨钢，美国是世界上金刚石用量最大的国家。而我国则是2.4万克拉每百万吨钢，这差距是显而易见的。
　　六十年代天然金刚石约2500万克拉，数量不是很大，这是因为金刚石的生产成本太大，一般的金刚石矿中，须处理6-8吨矿石才能得到一克拉的金刚石，有的甚至250吨的矿石才能得到一克拉的金刚石，可见金刚石为什么如此的昂贵。天然金刚石的低产量及高成本促使人们走上了发展人造金刚石之路。
我国是在六十年代中期开始试制与发展人造金刚石。六十年代世界人造金刚石的产量为1000万克拉，今天，中国人造金刚石的产量就已达5000万克拉（约合1万吨），而全世界人造金刚石的产量就无法估计了，这些人造金刚石主要用于工业。人造金刚石及其制品的发展大大地促进了特殊用途的磨削加工的要求，人造金刚石不受资源限制，制造成本从发明的那天起就不断下降，品种在逐渐增多，质量在不断的提高，这样就极大的开辟了人造金刚石磨料的使用前景。不仅在固结磨具上，而且普遍地使用在涂附磨具上，如牙科用金刚石砂带，精密仪器上用金刚石砂带等等。
　　立方氮化硼是超硬磨料另一种类型，其性能与人造金刚石磨料相似，还具有比人造金刚石一些独特的优点，如耐热方面优于人造金刚石。立方氮化硼比人造金刚石发展稍后，系70年代前后试制研究的，也可以说后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工业生产大国有了较大的发展，如前苏联立方氮化硼的产量已发展到5000多万克拉。我国立方氮化硼也是在八十年代末期或九十年代初期试制和发展的新型产品，但速度较慢，其原因在于工艺与技术还远远落后于其它工业发达的国家，因而它的推广和使用还受到一定的限制。
人造金刚石和立方氮化硼的磨具。在发展人造金刚石磨具和立方氮化硼超硬磨料的同时，这两种超硬磨料的磨具也得到相应的发展，人造金刚石磨具发展更快。到目前，人造金刚石磨具发展成为一个较为完整、成熟和自成体系的加工技术领域。人造金刚石磨具制品如电镀金刚石内圆切割锯片、什锦锉、磨头，人造金刚石圆锯片、框架锯片，人造金刚石修整笔，石材用金刚石磨具，金刚石筒形砂轮，加工铁氧使用金刚石磨具，
金刚石修整滚轮和金刚石或立方氮化硼与硬质合金复合片磨具等等品种系列，而且继续完善补充与提高。

（四）磨削加工发展的第四阶段（九十年代后期）
进入九十年代，磨料磨具行业的生产与销售、科研都起着很大很大的变化，主要表现为品种日趋多样化，专业化，竞争也前所未有的日趋激烈，科研与销售成为每个厂家的重中之重，而我们做为砂带的专业生产厂家，也是如此。，但与国际上涂附磨具尤其是砂带产品，无论是品种或者是质量上差距是很大的。因此，当务之急加大科技力量投入迅速提高我国涂附磨具尤其是砂带高档产品的品种及质量水平，以面临高品质、多品种需求的浪潮。如果目前全国高档次的涂附磨具产量在400万平方米左右，予计到2000年初期将达到700万至1000万平方米用量的需求。这就希望我们共同努力去开拓这个有广阔前途的市场。

二、磨料磨具的简明知识
　　磨料磨具素有工业牙齿的美称。在磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工，而达到一定的技术要求。
（一）磨料
磨削材料简称磨料，即一种具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造两大类。
（A）天然磨料
　　天然磨料是自然矿物开采经过加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下种类：
1、燧石：化学成分主要是SiO2，莫氏硬度7。
燧石易断裂，韧性差，莫氏硬度不高，主要用来制造张页式砂纸，主要用来加工皮革、毛毡等的抛光加工。
2、石英砂：类似燧石，比燧石的纯度又高了一层，主要化学成分为SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂来源于石英矿或从河砂中筛选加工，其用途类似燧石，迄今国内有些小砂布砂纸厂还在用石英砂作为生产的原料进行生产，其目的在于生产的砂布或砂纸以低于用人造磨料所生产的砂布或砂纸的价格，销售于广大农村、乡镇企业加工使用，质量下乘，但也有一定的市场。
3、紫红铁粉即氧化铁：多用于天然的、也可以经过人工制造的。由于质地比较柔和，主要用于工件的清理和抛光的目的加工，如部分光学玻璃的研磨或抛光也用紫红铁粉进行加工。
4、柘榴石：系一种天然矿物材料，如采用这种柘榴石在高温条件下进行热处理，可使这种材料的硬度和韧性增强。柘榴石容易沿其材料的结晶体的断裂面而断裂，这样可使柘榴石具有较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属材料进行磨削加工，在国内或国外已不多用于生产涂附磨具，更极少用于制造固结磨具，已趋于淘汰的局面。
5、金刚砂（Emery）：系自然界中刚玉（Al2O3）氧化铁的混合物。这种
矿物原料在世界上许多地方的蕴藏量都很丰富，矿石的质地与晶位各异，这种矿物材料的切削性能较差，一般只作为抛光使用。现在用这种天然矿物制造磨具已经不多，属于淘汰的趋势。
6、氧化锶（Sr2O3）：抛光性能甚好，适用于作抛光材料，并制成氧化锶粉加磨削剂直接做为抛光材料，在国内一些光学玻璃厂还在使用如上海光学仪器厂等。
07、金刚石：天然金刚石又称金刚钻，系自然界最硬的物质，莫氏硬度为10，天然金刚石产于南非、刚果，中国也有，价格十分昂贵，常用于作手饰及装饰品，自人类发明人造金刚石之后，在制造磨具上就多用人造金刚石作磨具，在极个别的应用范围内才采用天然金刚石。
总之，天然矿石的磨料已趋于淘汰之势，已不用于制作磨具，即或使用已经不多。
（B）人造磨料
　　顾名思义，人造磨料是人工通过用有关矿物材料加上必须的材料进行加工而成的磨料。人造磨料自人们发明的第一种人造磨料开始至少已发明发展了数十种之多，应用范围愈来愈广泛，其性能愈来愈优越于天然磨料，随着人造磨料不断的发展和进步，磨削加工也得到了迅速的发展和提高，由于磨具的不断发展和性能的不断提高，磨削加工的水平也得到了发展和提高。当然从另一方面而言，今天磨削加工已走上高效、高速和加工件要求质量不断的提高，又要求磨料磨具适应这种发展要求提高自身的品种、质量、生产加工水平和科研水平等方面的各项工作相辅相成、互相依赖、互相促进、互相提高。
1891年美国卡不伦人登公司的E.G艾奇逊用电阻炉首次用人工发明SiC，于1893年由美国发明制造了电熔刚玉，从此人类进入了采用人造磨料的新篇章，磨削加工进入了崭新的一页。发展到现在人造磨料的种类不少数十种，彩人造磨料广泛用制造固结磨具、涂附磨具和超硬磨具。已知用于制造磨具的人造磨料有以下各种。
1、棕刚玉：
　　主要化学成份AL2O3，由铝矾土、铁屑和无烟煤在电弧炉中熔炼而成。棕刚玉磨料的色泽为棕色，就其色泽而言，命名为棕刚玉。这种磨料具有一定的硬度和韧性，具为较强的磨削能力，能承受很大的压力。具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及化学稳定性好等特点。由于抗张强度高，它适用于磨削抗张强度大的材料，适用于普通钢、高碳钢、合金钢，可用于硬质木材的加工，还可用于其它磨料不足时的代用，有万能磨料之称，是使用中最广泛的一种磨料。
2、白刚玉：
　　主要化学成份为AL3O2由铝氧粉为原料在电弧炉中熔炼而成。色泽为白色，就其色泽而言命名为白刚玉。白刚玉的质地比棕色刚玉更纯净。采用的铝氧粉原料，系由棕刚玉所用的铝矾土事先加工制成，主要物理成分为β- AL2O3（无磨削能力），由电弧炉熔炼从β- AL2O3转换为α- AL2O3 。所转换的α- AL2O3具有较强的磨削力。
3、黑碳化硅：
　　主要化学成份为SiC 。由石油焦碳、石英砂、木屑等为原料在电阻炉中熔炼而成。黑碳化硅的色泽为黑色，就其色泽而言，命名为黑碳化硅。黑碳化硅质地比刚玉磨料性脆，硬度较硬，其韧性也次于刚玉类磨料，对于抗拉强度较底的材料，如非金属材料（各种板材如木质胶合板、刨花板、高中低密度纤维板、竹质板、硅酸钙板、皮革、玻璃、陶瓷、石材等）和有色金属（铝、铜、铅等）等材料的加工尤为适宜，对质地坚硬而脆性材料的加工也是比较理想的磨料。
4、绿色碳化硅：
　　主要化学成份为SiC,在制造上所采用的原料如黑碳化硅生产大致相同,另加工业食盐作为反应剂和促进剂在电阻炉内反应而成.就其色泽而言为绿色,故命名为绿碳化硅.绿碳化硅比黑碳化硅的质地更纯,硬度比黑碳化硅还要高,其磨削用途与黑碳化硅相同之外,更适合用于材料的精磨如磨螺纹、磨量具等,在磨削材料上更广泛的用于硬质合金、金刚石制品的工件。由于绿碳化硅在生产制造的成本比黑碳化硅要高，如采用原材料上配比不一样，另加有食盐辅助材料以及耗电和加工过程的差异等，所以绿碳化硅的产品售价比黑碳化硅要高。因此绿碳化硅的选用在与黑碳化硅的比较上，在非金属和有色金属材料方面一般不选用绿碳化硅，而主要选用绿碳化硅用作硬质合金和精密磨削的磨削，在砂带和其它涂附磨具上选用绿碳化硅作为磨削材料的就更少。
5、微晶刚玉：
　　主要化学成份为AL2O3，所采用的生产原料与棕刚玉相同，唯在冶炼过程中采用急速冷却的工艺而得到微细结晶的效果。微细结晶的刚玉比普通刚玉的机械强度要高。用微晶刚玉做成的磨具常用于粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等难磨材料，但很少用于制造涂附磨具。
6、铬刚玉：
　　是在白刚玉的生产过程中加入Cr2O3的混合物，使这种刚玉形成白刚玉中α- AL2O3和Cr2O3的共熔体，改变刚玉的性能和结构。铬刚玉的韧性比白刚玉要高，其硬度与白刚玉大概相同。加入Cr2O3的数量与生产的铬刚玉的性能也略有不同，而其色泽也有所不同，在铬刚玉中由于加入Cr2O3的含量不同，其用途又有所不同，因此在铬刚玉这类磨料中又划分为根据Cr2O3加入的不同而划分几个牌号。铬刚玉磨削的材料常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。铬刚玉常用于生产固结磨具，很少用于制造涂附磨具。
7、镀衣磨料或特殊处理的磨料：
　　涂附磨具特别是砂带在磨削加工时基本上是以单层磨料承担着整个磨削过程,磨粒磨损或脱落后,再没有后备的磨粒继续着磨削的作用,所以对这一层有限数量的磨粒显得特别重要,如何防止磨粒的脱落和提高每个颗粒的磨削作用是当前砂带研究者和制造者所致力研究探索的重要课题,目前采取了如下几种方法:
(1)煅烧处理:
　　将磨料置于800-13000C的高温下直接煅烧2-4小时,取出冷却,即可使用.如温度高,则有部分磨料有少量烧结现象,需进行敲碎过筛方可使用.
磨料煅烧可起两个作用,一是磨料在制粒过程中由于多次撞击所形成的微细裂纹在高温时被烧结,增加了磨料在制造过程中由于烧结而增加了单颗粒的强度.二是增加磨料的毛细管作用,增加了磨料的亲水性,提高了磨粒对粘结剂的吸附作用,从而使磨粒借助粘结剂对基体的粘附力.如磨料的煅烧处理后各种效果明显,棕刚玉磨料经煅烧后显微硬度可提高10%,韧性提高10%亲水性提高3.5倍,磨削量提高3%,耐用度提高30-50%.
(2)碱处理：
　　将磨料浸泡于2%NaOH溶液中约30分钟,然后冼净,烘干后可使用.由于碱对磨料有一定的腐蚀能力,从而增加了磨料表面的粗糙程度,提高了磨粒表面的毛细管作用,有利于磨料与粘结剂的粘结效果,使磨粒不易从砂带表面脱落下来,从而提高了砂带的磨削效果与耐用度.由于碱对氧化铝有一定浸蚀作用,所以这种方法对刚玉系列的磨料效果比较好.
(3)涂金属盐的处理:
　　将磨料浸泡于浓度为0.1%-1.0%的金属盐溶液中约30分钟,然后取出烘干,并将烘干的磨料煅烧至5000约30分钟,冷却后即可使用.如用0.5%硫酸亚铁处理的棕刚玉,再经800度高温煅烧处理后,所制成的砂带,其磨削效率可提高4-20%,常用的金属盐有硫酸亚铁、醋酸镍、氧化镍、硫酸铜、硫酸铜-硼砂、硝酸铁、硝酸钴等.还有用三氧化二铁或四氧化三铁等材料在磨料用粘结剂进行粘附,煅烧至500-8000C半小时,冷却后即可使用的镀衣磨料,也有明显的磨削效果.
(4)涂陶瓷液的处理:
　　以长石、粘土、或石灰石等成份的陶瓷液涂于磨料表面，并经高温烧结（约1000-13000C），使磨料表面包裹了一层薄薄的陶瓷材料，以利于磨料与粘结剂的粘结，从而提高砂带的耐用度.
(5)涂树脂液的处理:
　　以液体酚醛树脂和少量的金属氧化物如(3)所叙的三氧化二铁、四氧化三铁或氧化钛组成的树脂混合液将磨料浸泡在其中，约30分钟取出烘干即可使用.由于树脂液浸透性好,可渗入磨料的微小孔隙中,所以增加了磨料对粘结剂的粘结,提高了砂带的耐用度,又由于树脂液中加了金属氧化物,增加了砂带中磨粒的散热性,有利于砂带效率的提高.
(6)涂硅烷的处理:
　　硅烷又称有机硅,它是硅与有机基因经化学反应生成即有无机特性又有有机特性的特殊化合物,因此,涂硅烷后磨料有利于磨料与粘结剂的结合.涂附的方式有两种:一是将硅烷液直接涂附于涂附磨料的表面,涂层最理想最有效的厚度是单分子厚度,这在操作上是比较困难的;另一种简单的方法是将硅烷直接加入到粘结的胶液中,这种方法的效果不如前者.
8、空心球磨料：所谓空心球磨料是指将磨料均匀地涂附于直经0.05-1mm的塑　　料制成的空心球表面而组成的一种球状磨料的集合体,然后将制成的空心球磨料按一般的常规的方法涂附于基体表面后而制成的砂带.
空心球磨料一般是在制作细粒度产品时被采用.由于磨料很细,如果直接涂附在基体表面上,则磨料层很薄,参与磨削的磨料较少,磨削效率较差,而且磨料很细,砂带表面孔隙率很低,在磨削时易阻塞.如果采用空心球磨料,则砂带表面将形成非常“粗糙”的磨削面，表面孔隙将大大增加，则砂带表面有利于排除磨削的阻塞，更重要的是砂带表面参与磨削的磨粒数将数倍或数十倍地的增加，其增加数决定于球径与粒径的比例，比例越大，增加的磨粒越大，因而大大提高了磨削效率与耐用度。如空心球磨料的砂带是德国HERMES公司的专利，对该公司来说这类产品专称为“HERMESIT”．
9、微晶结构的新型陶瓷磨料：
　　它是以凝胶法制造的烧结陶瓷磨料，其晶体尺寸约1-3微米，硬而韧，磨削时微小晶体逐渐脱落露出新的晶体，保持了整个磨粒的锋利，美国３Ｍ公司于1981年投入市场，命名为Cubutron以此做成的砂带,磨锤头比锆刚玉砂带的切削效率高71%,磨包镍不锈钢的效率比锆刚玉砂带的切削率高150%.相继投入市场的还有美国NORTON公司的SG磨料,用SG磨料砂带在400PSI压强下(砂带速度为28米/秒)磨削金属量比棕刚玉高5倍;德国Hermes公司命名的CB陶瓷砂带料的砂带,采用这类磨料制成的涂附磨具特别适用高强压下加工难磨材料,如航天合金、高镍合金钢、含钒工具钢、含钴合金钢等.
除此之外,近期国外工业发达国家还开发人造金刚石和立方氮化硼(CNB)磨料制成的涂附磨料,专门加工硬质合金、石英元件及难加工钢材.
10、锆刚玉磨料：
　　是加入ZrO2并具有20微米晶体尺寸的高韧性磨料.加入ZrO2有40%和25%两种.用于涂附磨具应有较尖锐形状的磨粒,特别适用于加工不锈钢件、钛合金零件.在中国市场,日本NCA的锆刚玉砂带、美国的NORTON公司的NORZON砂带和南韩高丽研磨公司的YZ533和YZ633锆刚玉砂带等比较流行.据美国的NOTON公司提供的资料,其磨削效率比棕刚玉高254-300%,用NORZON砂带加工刨花板,砂带寿命提高了3倍.但锆刚玉砂带不仅用作砂带,也大量地用在固结磨具之中.
11、复合磨料：
　　是指一种磨料与另一种磨料的机械复合而非起化学反应的复合,在制造磨具时将两种磨料机械地加在成型料中,各种磨料仍保持独有的理化特性.在使用时取其各长发挥各自的优点,并达到更好效果的目的.为达到磨削的目的,在国外或国内常采用以复合磨料的方式来生产制造磨具用于难加工的材料.这就是所谓巧立名目.另立牌号的一种作法.常见复合磨料有棕刚玉与白刚玉的复合,由刚玉与绿碳化硅的混合,棕刚玉与黑碳化硅的复合等等.
复合磨料常见于固结磨具,极少用于涂附磨具的制造

一、磨削加工的发展历史

（一）第一阶段
　　我国是采用磨削加工方法的最古老的国家之一，如在古代科学巨著《天工开物》中就有“切、磋、琢、磨”的成语，而其中“磨”就是指的磨削加工。
其实人类最早使用磨削要追溯到原始社会，在母系社会，人们就已经开始使用最简单的石器，而这些最简单的石器是用简单的石头之间互相摩擦得来的。人们用这些最简单的工具捕猎，耕种。那时人们的衣着虽然简单，但仍然要有刃器的辅助，这也离不开磨削。
　　北魏时一个叫崔亮的创造了水磨，用来加工粮食，晋代刘景宣创造了可同时运行八盘天然岩石磨盘的石磨；唐朝时又出现了陶磨及磨碾，这些磨具均在山西长治县“王琛”墓中出土。经过专家考察在宋朝也早存在九转速的磨；十三世纪时即在元朝时候，中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具，这是世界上已知的最早的涂附磨具，几乎与此同时，在地中海沿岸的意大利人也开始使用简单的涂附磨具。说起指南针，谁都知道，可谁又能想到，那也是磨削得来的产品呢！以上所叙不仅说明了我国是最早制造陶瓷材料、机械传动的古国，而且也是最早采用对金属及非金属材料进行磨削加工的国家之一，从最原始一直持续到十九世纪的初期，可视为磨削加工历史发展的第一阶段。这一阶段的特点是利用的磨料磨具及机械都较简单。　

（二）磨削加工发展的第二阶段（1840---1900年前后）
这一阶段出现了新的特点，即随着工业的发展、被加工材料的硬度越来越高，原来简单的磨料磨具满足不了发展的需要，于是人们就开始寻求硬度更高的物质来做磨料，先后找到了天然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料人们把这些天然材料破碎后和陶土混合后，烧成具有一定形状的磨具，以此来进行加工。
可以说，开始使用硬度较高的天然磨料是这一时期的普遍特点。
但是所有天然磨料的产量都不集中，而数量又有限质量不统一，很难保持稳定这一切局限性和飞速猛进的工业越来越不适应。

（三）磨削加工历史发展的第三阶段（十九世纪的后期到二十世纪初）这一时期的主要特点是出现并使用人造磨料。
1893年美国卡不伦登公司的E.G艾奇逊利用电阻炉发明了SiC人造磨料这是人类历史上最早出现的人造磨料，以后又有人用电弧炉发明了人造刚玉磨料，这些人工合成磨料的出现，意义是重大的，结束了人类只能利用天然磨料而不能利用人造磨料的历史，从此，工业方面开始到得了大批比较低廉而质量又比较稳定的、产量又稳步增加的人造磨料的磨削工具，从而推动了被磨材料加工迅速增长，当然另一方面从磨削加工的发展也促进了磨料磨具的迅速发展。本阶段又可分为以下几个时期：
1、1900年-1920年左右：
　　这一时期，出现了除无心磨床以外的所有磨床，这促使汽车、军工、电极工业有了很大的发展。
2、1920年-1949年前后：
　　在20年代以后，磨床机械开始由机械传动发展到液压传动，还在磨削过程中部分的实现了自动化，，在这一时期，无心磨床设计成功，开始投入使用，这一时期一个非常重要的现象就是对于磨削过程的研究，由开始的经验方法转入理论分析。即开始了对磨削理论的研究。
3、1950年至1980年前后：
　　在国际上，英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究，并进行了工业性生产，因而磨料及磨具较前一时期有了很大的提高，工业发达国家磨床所占的比重已达机床总量的10%，而且还在不断的上升。
在国内，一批具有影响力的重要项目的建成投产，如第二砂轮厂、第三砂轮厂、第四砂轮厂、第五砂轮厂、第六砂轮厂、第七砂轮厂的建成投产。说明了我国的磨料磨具行业也在不断的发展壮大。
4、改革开放前后：
　　我国的磨料磨具为了和世界同步，在以下几个方面进行了研究或改进
① 提高磨床的精度， ②提高磨削的自动化程度，③高速研磨，④高精度和高光洁度，⑤强力磨削，⑥宽砂轮和多砂轮的磨削，⑦提高磨床的加工生产率，⑧试制发展了特殊磨削或成型磨削，⑨超硬磨料磨具。超硬材料如人造金刚石和立方氮化硼目前被称为世界上最硬的物质，莫氏硬度为10。
金刚石的用量，每加工百万吨钢铁所用的金刚石的量来表示这个国家的工业发展水平，美日及主要西方国家的用量均超过了18-20万克拉每百万吨钢，美国是世界上金刚石用量最大的国家。而我国则是2.4万克拉每百万吨钢，这差距是显而易见的。
　　六十年代天然金刚石约2500万克拉，数量不是很大，这是因为金刚石的生产成本太大，一般的金刚石矿中，须处理6-8吨矿石才能得到一克拉的金刚石，有的甚至250吨的矿石才能得到一克拉的金刚石，可见金刚石为什么如此的昂贵。天然金刚石的低产量及高成本促使人们走上了发展人造金刚石之路。
我国是在六十年代中期开始试制与发展人造金刚石。六十年代世界人造金刚石的产量为1000万克拉，今天，中国人造金刚石的产量就已达5000万克拉（约合1万吨），而全世界人造金刚石的产量就无法估计了，这些人造金刚石主要用于工业。人造金刚石及其制品的发展大大地促进了特殊用途的磨削加工的要求，人造金刚石不受资源限制，制造成本从发明的那天起就不断下降，品种在逐渐增多，质量在不断的提高，这样就极大的开辟了人造金刚石磨料的使用前景。不仅在固结磨具上，而且普遍地使用在涂附磨具上，如牙科用金刚石砂带，精密仪器上用金刚石砂带等等。
　　立方氮化硼是超硬磨料另一种类型，其性能与人造金刚石磨料相似，还具有比人造金刚石一些独特的优点，如耐热方面优于人造金刚石。立方氮化硼比人造金刚石发展稍后，系70年代前后试制研究的，也可以说后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工业生产大国有了较大的发展，如前苏联立方氮化硼的产量已发展到5000多万克拉。我国立方氮化硼也是在八十年代末期或九十年代初期试制和发展的新型产品，但速度较慢，其原因在于工艺与技术还远远落后于其它工业发达的国家，因而它的推广和使用还受到一定的限制。
人造金刚石和立方氮化硼的磨具。在发展人造金刚石磨具和立方氮化硼超硬磨料的同时，这两种超硬磨料的磨具也得到相应的发展，人造金刚石磨具发展更快。到目前，人造金刚石磨具发展成为一个较为完整、成熟和自成体系的加工技术领域。人造金刚石磨具制品如电镀金刚石内圆切割锯片、什锦锉、磨头，人造金刚石圆锯片、框架锯片，人造金刚石修整笔，石材用金刚石磨具，金刚石筒形砂轮，加工铁氧使用金刚石磨具，
金刚石修整滚轮和金刚石或立方氮化硼与硬质合金复合片磨具等等品种系列，而且继续完善补充与提高。

（四）磨削加工发展的第四阶段（九十年代后期）
进入九十年代，磨料磨具行业的生产与销售、科研都起着很大很大的变化，主要表现为品种日趋多样化，专业化，竞争也前所未有的日趋激烈，科研与销售成为每个厂家的重中之重，而我们做为砂带的专业生产厂家，也是如此。，但与国际上涂附磨具尤其是砂带产品，无论是品种或者是质量上差距是很大的。因此，当务之急加大科技力量投入迅速提高我国涂附磨具尤其是砂带高档产品的品种及质量水平，以面临高品质、多品种需求的浪潮。如果目前全国高档次的涂附磨具产量在400万平方米左右，予计到2000年初期将达到700万至1000万平方米用量的需求。这就希望我们共同努力去开拓这个有广阔前途的市场。

二、磨料磨具的简明知识
　　磨料磨具素有工业牙齿的美称。在磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工，而达到一定的技术要求。
（一）磨料
磨削材料简称磨料，即一种具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造两大类。
（A）天然磨料
　　天然磨料是自然矿物开采经过加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下种类：
1、燧石：化学成分主要是SiO2，莫氏硬度7。
燧石易断裂，韧性差，莫氏硬度不高，主要用来制造张页式砂纸，主要用来加工皮革、毛毡等的抛光加工。
2、石英砂：类似燧石，比燧石的纯度又高了一层，主要化学成分为SiO2，莫氏硬度7，理化性能如燧石。石英砂来源于石英矿或从河砂中筛选加工，其用途类似燧石，迄今国内有些小砂布砂纸厂还在用石英砂作为生产的原料进行生产，其目的在于生产的砂布或砂纸以低于用人造磨料所生产的砂布或砂纸的价格，销售于广大农村、乡镇企业加工使用，质量下乘，但也有一定的市场。
3、紫红铁粉即氧化铁：多用于天然的、也可以经过人工制造的。由于质地比较柔和，主要用于工件的清理和抛光的目的加工，如部分光学玻璃的研磨或抛光也用紫红铁粉进行加工。
4、柘榴石：系一种天然矿物材料，如采用这种柘榴石在高温条件下进行热处理，可使这种材料的硬度和韧性增强。柘榴石容易沿其材料的结晶体的断裂面而断裂，这样可使柘榴石具有较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属材料进行磨削加工，在国内或国外已不多用于生产涂附磨具，更极少用于制造固结磨具，已趋于淘汰的局面。
5、金刚砂（Emery）：系自然界中刚玉（Al2O3）氧化铁的混合物。这种
矿物原料在世界上许多地方的蕴藏量都很丰富，矿石的质地与晶位各异，这种矿物材料的切削性能较差，一般只作为抛光使用。现在用这种天然矿物制造磨具已经不多，属于淘汰的趋势。
6、氧化锶（Sr2O3）：抛光性能甚好，适用于作抛光材料，并制成氧化锶粉加磨削剂直接做为抛光材料，在国内一些光学玻璃厂还在使用如上海光学仪器厂等。
07、金刚石：天然金刚石又称金刚钻，系自然界最硬的物质，莫氏硬度为10，天然金刚石产于南非、刚果，中国也有，价格十分昂贵，常用于作手饰及装饰品，自人类发明人造金刚石之后，在制造磨具上就多用人造金刚石作磨具，在极个别的应用范围内才采用天然金刚石。
总之，天然矿石的磨料已趋于淘汰之势，已不用于制作磨具，即或使用已经不多。
（B）人造磨料
　　顾名思义，人造磨料是人工通过用有关矿物材料加上必须的材料进行加工而成的磨料。人造磨料自人们发明的第一种人造磨料开始至少已发明发展了数十种之多，应用范围愈来愈广泛，其性能愈来愈优越于天然磨料，随着人造磨料不断的发展和进步，磨削加工也得到了迅速的发展和提高，由于磨具的不断发展和性能的不断提高，磨削加工的水平也得到了发展和提高。当然从另一方面而言，今天磨削加工已走上高效、高速和加工件要求质量不断的提高，又要求磨料磨具适应这种发展要求提高自身的品种、质量、生产加工水平和科研水平等方面的各项工作相辅相成、互相依赖、互相促进、互相提高。
1891年美国卡不伦人登公司的E.G艾奇逊用电阻炉首次用人工发明SiC，于1893年由美国发明制造了电熔刚玉，从此人类进入了采用人造磨料的新篇章，磨削加工进入了崭新的一页。发展到现在人造磨料的种类不少数十种，彩人造磨料广泛用制造固结磨具、涂附磨具和超硬磨具。已知用于制造磨具的人造磨料有以下各种。
1、棕刚玉：
　　主要化学成份AL2O3，由铝矾土、铁屑和无烟煤在电弧炉中熔炼而成。棕刚玉磨料的色泽为棕色，就其色泽而言，命名为棕刚玉。这种磨料具有一定的硬度和韧性，具为较强的磨削能力，能承受很大的压力。具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀及化学稳定性好等特点。由于抗张强度高，它适用于磨削抗张强度大的材料，适用于普通钢、高碳钢、合金钢，可用于硬质木材的加工，还可用于其它磨料不足时的代用，有万能磨料之称，是使用中最广泛的一种磨料。
2、白刚玉：
　　主要化学成份为AL3O2由铝氧粉为原料在电弧炉中熔炼而成。色泽为白色，就其色泽而言命名为白刚玉。白刚玉的质地比棕色刚玉更纯净。采用的铝氧粉原料，系由棕刚玉所用的铝矾土事先加工制成，主要物理成分为β- AL2O3（无磨削能力），由电弧炉熔炼从β- AL2O3转换为α- AL2O3 。所转换的α- AL2O3具有较强的磨削力。
3、黑碳化硅：
　　主要化学成份为SiC 。由石油焦碳、石英砂、木屑等为原料在电阻炉中熔炼而成。黑碳化硅的色泽为黑色，就其色泽而言，命名为黑碳化硅。黑碳化硅质地比刚玉磨料性脆，硬度较硬，其韧性也次于刚玉类磨料，对于抗拉强度较底的材料，如非金属材料（各种板材如木质胶合板、刨花板、高中低密度纤维板、竹质板、硅酸钙板、皮革、玻璃、陶瓷、石材等）和有色金属（铝、铜、铅等）等材料的加工尤为适宜，对质地坚硬而脆性材料的加工也是比较理想的磨料。
4、绿色碳化硅：
　　主要化学成份为SiC,在制造上所采用的原料如黑碳化硅生产大致相同,另加工业食盐作为反应剂和促进剂在电阻炉内反应而成.就其色泽而言为绿色,故命名为绿碳化硅.绿碳化硅比黑碳化硅的质地更纯,硬度比黑碳化硅还要高,其磨削用途与黑碳化硅相同之外,更适合用于材料的精磨如磨螺纹、磨量具等,在磨削材料上更广泛的用于硬质合金、金刚石制品的工件。由于绿碳化硅在生产制造的成本比黑碳化硅要高，如采用原材料上配比不一样，另加有食盐辅助材料以及耗电和加工过程的差异等，所以绿碳化硅的产品售价比黑碳化硅要高。因此绿碳化硅的选用在与黑碳化硅的比较上，在非金属和有色金属材料方面一般不选用绿碳化硅，而主要选用绿碳化硅用作硬质合金和精密磨削的磨削，在砂带和其它涂附磨具上选用绿碳化硅作为磨削材料的就更少。
5、微晶刚玉：
　　主要化学成份为AL2O3，所采用的生产原料与棕刚玉相同，唯在冶炼过程中采用急速冷却的工艺而得到微细结晶的效果。微细结晶的刚玉比普通刚玉的机械强度要高。用微晶刚玉做成的磨具常用于粗磨铸钢、高韧性钛镍合金钢等难磨材料，但很少用于制造涂附磨具。
6、铬刚玉：
　　是在白刚玉的生产过程中加入Cr2O3的混合物，使这种刚玉形成白刚玉中α- AL2O3和Cr2O3的共熔体，改变刚玉的性能和结构。铬刚玉的韧性比白刚玉要高，其硬度与白刚玉大概相同。加入Cr2O3的数量与生产的铬刚玉的性能也略有不同，而其色泽也有所不同，在铬刚玉中由于加入Cr2O3的含量不同，其用途又有所不同，因此在铬刚玉这类磨料中又划分为根据Cr2O3加入的不同而划分几个牌号。铬刚玉磨削的材料常用于淬火钢、合金钢和螺纹钢的刃磨和仪器仪表零件的精密磨削。铬刚玉常用于生产固结磨具，很少用于制造涂附磨具。
7、镀衣磨料或特殊处理的磨料：
　　涂附磨具特别是砂带在磨削加工时基本上是以单层磨料承担着整个磨削过程,磨粒磨损或脱落后,再没有后备的磨粒继续着磨削的作用,所以对这一层有限数量的磨粒显得特别重要,如何防止磨粒的脱落和提高每个颗粒的磨削作用是当前砂带研究者和制造者所致力研究探索的重要课题,目前采取了如下几种方法:
(1)煅烧处理:
　　将磨料置于800-13000C的高温下直接煅烧2-4小时,取出冷却,即可使用.如温度高,则有部分磨料有少量烧结现象,需进行敲碎过筛方可使用.
磨料煅烧可起两个作用,一是磨料在制粒过程中由于多次撞击所形成的微细裂纹在高温时被烧结,增加了磨料在制造过程中由于烧结而增加了单颗粒的强度.二是增加磨料的毛细管作用,增加了磨料的亲水性,提高了磨粒对粘结剂的吸附作用,从而使磨粒借助粘结剂对基体的粘附力.如磨料的煅烧处理后各种效果明显,棕刚玉磨料经煅烧后显微硬度可提高10%,韧性提高10%亲水性提高3.5倍,磨削量提高3%,耐用度提高30-50%.
(2)碱处理：
　　将磨料浸泡于2%NaOH溶液中约30分钟,然后冼净,烘干后可使用.由于碱对磨料有一定的腐蚀能力,从而增加了磨料表面的粗糙程度,提高了磨粒表面的毛细管作用,有利于磨料与粘结剂的粘结效果,使磨粒不易从砂带表面脱落下来,从而提高了砂带的磨削效果与耐用度.由于碱对氧化铝有一定浸蚀作用,所以这种方法对刚玉系列的磨料效果比较好.
(3)涂金属盐的处理:
　　将磨料浸泡于浓度为0.1%-1.0%的金属盐溶液中约30分钟,然后取出烘干,并将烘干的磨料煅烧至5000约30分钟,冷却后即可使用.如用0.5%硫酸亚铁处理的棕刚玉,再经800度高温煅烧处理后,所制成的砂带,其磨削效率可提高4-20%,常用的金属盐有硫酸亚铁、醋酸镍、氧化镍、硫酸铜、硫酸铜-硼砂、硝酸铁、硝酸钴等.还有用三氧化二铁或四氧化三铁等材料在磨料用粘结剂进行粘附,煅烧至500-8000C半小时,冷却后即可使用的镀衣磨料,也有明显的磨削效果.
(4)涂陶瓷液的处理:
　　以长石、粘土、或石灰石等成份的陶瓷液涂于磨料表面，并经高温烧结（约1000-13000C），使磨料表面包裹了一层薄薄的陶瓷材料，以利于磨料与粘结剂的粘结，从而提高砂带的耐用度.
(5)涂树脂液的处理:
　　以液体酚醛树脂和少量的金属氧化物如(3)所叙的三氧化二铁、四氧化三铁或氧化钛组成的树脂混合液将磨料浸泡在其中，约30分钟取出烘干即可使用.由于树脂液浸透性好,可渗入磨料的微小孔隙中,所以增加了磨料对粘结剂的粘结,提高了砂带的耐用度,又由于树脂液中加了金属氧化物,增加了砂带中磨粒的散热性,有利于砂带效率的提高.
(6)涂硅烷的处理:
　　硅烷又称有机硅,它是硅与有机基因经化学反应生成即有无机特性又有有机特性的特殊化合物,因此,涂硅烷后磨料有利于磨料与粘结剂的结合.涂附的方式有两种:一是将硅烷液直接涂附于涂附磨料的表面,涂层最理想最有效的厚度是单分子厚度,这在操作上是比较困难的;另一种简单的方法是将硅烷直接加入到粘结的胶液中,这种方法的效果不如前者.
8、空心球磨料：所谓空心球磨料是指将磨料均匀地涂附于直经0.05-1mm的塑　　料制成的空心球表面而组成的一种球状磨料的集合体,然后将制成的空心球磨料按一般的常规的方法涂附于基体表面后而制成的砂带.
空心球磨料一般是在制作细粒度产品时被采用.由于磨料很细,如果直接涂附在基体表面上,则磨料层很薄,参与磨削的磨料较少,磨削效率较差,而且磨料很细,砂带表面孔隙率很低,在磨削时易阻塞.如果采用空心球磨料,则砂带表面将形成非常“粗糙”的磨削面，表面孔隙将大大增加，则砂带表面有利于排除磨削的阻塞，更重要的是砂带表面参与磨削的磨粒数将数倍或数十倍地的增加，其增加数决定于球径与粒径的比例，比例越大，增加的磨粒越大，因而大大提高了磨削效率与耐用度。如空心球磨料的砂带是德国HERMES公司的专利，对该公司来说这类产品专称为“HERMESIT”．
9、微晶结构的新型陶瓷磨料：
　　它是以凝胶法制造的烧结陶瓷磨料，其晶体尺寸约1-3微米，硬而韧，磨削时微小晶体逐渐脱落露出新的晶体，保持了整个磨粒的锋利，美国３Ｍ公司于1981年投入市场，命名为Cubutron以此做成的砂带,磨锤头比锆刚玉砂带的切削效率高71%,磨包镍不锈钢的效率比锆刚玉砂带的切削率高150%.相继投入市场的还有美国NORTON公司的SG磨料,用SG磨料砂带在400PSI压强下(砂带速度为28米/秒)磨削金属量比棕刚玉高5倍;德国Hermes公司命名的CB陶瓷砂带料的砂带,采用这类磨料制成的涂附磨具特别适用高强压下加工难磨材料,如航天合金、高镍合金钢、含钒工具钢、含钴合金钢等.
除此之外,近期国外工业发达国家还开发人造金刚石和立方氮化硼(CNB)磨料制成的涂附磨料,专门加工硬质合金、石英元件及难加工钢材.
10、锆刚玉磨料：
　　是加入ZrO2并具有20微米晶体尺寸的高韧性磨料.加入ZrO2有40%和25%两种.用于涂附磨具应有较尖锐形状的磨粒,特别适用于加工不锈钢件、钛合金零件.在中国市场,日本NCA的锆刚玉砂带、美国的NORTON公司的NORZON砂带和南韩高丽研磨公司的YZ533和YZ633锆刚玉砂带等比较流行.据美国的NOTON公司提供的资料,其磨削效率比棕刚玉高254-300%,用NORZON砂带加工刨花板,砂带寿命提高了3倍.但锆刚玉砂带不仅用作砂带,也大量地用在固结磨具之中.
11、复合磨料：
　　是指一种磨料与另一种磨料的机械复合而非起化学反应的复合,在制造磨具时将两种磨料机械地加在成型料中,各种磨料仍保持独有的理化特性.在使用时取其各长发挥各自的优点,并达到更好效果的目的.为达到磨削的目的,在国外或国内常采用以复合磨料的方式来生产制造磨具用于难加工的材料.这就是所谓巧立名目.另立牌号的一种作法.常见复合磨料有棕刚玉与白刚玉的复合,由刚玉与绿碳化硅的混合,棕刚玉与黑碳化硅的复合等等.
复合磨料常见于固结磨具,极少用于涂附磨具的制造

18003860796 · 发表于 2013-11-19 11:22:22

好全面值得学习

tianma1980 · 发表于 2014-6-24 21:47:15

拷贝下来，以备以后用

15517900730 · 发表于 2016-2-1 22:23:09

值得学习，拷贝下来，以备后用

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