作者：喬．沙利文，中文翻譯：SEYA編輯部
了解砂輪的基本原理將幫助你找到合適的砂輪。
砂輪是一種切削工作，是一種以磨料來切削的工具。在砂輪中，磨料與鋸刀中的鋸齒的作用相同。但不像鋸刀只有在邊緣有鋸齒，砂輪的磨料分布在整個砂輪上。成千上萬堅硬的磨粒在工件上移動，以切除微小的材料碎片。
磨料供貨商提供各種產(chǎn)品，來用于金屬加工中的各種磨削應(yīng)用。選擇錯誤的產(chǎn)品，可能會花費(fèi)很多的時間與金錢。本文提供了一些選擇最佳砂輪的基本原理。
｜★ 磨料：砂粒種類
砂輪或其他結(jié)合式磨石，有兩個主要成分：
實(shí)際進(jìn)行切割的磨粒，以及將顆粒固定在一起并在切割時支撐顆粒的的結(jié)合剤。磨料、結(jié)合劑以及兩者之間空隙的比例，決定了砂輪的結(jié)構(gòu)。
要根據(jù)與工件材料相互作用的方式，來選擇砂輪中使用的特定磨料。理想的磨料是有保持銳利的能力，并不容易鈍化。當(dāng)開始鈍化時，磨料會斷裂形成新的尖點(diǎn)。每種類型的磨料都是獨(dú)特的，具有不同的硬度，強(qiáng)度，斷裂韌性和抗沖擊性。
氧化鋁是砂輪中最常用的磨料。通常會被選用來研磨碳鋼、合金鋼、高速鋼、可鍛鑄鐵、鍛鐵、青銅等類似的金屬。氧化鋁磨料有很多不同的類型，每種都是為特殊類型的研磨作業(yè)專門制造和混合的。不同的氧化鋁都會有自己的名稱：通常是字母和數(shù)字的組合。這些名稱會因制造商而有所不同。
氧化鋯氧化鋁是另一系列的磨料，由氧化鋁和氧化鋯以不同比例混制而成。這種組合產(chǎn)出一種結(jié)實(shí)、耐用的磨料，該磨料在粗磨應(yīng)用中（例如在切斷操作中）表現(xiàn)優(yōu)異。也適用于各種鋼和合金鋼材。與氧化鋁一樣，有數(shù)種不同類型的氧化鋯氧化鋁可供選擇。
碳化硅是另一種磨料，用于研磨灰口鐵，冷鐵，黃銅，軟青銅和鋁，以及石材，橡膠和其他有色金屬。
陶瓷氧化鋁則是磨料工藝中的最新的重點(diǎn)發(fā)展。是通過凝膠燒結(jié)工藝制造的高純度晶粒。此磨料能夠以可控的速度，進(jìn)行微米級的斷裂。進(jìn)而不斷形成數(shù)千個新的尖點(diǎn)。陶瓷氧化鋁磨料非常的堅硬，它主要應(yīng)用于要求嚴(yán)苛的鋼類精密研磨，通常會與其他磨料以不同比例混合，以優(yōu)化其在不同材料、不同應(yīng)用中的性能。
｜★ 粒度：砂粒大小
清楚了磨料的種類，下個問題便是「顆粒的大小」：粒度
每個砂輪都有一個表示該特性的數(shù)字。粒度則是指砂輪中單個磨粒的大小。該數(shù)字對應(yīng)一英吋平方大小的篩網(wǎng)中，所含有的目數(shù)。換句話說，數(shù)字大表示磨料通過的篩孔較小。（磨料較細(xì)）
較小的數(shù)字（例如10、16或24）表示砂輪使用的磨料較粗。顆粒越粗，能去除的工件碎屑就越大。較粗的磨料可用于快速去除工件體積，但表面粗糙度較差。
較大的數(shù)字（例如70、100和180），則表示砂輪使用的磨料較細(xì)。細(xì)砂輪適用于要求精細(xì)的表面粗度、接觸面小或堅硬、易碎的材料加工上。
｜★ 結(jié)合劑
為了使砂輪中的磨料能有效地切割，砂輪必須具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合力。結(jié)合劑是將磨料黏結(jié)在一起的材料，為了讓磨料能有效地進(jìn)行切削。隨著磨粒的鈍化和脫落，結(jié)合劑也必須被磨損掉，才能露出新的尖銳磨料。
｜★ 結(jié)合劑種類
一般砂輪中主要使用的結(jié)合劑有三種：每種類型都能賦予砂輪不同的磨削特性。結(jié)合劑種類的選擇，取決于砂輪的運(yùn)行速度、研磨的類型、所需的精度和要研磨的材料特性等因素。
大多數(shù)砂輪都是用陶瓷結(jié)合劑所制成，陶瓷結(jié)合劑是以特殊的粘土混合組成。在制造砂輪的窯中，粘土和磨粒會在高溫下融化成熔融玻璃狀態(tài)。冷卻過程中，陶瓷會形成鏈接，讓每個磨粒緊緊相鄰，并在研磨時支撐磨粒。
用陶瓷結(jié)合劑制成的砂輪非常堅固、強(qiáng)韌且多孔。能快速去除材料切屑，并可精確研磨至所要求的精度。陶瓷結(jié)合劑砂輪不受水、酸、油或溫度變化的影響。非常堅硬，但同時又像玻璃一樣易碎。同樣會因?yàn)檠心サ膲毫Χ榱选?/span>
一些結(jié)合劑是由有機(jī)物質(zhì)制成的。這些結(jié)合劑會在研磨熱的作用下軟化。最常見的有機(jī)結(jié)合劑則是合成樹脂制成的樹脂結(jié)合劑。對于需要快速去除工件體積以及需要良好面粗度的研磨作業(yè)，使用樹脂結(jié)合劑的砂輪是不錯的選擇。它們被設(shè)計為可高速運(yùn)行，通常用于制造車間、鑄造廠、鋼坯車間以及鋸子的磨尖與磨齒。
另一種有機(jī)結(jié)合劑是橡膠結(jié)合劑。用橡膠結(jié)合劑制成的砂輪具有平滑的磨削作用。在需要高光潔度的研磨作業(yè)中經(jīng)常使用橡膠結(jié)合剤砂輪。（例如滾珠軸承和滾子軸承座圈）而為了將毛刺與燒傷降至最低程度，也常使用橡膠砂輪作為切割輪使用。
｜★ 結(jié)合劑種強(qiáng)度：結(jié)合力
結(jié)合劑的強(qiáng)度，會以特定的等級級距標(biāo)示于砂輪上。
如果每個磨料顆粒之間的鏈結(jié)非常強(qiáng)，對抗阻力的保持性強(qiáng)，則結(jié)合力視為等級較硬；若只需要很小的力量就能切斷鏈結(jié)，磨粒輕易就可脫落，則視為軟的等級。
砂輪中結(jié)合劑的量，會決定砂輪的硬度。結(jié)合力硬的砂輪使用壽命較長，應(yīng)用于大功率機(jī)器上的作業(yè)，以及接觸面積小或窄的作業(yè)。結(jié)合力軟的砂輪用于快速移除工件，應(yīng)用于接觸面積大的作業(yè)，或高硬度的材質(zhì)，如工具鋼和碳化材料。
砂輪本身有許多種形狀，平直形狀的砂輪是我們通常第一個想到的砂輪形狀。
平直形砂輪的研磨面（用于加工的那面）是在砂輪的外圈。平直形砂輪的另一個常見變化是內(nèi)凹輪。之所以這樣稱呼，是因?yàn)樯拜喌闹行氖莾?nèi)凹的，為了砂輪可以安裝在機(jī)床主軸法蘭組件上。
而某些砂輪，其研磨面則在砂輪的側(cè)面。這些砂輪通常以其獨(dú)特形狀來命名。如：圓柱砂輪、杯形砂輪、盤形砂輪。以側(cè)面為切削面的砂輪，通常用于切削工具的齒溝或和其他難以觸及的表面。
另有時候會將各式形狀的砂輪排列組合成一個砂輪的型態(tài)，這些產(chǎn)品叫做塊狀砂輪或角砂輪。
帶柄砂輪是具有特殊形狀的小型砂輪，常見的有圓錐形狀或塞子形狀。砂輪固定在金屬軸上。它們多用于手持工具或精密的內(nèi)部研磨作業(yè)。
｜★ 綜合上述
為了選擇最適合當(dāng)前工作的砂輪，必須考慮許多因素。
首先要考慮的是①要研磨的材料。這決定了砂輪所需要的磨料種類。例如，研磨鋼或合金鋼，應(yīng)使用氧化鋁或氧化鋯氧化鋁來研磨。研磨鑄鐵、有色金屬和非金屬材料，會選擇碳化硅磨料。
堅硬、易碎的材料，通常需要粒度更細(xì)、硬度柔軟的砂輪。因?yàn)橛驳牟牧蠒挚鼓チ５那懈畈⑹蛊淙菀鬃冣g。所以細(xì)粒度搭配較軟的硬度，可使磨粒在變鈍時快速脫咯，馬上露出尖銳、鋒利的新磨粒。相對的，對于柔軟、易延展且易于切割的材料，應(yīng)選擇粗粒度且硬度較硬的砂輪。
而②去除量也是一個考慮的重點(diǎn)。
粗粒度的磨料可以快速削除工件體積，因?yàn)樗鼈兙哂懈蟮拇┩噶透蟮那邢髁?。但若是很難切入的材料，砂輪粒度細(xì)一點(diǎn)，切削效率會更好，因?yàn)橛懈嗟募恻c(diǎn)可以進(jìn)行切削。
陶瓷結(jié)合劑的砂輪，切削效率高。但若是預(yù)計去除量小或者對表粗度要求較高，則應(yīng)選擇樹脂、橡膠或蟲膠粘合劑的砂輪。
另一個會影響結(jié)合劑選擇的因素是③砂輪運(yùn)行速度。
通常，陶瓷結(jié)合劑砂輪的使用速度，會低于6,500ft/min。（33m/s）太高速度，陶瓷結(jié)合劑會破裂。
有機(jī)結(jié)合劑的砂輪，使用速度約為每分鐘6500~9500ft/min。（33~48m/s）若要以更高的速度作業(yè)，則需要經(jīng)專門配制的高速砂輪，才能進(jìn)行高速磨削。
在任何情況下，都請勿超過標(biāo)示在砂輪上最高安全線速度。
單位可能是RPM或每分鐘表面英呎ft/min（臺灣常用是公尺/秒＝m/s）
再來選擇砂輪也需要考慮：④砂輪和工件之間的研磨接觸面積。
接觸面積較大，會使用粗粒度且較軟的砂輪。這樣可以確保，在阻力負(fù)載較大的大面積研磨下，仍然保持正常且相對低溫的研磨。研磨面積較小，則會使用細(xì)粒度且硬度高的砂輪，以承受較大的單位壓力。
接下來，⑤研磨工件的嚴(yán)苛程度也是要考慮的重點(diǎn)。
是指在砂輪和工件之間的壓力。有些磨料會被設(shè)計應(yīng)用于研磨鋼或合金鋼，得以承受較為嚴(yán)格的磨削條件。
⑥磨床的功率（馬力）也需要被考慮進(jìn)來。
通常，較硬的砂輪需要使用功率高的磨床。若是功率小于砂輪直徑，就使用軟一點(diǎn)的砂輪。如果功率大于砂輪直徑，則選擇較硬的砂輪。
｜ 保養(yǎng)與安裝注意事項
- 砂輪的搬運(yùn)、安裝和使用，必須采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防和保護(hù)措施。
- 應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)谋４?，以避免被碰撞或被腐蝕，而造成損壞。
- 儲藏空間應(yīng)有穩(wěn)定的溫度與濕度，避免因?yàn)闃O端的溫度或濕度變化，而損壞砂輪的結(jié)合結(jié)構(gòu)。
- 打開包裝后，應(yīng)立即檢查所有新砂輪，以確保它們在運(yùn)輸中沒有損壞。
- 使用過的砂輪在收回倉庫時，也要仔細(xì)的檢查過。
- 拿取砂輪時應(yīng)小心避免摔落或碰撞，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致砂輪損壞或破裂。
- 砂輪要以搬運(yùn)的方式移動，而不要以滾動的方式。
- 若是砂輪太重?zé)o法手動搬運(yùn)，請使用配有緩沖墊的推車、貨車或堆高機(jī)，以免過程中損壞。
- 在安裝陶瓷砂輪時，請按照美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的《 B7.1砂輪的使用，保養(yǎng)和保護(hù)安全規(guī)范》中的說明進(jìn)行「環(huán)形測試」。
- 環(huán)形測試是在檢測砂輪上是否有裂紋。 破裂的砂輪是不能使用的。
- 最明智的預(yù)防措施就是，確定磨床的主軸轉(zhuǎn)速不超過砂輪的最大安全速度。
- 務(wù)必使用內(nèi)孔尺寸合適主軸的砂輪，不可強(qiáng)行塞入。
- 也切勿嘗試擅自更改砂輪內(nèi)孔。
- 使用合適且干凈的法蘭，其直徑至少為砂輪直徑的三分之一。
- 法蘭軸承的表面必須平整、沒有毛刺或污垢堆積。
- 只要將主軸的螺母擰緊至足以固定砂輪即可，而不要擰得太緊。
- 若是使用固定方向的砂輪，請依照砂輪上標(biāo)記的箭頭，確保旋轉(zhuǎn)方向與主軸同向。
- 在操作機(jī)器之前，請務(wù)必確保所有砂輪和機(jī)器的護(hù)罩都已安裝定位，所有蓋板都要關(guān)緊。
- 固定好砂輪并確定好防護(hù)裝置后，打開機(jī)器，后退一步，讓砂輪以作業(yè)速度運(yùn)轉(zhuǎn)至少一分鐘，再開始研磨。
- 正確使用砂輪的研磨面，例如：平直形砂輪的研磨面就僅限邊緣面，杯型砂輪僅用側(cè)面研磨。
- 研磨時控制砂輪與工件接觸面沒有碰撞或彈跳，平緩地切進(jìn)。
- 當(dāng)磨床明顯減速或工件變熱時，切勿強(qiáng)行研磨。
- 磨床安培計可以作為磨床性能的正確指針。
- 如果在使用過程中砂輪破裂，請先仔細(xì)檢查磨床的保護(hù)罩是否損壞。另外，也要檢查法蘭、主軸和安裝螺母，確保它們沒有彎曲、彈起或以其他方式損壞。
｜ 分析整個操作系統(tǒng)
砂輪只是操作系統(tǒng)中的一部分。全部的操作系統(tǒng)是由砂輪、機(jī)床、工件材料和操作條件所組成。
彼此環(huán)環(huán)相扣，因此，若想要優(yōu)化研磨的性能，就需要選擇最符合所有作業(yè)條件的砂輪。
｜ 本文作者；喬．沙利文（馬薩諸塞州伍斯特市諾頓公司高級產(chǎn)品經(jīng)理）
本文經(jīng)同意翻譯轉(zhuǎn)載自MMS網(wǎng)站，SEYA擁有中文翻譯所有權(quán)，欲轉(zhuǎn)載至外部網(wǎng)站，請注明出處。
｜ 補(bǔ)充資料：什么是超級磨料？
什么是超級磨料？
超級磨料是磨料中的特殊類別。用來研磨最堅硬、最具挑戰(zhàn)性的工件材料。
像是碳化物、高速鋼、PCD、PCBN、陶瓷和其他一些用于制造切削工具的材料，這些材質(zhì)硬度幾乎與傳統(tǒng)磨料一樣高，因此要研磨這些材質(zhì)，就需要這些特殊的磨料，即金剛石和CBN（超級磨料）。
這些材料具有極高的硬度，但價格會比傳統(tǒng)的磨料（碳化硅和氧化鋁）還要貴。因此，超級磨料砂輪的結(jié)構(gòu)會與一般磨料砂輪不同。
不像一般傳統(tǒng)磨料砂輪，整顆都是由磨料所組成。超級模料砂輪只有切削邊緣有磨料，磨料黏結(jié)在金屬內(nèi)盤上，以這樣的方式形成砂輪的形狀。
超級磨料的粒度表示與一般砂輪一樣（通常為#46~#2000），和一般砂輪一樣，超級磨料砂輪可以透過不同的硬度等級和集中度（結(jié)合劑中的含砂量）來制作成符合作業(yè)條件的砂輪。
超級磨料砂輪中，有四種類型的結(jié)合方式。
使用①樹脂結(jié)合劑的超磨料砂輪，切割速度極快且溫度低。它們非常適合磨多尖的齒刀具和鉸刀，并且適用于所有精密磨削操作。樹脂結(jié)合劑是最常應(yīng)用于超級磨料砂輪的主要結(jié)合剤
②陶瓷結(jié)合劑的超磨料砂輪，則有快速切割及耐磨的特性。它們通常被應(yīng)用于大量生產(chǎn)的作業(yè)上。
③金屬結(jié)合劑的超磨料砂輪，使用于研磨或切割非金屬材料、塑料或其他切割工具無法加工的半導(dǎo)體材料。
超磨料砂輪。④單層電鍍當(dāng)需要快速清除工件和需要形成復(fù)雜形狀時，則可使用。
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