高效磨削加工技術(shù)是先進(jìn)的制造技術(shù)必要條件，徹底解決了傳統(tǒng)磨削加工高精度、低效率的加工局限，在獲得高效率，高精度的同時(shí)，又能對(duì)各種材料和形狀進(jìn)行高表面完整性加工并降低成本。在我國(guó)現(xiàn)有條件下，大力加強(qiáng)高效磨削加工技術(shù)的研究、推廣和應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的加工水平和加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。如今超硬材料的應(yīng)用日益廣泛，實(shí)施高速高效磨削是加工超硬材料和難切材料的優(yōu)選加工工藝。由于超硬磨料磨具的應(yīng)用，高速、大功率精密機(jī)床及數(shù)控技術(shù)發(fā)展、新型磨削液和砂輪修整等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、高速超高速磨削和高效率磨削技術(shù)應(yīng)用、磨削自動(dòng)化和智能化等技術(shù)的發(fā)展，使高效率磨粒加工在機(jī)械制造領(lǐng)域具有更加重要的地位，具有很好的發(fā)展前景。
　　高效磨削砂輪應(yīng)具有好的耐磨性，高的動(dòng)平衡精度，抗裂性，良好的阻尼特性，高的剛度和良好的導(dǎo)熱性，而且其機(jī)械強(qiáng)度必須能承受高效磨削時(shí)的切削力等。高效磨削砂輪可以使用剛玉、碳化硅、CBN、金剛石磨料。在合適的結(jié)合劑和先進(jìn)的制造工藝條件下，生產(chǎn)的磨具使用速度可達(dá)125m/s。
　　現(xiàn)有的陶瓷結(jié)合劑砂輪耐水、耐油、耐酸、耐堿的腐蝕，能保持正確的幾何形狀。氣孔率大，磨削率高，強(qiáng)度較大，韌性、彈性、抗振性差，不能承受側(cè)向力，V輪＜35m/s 的磨削，這種結(jié)合劑應(yīng)用最廣，能制成各種磨具，適用于成形磨削和磨螺紋、齒輪、曲軸等。
　　現(xiàn)有的樹(shù)脂結(jié)合劑強(qiáng)度大并富有彈性，不怕沖擊，能在高速下工作。有摩擦拋光作用，但堅(jiān)固性和耐熱性比陶瓷結(jié)合劑差，不耐酸、堿，氣孔率小，易堵塞；V輪＞50m/s的高速磨削，能制成薄片砂輪磨槽，刃磨刀具前刀面，高精度磨削。
　　無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑磨具強(qiáng)度較高，因此有較高的使用速度，一般適用于高速切割、荒磨、重負(fù)荷磨削；另外無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑磨具有一定的彈性，且結(jié)合劑耐熱性高，磨削自銳性好，這樣與傳統(tǒng)樹(shù)脂結(jié)合劑相比，砂輪的尖角保持性好，形狀保持性好，也適用于精磨，如螺紋磨、成型磨、刃磨；可以說(shuō)無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑既具有陶瓷磨具的性能、也具有樹(shù)脂磨具的性能，同時(shí)也避開(kāi)了它們的缺陷。
　　無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作磨具，是在磨削理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，把復(fù)合材料的理念引入到磨具的生產(chǎn)來(lái)，下面拋開(kāi)無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑的物理化學(xué)基本原理（1.無(wú)機(jī)高分子材料的晶體化學(xué)2.無(wú)機(jī)高分子材料的熱力學(xué)3.無(wú)機(jī)高分子材料的過(guò)程動(dòng)力學(xué)）以及復(fù)合材料的界面和強(qiáng)韌化機(jī)理的介紹，具體談?wù)劅o(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑在新型、高效、專用、重負(fù)荷強(qiáng)力和精密磨具生產(chǎn)中的應(yīng)用。雖然這一先進(jìn)工藝技術(shù)已逐漸地為一些工具行業(yè)所掌握，但仍有若干具體問(wèn)題尚有待認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究解決。下面就是具體對(duì)無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作磨具的設(shè)計(jì)原則和方法、制作無(wú)機(jī)高分子復(fù)合材料磨具高速重負(fù)荷、荒磨磨具、強(qiáng)力磨削磨具、高效深切磨削、緩進(jìn)給磨削磨具、快速點(diǎn)磨削磨具、高效磨削磨具、主軸及其軸承磨具、高效率磨床磨具、鋼軌打磨磨具、砂帶磨削的工藝方法提一些粗淺的看法。
　　一、無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑磨具的設(shè)計(jì)原則和方法
　　在砂輪設(shè)計(jì)制造中應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：首先應(yīng)考慮加工的材料的性能和材料加工表面的精度，然后選擇合適的磨料、粒度以及混合磨料的磨削使用。其次是砂輪工況的各種受力情況、抗沖擊性、速度、溫度、加工材質(zhì)和砂輪使用壽命以及選擇合適的結(jié)合劑、輔料等，并考慮相互間的匹配和科學(xué)的工藝。磨具強(qiáng)度取決于結(jié)合劑性能、磨具制造工藝和磨具規(guī)格。考慮影響磨具強(qiáng)度的因素有：磨料的種類、粒度，結(jié)合劑種類及性能，磨具的硬度、組織、密度、混料、成型工藝及固化工藝條件，磨具形狀，磨料輪外徑與孔徑之比等。其中在磨具特性及規(guī)格給定之后，結(jié)合劑性能、混料成型工藝及固化工藝條件最重要。另外還有砂輪的磨削比也是一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)上面涉及的因素，下面我們就來(lái)一一談?wù)劊?br />　　磨具基體的組合中磨料及磨料粗細(xì)程度和顆粒級(jí)配
　　磨料的粗細(xì)程度—是指不同粒徑的磨料，混合在一起后的總體的粗細(xì)程度；顆粒級(jí)配是指不同種類、大小和數(shù)量比例的磨料的組合或搭配情況。
　　磨料是磨具起磨削作用的重要因素，磨料的選擇主要根據(jù)工件材料的性質(zhì)，如硬度、抗張強(qiáng)度、韌性等來(lái)確定，選擇磨具磨料的基本原則是：磨削硬度高的工件材料時(shí)，應(yīng)選擇硬度更高的磨料；磨削抗張強(qiáng)度高的工件材料時(shí)，應(yīng)選用韌性大的磨料；磨削抗張強(qiáng)度低的材料時(shí)，應(yīng)選用較脆或強(qiáng)度高的碳化硅磨料。關(guān)于各種磨料的性能、用途和選擇，這里不作詳談。
　　選擇磨料粒度時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)加工精度、表面粗糙度和磨削效率的要求來(lái)選擇。一般原則如下：要求被磨工件粗糙度高，應(yīng)選擇粗粒度；要求表面粗糙度低，應(yīng)選擇細(xì)粒度。工件要求較高的幾何精度和較低的表面粗糙度時(shí)，應(yīng)選擇混合粒度。工件幾何精度要求高，當(dāng)磨料輪與工件接觸面積小時(shí)，應(yīng)選擇細(xì)粒度；接觸面積大時(shí)，選擇粗粒度。工件材質(zhì)硬而脆，應(yīng)選擇細(xì)粒度；工件材料軟而韌，應(yīng)選擇粗粒度。工件的導(dǎo)熱性差，易發(fā)熱變形，易燒傷，應(yīng)選擇較粗粒度。這些問(wèn)題也涉及到磨具的導(dǎo)熱性能、熱容、密度、氣孔等影響磨削的因素。
　　磨料通常分為—粗磨料、中磨料、細(xì)磨料和微粉磨料等幾種。
　　在相同用磨料條件下，微粉磨料的總表面積較大，粗磨料的總表面積較小。在磨具生產(chǎn)中表面需用結(jié)核劑包裹，賦予粘結(jié)強(qiáng)度，磨料子的總表面積愈大，則需要包裹磨料表面的無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑就愈多。一般用粗磨料比用細(xì)磨料所用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑量少。
　　磨料顆粒級(jí)配，為了使磨削效率提高，不僅要考慮磨具的強(qiáng)度和加工材料，而且還必須確定用那幾種磨料的用量，即磨料的級(jí)配。
　　磨具在進(jìn)行磨削時(shí)，磨具一方面受到磨削體的沖擊作用，另一方面也受到磨削體的破壞作用，這樣才能才能保證磨具的鋒利度，完成整個(gè)磨削過(guò)程。顯然，在單位時(shí)間內(nèi)，磨削體參與磨削的接觸點(diǎn)越多，即單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒越多，磨削效率越高。當(dāng)磨料一定時(shí)，要增加磨料與磨削體的接觸，則研磨料的尺寸越小越好。但另一方面，要想將磨削工件加工完成磨削，則磨具必須有足夠的沖擊能力才行。磨具的任務(wù)是既要保證足夠的能力對(duì)工件的材料進(jìn)行磨削，而又要保證磨具對(duì)工件磨削到一定的細(xì)度，因此，在其它條件一定的情況下（如磨具強(qiáng)度、磨具速度度等），這個(gè)任務(wù)只有通過(guò)選擇大小適合的磨料和將它們合理配比才能完成。
　　在磨具制作中磨料之間的空隙理論上是由結(jié)合劑包覆磨料之后產(chǎn)生的，為達(dá)到少用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑用量來(lái)滿足磨具強(qiáng)度、并到達(dá)提高磨削效率的目的，就應(yīng)盡量減小磨料粒之間的空隙。另外一個(gè)沿用的觀念認(rèn)為應(yīng)該澄清的就是人們習(xí)慣于將工件磨削時(shí)發(fā)生燒傷歸于磨料輪的組值太密，缺少足夠的容屑?xì)饪住饪自谀ハ鲿r(shí)對(duì)磨屑起容屑和排屑作用，并可容納冷卻液，有助于磨削熱量的散逸。為滿足某些特殊加工要求，傳統(tǒng)磨具的氣孔內(nèi)還可以浸漬某些填充劑，如硫黃和石蠟等，以改善磨具的使用性能。這種填充劑，傳統(tǒng)也被稱為磨具的第四要素。這一點(diǎn)并不一定總是正確，因?yàn)楦呦髂ハ鲿r(shí)產(chǎn)生磨屑數(shù)量之多，體積之大絕非小小氣孔所能容納，而超硬磨料磨料輪盡管完全沒(méi)有氣孔。只要將其表面適當(dāng)修銳就能夠很好地工作。如果增大樹(shù)脂磨料輪的氣孔容積比勢(shì)必會(huì)降低其強(qiáng)度，使其過(guò)早磨損，這是得不償失的事。另外，砂輪工作線速度對(duì)產(chǎn)生磨屑數(shù)量的影響比較復(fù)雜，當(dāng)砂輪從28.8m/s提高到33.6m/s時(shí)，速度提高了16%，而堵塞量增加了三倍。因?yàn)樯拜喚€速度的增加使磨粒的最大切深減小，切屑截面積減小，同時(shí)切削次數(shù)和磨削熱增加，這兩個(gè)因數(shù)均使堵塞量增加，但是當(dāng)砂輪線速度高達(dá)一定程度時(shí)(如達(dá)50m/s以上)砂輪的堵塞量反而大降低。對(duì)于各種工件材料來(lái)說(shuō)，各有一定的其堵塞量最小的臨界砂輪速度值。無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作磨具對(duì)這些考慮很少，關(guān)于這些磨削理論將在以后的專項(xiàng)中再作介紹。）至于采取什么方法來(lái)減少高速磨中的燒傷問(wèn)題，下面在具體磨具要素中會(huì)再談到。
　　磨料顆粒級(jí)配和粗細(xì)程度的定量表示，磨料的顆粒級(jí)配和粗細(xì)程度。用級(jí)配區(qū)表示磨料的級(jí)配，用細(xì)度模數(shù)表示磨料的粗細(xì)。
　　
　　磨料的粗細(xì)－比表面積（μf）
　　磨料的粗細(xì)程度用表示比表面積（μf），其計(jì)算公式為
　　μf=(β2+β3+β4+β5+β6)-5β1/100
　　比表面積（μf）愈大，表示在同種質(zhì)量下磨料愈細(xì)，磨具用磨料的比表面積范圍一般為3.7－0.7，其中μf在3.7－3.1為粗磨料，
　　 μf在3.0－2.3為中磨料，
　　 μf在2.2－1.6為細(xì)磨料，
　　 μf在1.5－0.7為特細(xì)磨料
　　磨具的堅(jiān)固性：是指磨具在外力、環(huán)境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。選擇磨具硬度時(shí)，主要根據(jù)工件材料的性質(zhì)、磨削方式來(lái)選擇。磨料輪的硬度是指磨料輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度。磨料輪的硬度軟，表示磨料輪的磨粒容易脫落，磨料輪的硬度硬，表示磨粒較難脫落。磨料輪的硬度和磨料的硬度是兩個(gè)不同的概念。同一種磨料可以做成不同硬度的磨料輪，它主要決定于結(jié)合劑的性能、數(shù)量以及磨料輪制造的工藝。磨削與切削的顯著差別是磨料輪具有“自銳性”，選擇磨料輪的硬度，實(shí)際上就是選擇磨料輪的自銳性希望還鋒利的磨粒不要太早脫落，也不要磨鈍了還不脫落（磨粒磨損機(jī)理(1)微觀切削磨損機(jī)理(2)多次塑變導(dǎo)致斷裂的磨損機(jī)理(3)微觀斷裂磨損機(jī)理影響磨粒磨損的因素等這里不作介紹）。
　　散粒材料的堆積密度及空隙率
　　堆積密度－散粒狀材料在規(guī)定裝填條件下（包括散粒材料中顆粒在自然狀態(tài)下的體積和顆粒之間空隙的體積）的質(zhì)量稱為堆積密度。如白剛玉堆積密度1.53~1.99g/cm3，顆粒密度為：3.95~4.0g/cm3。
　　單位g/cm3或kg/m3。 公式： ρo=m/Vo
　　式中 ρo－堆積密度（g/cm3）
　　 m－材料的質(zhì)量（g） Vo－材料的堆積體積（cm3）
　　單位體積磨料的重量稱為磨料的堆積密度，其單位習(xí)慣上用g/cm3來(lái)表示。磨料的堆積密度直接對(duì)磨具的強(qiáng)度、硬度及切削性能都有一定的影響，另外，它對(duì)磨料的其它性質(zhì)也有一定的影響。
　　影響磨料堆積密度的因素主要包括磨料的種類、粒度和磨料的破碎方法。一般來(lái)說(shuō)，在相同的條件下，剛玉的堆積密度比碳化硅的大，粗粒度比細(xì)粒度的堆積密度大，等積形磨料的堆積密度比片狀、劍狀的大，用球磨機(jī)加工的磨料的堆積密度比對(duì)輥機(jī)、鄂式破碎機(jī)加工的大。
　　就磨具的生產(chǎn)而言，用于生產(chǎn)固結(jié)磨具的磨料，其堆積密度應(yīng)盡可能的大，從而使得磨具具有較高的強(qiáng)度、硬度以及良好的切削性能；用于生產(chǎn)涂附磨具的磨料，其堆積密度應(yīng)盡可能的小，這樣可以保證磨具的鋒利性，故而這也是磨具生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)注意的。
　　磨料的堆積密度可以通過(guò)整形來(lái)改變，用球磨機(jī)整形可提高磨料的堆積密度，用對(duì)輥機(jī)或鄂式破碎機(jī)整形能降低磨料的堆積密度。另外，采用混合磨粒可以提高磨料的堆積密度，如果粗細(xì)粒度搭配適當(dāng)，能使磨料的堆積密度達(dá)到最大值。
　　空隙率－散粒材料在自然堆積狀態(tài)下，其中的空隙體積與散粒在自然堆積狀態(tài)下的體積之比的百分率稱為空隙率
　　公式： P’=(1-ρoˊ/ρo)×100%
　　 P’—散粒材料的空隙率
　　 ρoˊ—散粒材料的堆積密度
　　 ρo--材料的體積密度
　　磨料粒度級(jí)配的選擇
　　連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配
　　連續(xù)級(jí)配——是按顆粒尺寸大小由小到大連續(xù)分級(jí)（2.5nm~Dmax），每一級(jí)磨料都占有一定比例。連續(xù)級(jí)配顆粒級(jí)差?。―/d≈2），配制的磨料拌和物和易性好，不易產(chǎn)生大?，F(xiàn)象。
　　間斷級(jí)配——是人為剔除某些中間粒級(jí)顆粒，大顆粒的空隙直接由比它小得多的顆粒去填充，顆粒級(jí)差大（D/d≈6）,空隙率的降低比連續(xù)級(jí)配快得多，可最大限度地發(fā)揮磨料的骨架。
　　級(jí)配磨料的用量計(jì)算：
　　根據(jù)緊密嵌擠-骨架密實(shí)的原則，設(shè)計(jì)混合料的思路推導(dǎo)出粗細(xì)磨料用量百分比公式：

　　式1.2聯(lián)解出磨料的百分比，式中k依據(jù)磨具的具體情況，如密度、強(qiáng)度、磨削性能等情況來(lái)定。完全填充時(shí)k為1，若粗磨料用量為M，那么細(xì)磨料的用量為
　?。∕∕ρoˊ粗）×P’粗×ρoˊ細(xì)，即也為細(xì)磨料的最大理論添加量。
　　關(guān)于砂輪的磨料級(jí)配問(wèn)題，涉及的引申問(wèn)題很多，如磨削性能、強(qiáng)度、密度、混料、成型工藝等等，也有很多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。
　　磨具的強(qiáng)度
　　磨具強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度。
　　磨具抗拉強(qiáng)度反映磨具在最大張力下的強(qiáng)度，它是磨具制造、使用上的一個(gè)重要指標(biāo)，直接與磨具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生破裂的程度有關(guān)；磨具抗折強(qiáng)度反映磨具的最大彎曲應(yīng)力或彎曲極限，它與磨具磨削中成型磨削性能有關(guān)，例如螺紋磨削、曲軸磨削及各類型的切入磨削等，都要求磨具有較好的抗折強(qiáng)度；磨具抗壓強(qiáng)度反映在壓力作用下磨具的強(qiáng)度極限，磨具在增大徑向負(fù)荷磨削時(shí)磨粒磨鈍斷裂及磨具發(fā)生破裂程度與抗壓強(qiáng)度有關(guān)；磨具抗沖擊強(qiáng)度反映磨具在動(dòng)負(fù)荷下抵抗沖擊力的性能；磨具抗拉強(qiáng)度小于抗折強(qiáng)度，而它又是反映磨具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的抗破裂能力，為保證磨具的使用安全，磨具抗拉強(qiáng)度將是磨具十分重要的性能。了解這些在不同情況下磨具面對(duì)的工況受力情況，是為了涉及滿足磨具不同使用用途、性能設(shè)計(jì)的必要條件。
　　磨料輪的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度是指磨料輪旋轉(zhuǎn)時(shí)在離心力作用下抵抗破裂的能力，反映了磨料輪抗張應(yīng)力的大小和回轉(zhuǎn)速度的高低?？估瓘?qiáng)度是通過(guò)拉力試驗(yàn)機(jī)把“8”字塊試樣拉斷測(cè)定的，磨料輪的破裂速度則是在磨料輪回轉(zhuǎn)過(guò)程中造成磨料輪破裂時(shí)的速度。根據(jù)平均應(yīng)力學(xué)說(shuō)其關(guān)系式：
　　
　　一般在同樣條件下，磨料輪的抗拉強(qiáng)度值越高，其破裂速度也越高。因此，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室“8”字塊試樣測(cè)出的抗拉強(qiáng)度，近似計(jì)算出磨料輪回轉(zhuǎn)破裂速度。有利于磨料輪制備工藝配方設(shè)計(jì)。
　　磨料輪的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2493—1995進(jìn)行。要求最高工作速度小于等于50m/s的磨料輪，其回轉(zhuǎn)試驗(yàn)速度應(yīng)是最高工作速度的1.6倍。最高工作速度大于50m/s的磨料輪，其回轉(zhuǎn)試驗(yàn)速度應(yīng)是最高工作速度的1.5倍，國(guó)外的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)速度應(yīng)是最高工作速度的2倍；由此可知：磨料輪的回轉(zhuǎn)破裂速度、回轉(zhuǎn)檢驗(yàn)速度和最高工作速度，這三者之間的關(guān)系如下：
　　v破裂＞v回轉(zhuǎn)＞v最高工作
　　由外界硬質(zhì)顆?；蛴脖砻娴奈⒎逶谀Σ粮睂?duì)偶表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。其特征是在摩擦副對(duì)偶表面沿滑動(dòng)方向形成劃痕。磨粒磨損分類磨料磨損有多種分類方法，例如，以力的作用特點(diǎn)來(lái)分，可分為：
　　(1)低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損，它的特點(diǎn)是磨具磨料作用于表面的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機(jī)械中的刮板輸送機(jī)溜槽磨損情況就是屬于這種類型。
　　(2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，其特點(diǎn)是磨具磨料與表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。生產(chǎn)中球磨機(jī)襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。
　　(3)鑿削式磨料磨損，其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機(jī)斗齒及顎式破碎機(jī)的齒板。也有以磨損接觸物體的表面分類，分為兩體磨料磨損和三體磨料磨損。兩體磨損的情況是，磨料與一個(gè)磨具表面接觸，磨料為一物體，磨具表面為另一物體，如犁鏵。而三體磨損，其磨損料介于兩個(gè)滑動(dòng)磨具表面，或者介于兩個(gè)滾動(dòng)物體表面，前者如活塞與汽缸間落人磨料，后者如齒輪間落人磨料。這兩種分類法最常用。磨粒磨損的主要試驗(yàn)規(guī)律雖然磨具或材料的耐磨性能不是材料的固有特性，它與許多因素有關(guān)，但是材料本身的硬度和磨粒的硬度是影響磨料磨損的兩個(gè)最主要的因素，現(xiàn)已總結(jié)出它們的影響規(guī)律。
　　(1)如果材料預(yù)先已經(jīng)過(guò)加工硬化，則對(duì)增加耐磨性就不再起作用。這說(shuō)明磨損試驗(yàn)本身，已使材料表面達(dá)到了最大的加工硬化狀態(tài)。
　　(2)材料的耐磨性顯然與磨粒的硬度、幾何形狀、物理性能有關(guān)。除了提高材料本身硬度可增加抗磨料磨損性能外，還可進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火、滲碳、氮化、表面噴鍍與堆焊來(lái)提高耐磨性。
　　磨具的組織
　　磨具是由磨粒、結(jié)合劑、輔助材料和氣孔四要素組成（傳統(tǒng)的不包括輔助材料），而磨粒是磨具對(duì)被加工工件表面起切削作用的主要要素。所謂磨具組織，就是反映在磨具內(nèi)起主要磨削作用的磨粒分布的疏密程度，也可以說(shuō)是磨粒在磨具中的體積分布，以磨粒占磨具體積分?jǐn)?shù)來(lái)表示，也稱為磨粒率。
　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2484—1994規(guī)定，磨具組織號(hào)按磨粒率從大到小順序?yàn)?~14，其磨具組織號(hào)與磨粒率的關(guān)系：
　　Vg＝2×（31－N）
　　式中：Vg——磨粒率，％；允差為±1.55％；
　　 N——組織號(hào)（從0~14或更大）。
　　磨具組織松緊與磨粒粒度有關(guān)。粗粒度磨具，由于磨粒顆粒尺寸大，所占體積分?jǐn)?shù)也大，即磨粒率高，所以一般粗粒度磨具組織比較緊密，組織號(hào)在0~5范圍內(nèi)。反之，細(xì)粒度磨具，其顆粒尺寸小，表面積大，同樣堆積體積重量輕，磨具同樣硬度時(shí)，所用結(jié)合劑量要比粗粒度磨具多，單位體積內(nèi)磨粒所占體積較少，故組織比較疏松，組織號(hào)較大。
　　磨具配合比設(shè)計(jì)的步驟
　　配方設(shè)計(jì)原則
　　對(duì)于任何砂輪來(lái)說(shuō)，至關(guān)重要的當(dāng)然是根據(jù)磨削對(duì)象而設(shè)計(jì)出的配方。配方是組成砂輪產(chǎn)品的原材料種類和數(shù)量的反映，是生產(chǎn)中配制成型料的重要依據(jù)，它是根據(jù)砂輪的使用性能與工藝要求而擬定的。嚴(yán)格地講它應(yīng)該包括所使用的磨料、結(jié)合劑、填充料等，以及與之有關(guān)的磨料類別、濃度和砂輪的成型密度、氣孔率、混料成型工藝、固化工藝等。
　　配方設(shè)計(jì)的一般過(guò)程是：首先在分析各種原材料作用的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工要求，進(jìn)行結(jié)合劑成分混配，冷壓（熱壓、澆注模壓）制成試樣；固化后測(cè)定其強(qiáng)度、硬度等各項(xiàng)性能參數(shù)；選擇性能科學(xué)配比后經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，并經(jīng)一定時(shí)間的產(chǎn)生驗(yàn)證，達(dá)到穩(wěn)定成熟。
　　配方設(shè)計(jì)的總原則是：應(yīng)該對(duì)技術(shù)可行性研究與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。技術(shù)上主要考慮所設(shè)計(jì)的配方中原材料的性能及配比能不能適合磨削加工性能、質(zhì)量的要求；經(jīng)濟(jì)上則要考慮包括砂輪制造和使用兩方面因素在內(nèi)的總的加工費(fèi)用。
　　所有的無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑砂輪（樹(shù)脂、陶瓷、超硬）都一樣，由磨料、結(jié)合劑、輔助材料和氣孔等部分組成，磨具的總體積等它們者之和。假設(shè)磨具的總體積為100，則：
　　V磨具＝V磨料＋V結(jié)＋V氣＝100
　　式中：V磨具——磨具的總體積；
　　V磨料——磨料所占的體積；
　　V結(jié)——結(jié)合劑所占的體積；
　　V氣——?dú)饪姿嫉捏w積；
　　V結(jié)＝V粘＋V輔助材料
　　式中：V粘——粘合劑所占的體積；
　　V輔助材料——輔助材料所占的體積。
　　成型密度＝（V磨料?γ磨料＋V粘?γ粘＋V輔?γ輔）÷100
　　式中：γ磨料——磨料的密度，g／cm3；
　　γ粘——樹(shù)脂粉的密度，g／cm3；
　　γ填——填料的密度，g／cm3。
　　配方中各數(shù)據(jù)取決于三者的比例關(guān)系，要使三者的比例關(guān)系搭配合理，須抓住影響配方的幾個(gè)因素，如結(jié)合劑濃度、硬度、磨料粒度，進(jìn)行分析。
　　第一步：磨具配制強(qiáng)度的確定
　　依據(jù)公式：
　　fo=fk+t?σ
　　式中：fo—磨具配制強(qiáng)度MPa；
　　fk—設(shè)計(jì)要求的磨具強(qiáng)度等級(jí)MPa；—結(jié)合劑實(shí)際強(qiáng)度,如無(wú)法取得實(shí)際強(qiáng)度可按
來(lái)定（k與成型壓力、坯體密度、磨料種類形狀、成型工藝（熱壓、冷壓、澆注壓）、溫控曲線等有關(guān)）
　　t —概率度系數(shù)
　　σ-磨具強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差MPa。
　　第二步：選取合理磨料率值
　　方法：
　?、瘛⒁罁?jù)填充理論和磨料態(tài)參數(shù)，計(jì)算磨料率；
　?、?、根據(jù)通過(guò)試驗(yàn)求出合理磨料率——坍落度最大的最小磨料率；
　　Ⅲ、如無(wú)試驗(yàn)資料，可根據(jù)磨料品種、規(guī)格和結(jié)合劑的經(jīng)驗(yàn)比。
　　第三步：初步確定比（磨料∕結(jié)合劑）
　　
　　依磨具強(qiáng)度公式：100份磨料所需結(jié)合劑基本滿足上述要求的多重回歸回歸方程作為表達(dá)磨具配方的函數(shù)式。
　　C=bo+b1X1+b2X2+b3X3 bo代表截距， b1、b2、b3…為回歸系數(shù) X1、X2、X3…為變量。
　　第四步：計(jì)算磨料、結(jié)合劑的用量S，G
　　A、質(zhì)量法：
　　 若原材料情況比較穩(wěn)定，所配制的磨料拌和物的堆積密度將接近一個(gè)固定值。
　　B、積法：
　　假定磨料拌和物的體積等于各組成材料絕對(duì)體積和磨料拌和物中所含空氣體積之總和。
　　配合比的試配、調(diào)整
　　以上求出的各材料用量，是借助于一些經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的，或是利用經(jīng)驗(yàn)資料查得的，因而不一定能夠完全符合具體的生產(chǎn)實(shí)際情況，必須通過(guò)試拌調(diào)整，直到磨料拌和物的符合要求為止，然后提出供檢驗(yàn)強(qiáng)度用的基準(zhǔn)配合比。
　　實(shí)驗(yàn)室配合比—強(qiáng)度校驗(yàn)
　　采用三個(gè)不同的配合比，其一為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的W/C較基準(zhǔn)配合比分別增加或減少3。
　　每種配合比至少制作一組（三塊）試件，固結(jié)后，用作圖法或計(jì)算法求出與磨具配制強(qiáng)度（f0）相對(duì)應(yīng)的結(jié)合劑,并確定出設(shè)計(jì)配合比。
　　實(shí)驗(yàn)室配合比的確定
　　用磨料量（W）──取基準(zhǔn)配合比中的用磨料量，并根據(jù)制作強(qiáng)度試件時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；
　　結(jié)合劑用量（C）──比計(jì)算確定；
　　粗、細(xì)磨料用量（S,G）──取基準(zhǔn)配合比中的粗、細(xì)磨料用量，并按選定的比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
　　第五步：換算生產(chǎn)配合比
　　經(jīng)測(cè)生產(chǎn)配合比為：
　　備注：
　　(1)磨料直徑的大小要合適。
　　因?yàn)樯倭款w粒直徑過(guò)大，會(huì)引起應(yīng)力集中或本身破碎，從而導(dǎo)致磨具基體強(qiáng)度降低；磨料直徑太小，則起不到大的強(qiáng)化作用。關(guān)于磨料粗細(xì)的合理配合還有待于進(jìn)一步研究。
　　(2)磨料的數(shù)量一般大于60％。數(shù)量太少，達(dá)不到最佳的磨削效果。
　　(3)磨料與結(jié)合劑形成的基體應(yīng)有一定的強(qiáng)度。
　　二、無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑重負(fù)荷砂輪的應(yīng)用
　　1、重負(fù)荷砂輪的發(fā)展
　　重負(fù)荷砂輪主要使用樹(shù)脂結(jié)合劑，樹(shù)脂重負(fù)荷的磨削效率居其它各種磨具之首。它主要用于鋼鐵工業(yè)中對(duì)鋼錠、鋼坯、鋼板的修磨以及各種鑄件的表面清理等。故又把這種砂輪稱之為荒磨砂輪或磨鋼坯砂輪，它的發(fā)展依賴于鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，以及相應(yīng)的高效磨床的發(fā)展。
　　從前，上述鋼坯修磨作業(yè)采用陶瓷結(jié)合劑砂輪和樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪。由于陶瓷結(jié)合劑砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度都不如樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪高，故后來(lái)逐步由樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪代替了陶瓷結(jié)合劑砂輪。
　　板坯修磨機(jī)是冶金企業(yè)對(duì)不銹鋼連鑄坯進(jìn)行表面加工的設(shè)備,經(jīng)過(guò)砂輪對(duì)鋼坯表面的磨削,去除氧化層和表面缺陷,是提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。影響該工序成本的重要因素是金屬去除率和磨削比。金屬去除率用單位時(shí)間內(nèi)磨掉的金屬重量來(lái)評(píng)價(jià),磨削比是指磨掉的金屬重量與消耗的砂輪重量之比。根據(jù)磨削動(dòng)力學(xué)原理,要達(dá)到大的金屬去除率,主要的方法是提高砂輪的線速度和增大磨削壓力。但是,提高磨削壓力和砂輪線速度會(huì)影響砂輪使用壽命,因此,必須尋求最佳加工工藝。
　　我國(guó)鋼坯修磨，原來(lái)多采用懸掛式修磨機(jī)。這種修磨機(jī)的缺點(diǎn)是磨削壓力小（用人施加壓力，一般壓力為10～40Kg、速度30～40M/S）磨削效率低、修磨質(zhì)量差，難以實(shí)現(xiàn)鋼坯的“全扒皮”作業(yè)，另外，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作環(huán)境條件惡劣，影響工人的人身健康等。這種磨削工藝落后。已不能適應(yīng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)。目前我國(guó)對(duì)鋼坯修磨作業(yè)也非常重視，不斷地進(jìn)行研究，自己設(shè)計(jì)和從國(guó)外引進(jìn)了一定數(shù)量的現(xiàn)代化磨鋼坯機(jī)，并相應(yīng)地進(jìn)行磨鋼坯砂輪的研究，來(lái)滿足我國(guó)鋼鐵工業(yè)日益發(fā)展的需要。國(guó)外從60年代起對(duì)重負(fù)荷磨削進(jìn)行大力研究，為解決鋼坯修磨的機(jī)械化問(wèn)題、磨削效率問(wèn)題，2000年創(chuàng)造了高速重負(fù)荷磨削工藝。這種磨削工藝的特點(diǎn)是對(duì)修磨機(jī)來(lái)講需要使用大馬力的修磨機(jī)，它磨削負(fù)荷大，操作已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，因而磨削效率大大提高，每小時(shí)磨除金屬量可高達(dá)500～800Kg：從砂輪制造來(lái)講，對(duì)砂輪提出了更高的要求，砂輪用磨料要采用特殊磨料（粗粒度），要能夠承受高的磨削壓力，砂輪使用速度要達(dá)到80米/秒以上，硬度要達(dá)到超硬級(jí)，才能滿足重負(fù)荷磨削工藝的苛刻要求。目前國(guó)外已制造和使用了能承受磨削壓力1000Kg，砂輪使用速度達(dá)90米/秒的樹(shù)脂高速重負(fù)荷砂輪。目前國(guó)外對(duì)砂輪的研究方向是：砂輪使用速度100米/秒以上，負(fù)荷壓力為1000～1500Kg，磨削效率即金屬磨除量每小時(shí)達(dá)到800～1000Kg，磨削比達(dá)到200～250，這樣磨削鋼坯成本會(huì)大大降低，為原來(lái)的五分之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵部門(mén)所使用的砂輪中，樹(shù)脂磨具占85％，這85％的樹(shù)脂磨具中，重負(fù)荷磨具占45％，中負(fù)荷磨具占30％，低負(fù)荷磨具占10％。另樹(shù)脂重負(fù)荷和中負(fù)荷磨具與國(guó)家粗鋼產(chǎn)量、特別是特殊鋼產(chǎn)量的關(guān)系也極為密切。
　　重負(fù)荷荒磨的技術(shù)特點(diǎn)包括:(1)磨削壓力、砂輪速度和金屬磨除率高、磨削功率大，要求機(jī)床具有足夠的剛度和強(qiáng)度;(2)使用高強(qiáng)度、高硬度和粗粒度的重負(fù)荷荒磨砂輪。一般均采用樹(shù)脂結(jié)合劑和棕剛玉、微晶剛玉、燒結(jié)剛玉和鋯剛玉等高韌性磨料，超硬級(jí)硬度，且砂輪不需要修整;(3)采用干式磨削方式。
　　2、重負(fù)荷砂輪使用的磨料：
　　重負(fù)荷砂輪的特點(diǎn)是工作速度高，磨削壓力大、磨削效率高。所以對(duì)砂輪的機(jī)械強(qiáng)度要求很高。而砂輪的機(jī)械強(qiáng)度取決于它的結(jié)構(gòu)。砂輪的結(jié)構(gòu)由磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比值和它們的分布情況而定。想要得到較為密實(shí)結(jié)構(gòu)的砂輪，那就必須增大砂輪的成型壓力，成型壓力的大小又要由磨料的脆性和強(qiáng)度決定。重負(fù)荷砂輪使用的磨料大致有以下主要幾種：
　?、抛貏傆衲チ?。起初重負(fù)荷砂輪用的磨料都采用棕剛玉磨料。這種磨料韌性高，抗破碎性能強(qiáng)。一般用來(lái)制造低負(fù)荷或中負(fù)荷的重磨削砂輪。
　?、茻Y(jié)剛玉磨料。燒結(jié)剛玉又分為礬土燒結(jié)剛玉、氧化鋁燒結(jié)剛玉以及燒結(jié)鋯剛玉磨料等。這些燒結(jié)剛玉磨料適用于制造重負(fù)荷砂輪。
　?、卿唲傆衲チ?。這是一種高效磨削磨料，目前國(guó)外重負(fù)荷砂輪制造多采用這種磨料。一般要求ZrO2在剛玉中的含量在25～40％范圍內(nèi)，晶體尺寸為20微米，最大不超過(guò)40微米。常用于制造重負(fù)荷砂輪的為含ZrO225％的鋯剛玉。
　?、戎刎?fù)荷砂輪使用的磨料粒度。為提高磨削效率，重負(fù)荷砂輪多采用粗粒度。目前國(guó)外、國(guó)內(nèi)常用的磨料粒度為6＃、8＃、14＃、16＃、20＃、24＃、30＃、36＃等等。
　　3、重負(fù)荷砂輪使用的結(jié)合劑：
　　結(jié)合劑是砂輪的關(guān)鍵組成之一，其功能是將磨料顆粒接固成一體形成砂輪，以幫助其實(shí)現(xiàn)磨削功能。重負(fù)荷砂輪使用的結(jié)合劑目前主要是酚醛樹(shù)脂。酚醛樹(shù)脂的品種很多，選擇使用時(shí)，要選用耐熱性能好，同磨粒的結(jié)合力大，本身的機(jī)械性能即抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度、撓曲強(qiáng)度等高的樹(shù)脂。國(guó)外目前采用的樹(shù)脂粉大都經(jīng)過(guò)改性的。酚醛樹(shù)脂又分為液體的和粉狀的，現(xiàn)在國(guó)外、國(guó)內(nèi)制造重負(fù)荷砂輪都選用粉狀酚醛樹(shù)脂。這樣雖然磨具的彈性好，但還是不能解決高溫時(shí)樹(shù)脂的碳化問(wèn)題，而使用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑系列生產(chǎn)的磨具，能很好的解決這一系列問(wèn)題，并使磨具的性能進(jìn)一步提高。
　　4、重負(fù)荷砂輪使用的填充料：
　　重負(fù)荷砂輪的強(qiáng)度提高，只依靠磨料的高強(qiáng)度和結(jié)合劑的強(qiáng)度還是不夠的。為提高砂輪的強(qiáng)度和增加砂輪的某種性能，需要增加填充材料加以彌補(bǔ)。重負(fù)荷砂輪使用的填充材料很多。但使用最多的有：冰晶石、氟化鈣、碳酸鈣、硫鐵礦、硫化鉛等金屬硫化物的粉末。另外還有礦物短纖維（玻璃纖維、渣棉、陶瓷纖維、石棉）等等。使用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑系列生產(chǎn)磨具則一般情況下不需要填料的加入。
　　5、重負(fù)荷砂輪結(jié)構(gòu)和補(bǔ)強(qiáng)方法：
　　重負(fù)荷砂輪要在很高的負(fù)荷壓力下工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速高效磨削，這就要求大幅度提高砂輪的機(jī)械強(qiáng)度。然而重負(fù)荷砂輪多采用粗粒度磨料制造，這樣要提高砂輪的機(jī)械強(qiáng)度確有一定限度和困難。因此，就需要采取其它補(bǔ)強(qiáng)方法來(lái)改進(jìn)砂輪結(jié)構(gòu)提高砂輪的機(jī)械強(qiáng)度。傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方法主要有4種：
　　（1）玻璃纖維和玻璃絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)方法：
　　玻璃絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)方法。這種方法是將過(guò)去鈸波形砂輪制造所用的補(bǔ)強(qiáng)方法試用到高速重負(fù)荷砂輪制造上來(lái)，但是玻璃絲網(wǎng)和結(jié)合劑樹(shù)脂粘結(jié)未必充分，而且砂輪磨削時(shí)在砂輪的表面易產(chǎn)生平行裂紋，因此在實(shí)際應(yīng)用上存在一定問(wèn)題。故有的不采用玻璃絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。而采用玻璃纖維。玻璃纖維的使用長(zhǎng)度一般為0.5～10mm，在成型料中的添加量不能超過(guò)10％。
　?。?）細(xì)粒度磨料補(bǔ)強(qiáng)方法：
　　大家都知道，砂輪在磨削過(guò)程中應(yīng)力最集中的地方就是砂輪孔周圍，故一般砂輪破裂首先從孔處開(kāi)始?；诖朔N情況對(duì)重負(fù)荷砂輪的非磨削部分（孔周圍）用細(xì)粒度磨粒來(lái)制造，這樣可相對(duì)提高砂輪的機(jī)械強(qiáng)度。砂輪的磨削部分采用混合磨料。一般是鋯剛玉和棕剛玉混合。實(shí)驗(yàn)表明用混合磨料的砂輪其抗折強(qiáng)度可提高10～15％，耐磨性可提高40～85％。這時(shí)使用的棕剛玉不僅可代替部分鋯剛玉，而且從某種意義講，它起著填充料的作用，會(huì)使結(jié)合劑的顯微結(jié)構(gòu)有所改變。
　?。?）用鋼環(huán)補(bǔ)強(qiáng)的方法：
　　是一種提高砂輪孔處機(jī)械強(qiáng)度的方法，目前制造重負(fù)荷砂輪都在孔周圍埋設(shè)鋼環(huán)，其鋼環(huán)直徑視砂輪孔徑大小而定。一般鋼環(huán)用圓鋼的直徑不超過(guò)10mm。
　?。?）形狀改進(jìn)的方法：
　　國(guó)內(nèi)外有的為了提高高速重負(fù)荷砂輪的機(jī)械強(qiáng)度，制成無(wú)中心孔的砂輪來(lái)提高砂輪機(jī)械強(qiáng)度。有的把重負(fù)荷砂輪制成中間稍厚一點(diǎn)，外周薄一點(diǎn)，這實(shí)際也是加強(qiáng)砂輪孔周圍的機(jī)械強(qiáng)度。以上這些補(bǔ)強(qiáng)方法可單用或同時(shí)并用。
　　現(xiàn)在傳統(tǒng)重負(fù)荷砂輪的工藝方法：
　　各國(guó)采用生產(chǎn)重負(fù)荷砂輪略不同，一般工藝大致如下：高速重負(fù)荷砂輪成型一般采用1000～3000噸熱壓機(jī)，熱壓溫度150～200度，壓強(qiáng)40～50Mpa，成型時(shí)間30～60分鐘。硬化最高溫度185度，硬化時(shí)間5～25小時(shí)左右。
　　無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作高速、重負(fù)荷磨具的基本方法
　　無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作高速、重負(fù)荷磨具工基本工藝如下：
　　
　　增強(qiáng)材料主要是用表面處理過(guò)的玄武巖纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維等，使用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑在磨具的生產(chǎn)中，首先是把磨料和結(jié)合劑混合均勻形成松散料，之后，再加上述纖維處理后形成辮狀短切纖維（3～6㎜）混合均勻冷模壓成型（要求定壓、由于加壓方向是單向的，故結(jié)合劑與磨料的混合料與金屬模壁的摩擦力大，混合料間傳遞壓力不太均勻，這就需要把壓力放大，磨具密度變大，盡量使生坯密度不均勻和具有方向性之類的問(wèn)題減弱磨具的組織結(jié)構(gòu)）保壓5～10分鐘成型。出模烘干、固結(jié)、加工、成品。磨具切片如下圖：
　　
　　圖中（a）形成一維空間（加網(wǎng)格片增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)：抗折強(qiáng)度增加、剪切強(qiáng)度減弱）（b）形成二維空間（c）形成三維空間，這種工藝生產(chǎn)的磨具能使纖維在磨具中形成三維空間，這樣不但高了磨具的抗折強(qiáng)度，同時(shí)也提高了磨具的剪切強(qiáng)度。達(dá)到提高磨具的強(qiáng)度高、延長(zhǎng)磨具壽命；且纖維使用量少、磨削效果好。
　　備注：
　　1、以上方法也可生產(chǎn)高速陶瓷磨具。
　　2、型方法可冷壓、熱壓或半澆注法壓制，冷壓時(shí)壓力大于400㎏∕cm3。
　　3、維的處理、加入方法是成型和最終產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。
　　三、樹(shù)脂強(qiáng)力磨砂輪應(yīng)用
　　樹(shù)脂強(qiáng)力磨砂輪應(yīng)具備以下特征：
　?。?）砂輪的線速度Vs大于60m／s。
　?。?）進(jìn)給量a大于1000mm／min。
　?。?）出全部深度。
　　由上可知，與過(guò)去傳統(tǒng)的精磨工藝不同，高速磨削是一種金屬切除率非常高的加工方法。如果回顧一下磨削技術(shù)的發(fā)展歷史，不難發(fā)現(xiàn)高速磨削技術(shù)是從銅坯整修開(kāi)始的。在翻造鋼材的過(guò)程中，從澆錠到軋制，坯件的表面上會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如裂紋、褶皺、縫隙、夾層等。如果不在下道工序前除去這些表面缺陷，勢(shì)必嚴(yán)重地影響成品的質(zhì)量。整修方法。過(guò)去采用冷鑿，這種方法噪音大(如用氣鑿)、勞動(dòng)強(qiáng)度高而且不徹底，無(wú)法得到高質(zhì)量的最終成品。二次大戰(zhàn)后開(kāi)始采用磨削工藝，從諾頓公司的專利題錄看，五十年代前期集中精力于開(kāi)拓這一新的應(yīng)用領(lǐng)域，其內(nèi)容包括設(shè)計(jì)制造出各種荒磨機(jī)床和高速砂輪。為了得到最高的磨削效率，機(jī)床一反傳統(tǒng)的恒定磨削深度和走刀量的方式， 而采用恒壓(磨削法向力恒定)或恒功率(磨削切向力恒定)的設(shè)計(jì)。砂輪方面則通過(guò)采用高強(qiáng)度磨料，苯環(huán)樹(shù)脂結(jié)合劑，熱壓制造方法和采用增強(qiáng)填料等一系列措施，使其工作速率從35-48米/秒，提高到6O-80m／s。這些努力的結(jié)果非常成功，到六十年代初在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼材整修和鑄件清理上，磨削工藝已完全取代了冷鑿工藝。到七十年代的中期，荒磨粗磨砂輪的年銷售額已經(jīng)和精磨砂輪并駕齊驅(qū)，荒磨機(jī)床的主軸功率已高達(dá)近370KW。很明顯，鉆頭磨槽的高速磨削技術(shù)正是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此在研制鉆頭磨槽的高速砂輪時(shí)，借鑒荒磨砂輪的經(jīng)驗(yàn)是非常有益的。
　　磨削的一個(gè)特點(diǎn)是需要一個(gè)大的法向力，才能將磨粒嵌入工件的表面，達(dá)到切除金屬的目的。根據(jù)諾頓的研究，磨削時(shí)存在一個(gè)臨界法向壓強(qiáng)，低于這一壓強(qiáng)時(shí)砂輪對(duì)工件不產(chǎn)生切削作用。這一臨界壓力強(qiáng)度的值對(duì)易磨削金屬來(lái)說(shuō)為單位砂輪寬度(mm)29N，對(duì)難磨削材料說(shuō)為13.4N／mm。高速磨削時(shí)，由于切深和走刀量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)磨削方式，磨削時(shí)的壓強(qiáng)肯定更高。據(jù)測(cè)定，這個(gè)力高于35N／mm，而在2000mm／min走刀速度，一次磨出直徑lOmm高速鋼麻花鉆時(shí)，可高達(dá)300N／mm。如按照法向力為切向力兩倍的假設(shè)而計(jì)算，與諾頓的數(shù)據(jù)比較接近?？梢运愠?，雖然高速磨削的生產(chǎn)率比普通磨削高出數(shù)百倍，但磨削力的增加相對(duì)說(shuō)卻不是很多。
　　磨削的另一特點(diǎn)是，在其工作過(guò)程中7O％或更多的能量轉(zhuǎn)化為熱。由于高速磨削消耗功率大，工件燒傷的危險(xiǎn)性自然更高，因此對(duì)冷卻的要求也更迫切。如果10KW的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能時(shí)會(huì)使200L的冷卻油在lmin內(nèi)升溫2℃，這一點(diǎn)我在對(duì)某廠引進(jìn)的NS335L機(jī)床試車時(shí)有過(guò)很深的體會(huì)，當(dāng)時(shí)采用的是一個(gè)容量較小的油箱，結(jié)果機(jī)床在工作半小時(shí)后就因油溫過(guò)高而無(wú)法繼續(xù)工作了。磨削過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量集中于產(chǎn)生磨屑的工作界面上，在這個(gè)新生成的工作界面上冷卻液很難達(dá)到，即使是將工件全部浸沒(méi)在冷卻油中的NS335L機(jī)床的設(shè)計(jì)，在形成新工作界面的瞬間，它仍可能是處于半真空狀態(tài)。不少資料介紹，這一工作界面的瞬時(shí)溫度接近于被磨削金屬材料的熔點(diǎn)。幸好在高速磨削中由于走刀量大，砂輪停留在工件某一區(qū)域的時(shí)間極其短暫，使得熱量來(lái)不及傳到工件的本體而絕大部分隨磨屑而被帶走。但是當(dāng)磨到螺旋槽的根部對(duì)走刀量趨于零，界面存在的時(shí)間延長(zhǎng)，這就是為什么在磨槽鉆的槽根溝背處容易產(chǎn)生燒傷痕跡的緣故。
　　上一些概念，我們可以逐項(xiàng)討論有關(guān)高速磨削砂輪的各主要特征要素。首先給出四種諾頓和歐洲高速砂輪的規(guī)范(見(jiàn)下表)
　　
　　4號(hào)是整修高速鋼鋼坯用的荒磨砂輪，用來(lái)與磨槽砂輪相比較。
　　1、磨料：四種砂輪均采用剛玉磨料，但第4號(hào)砂輪用的是強(qiáng)度高的鋯剛玉，第3號(hào)砂
　　輪用的57A是一種特殊的鋼玉（半脆剛玉）由于高速磨削時(shí)磨粒承受的負(fù)載大，選用強(qiáng)度高的剛玉顯然是合理的。
　　2、粒度：在這一點(diǎn)上四種砂輪的分歧不大，原則是在保證表面光潔度的前提下盡量選得粗一些以保證磨削的高效率，值得注意的是諾頓公司生產(chǎn)的第3和第4號(hào)砂輪均采用混合型粒度，既第3號(hào)以100號(hào)粒度為基礎(chǔ)，第4號(hào)以12號(hào)為基礎(chǔ)，混有較粗和較細(xì)一級(jí)的磨料。
　　3、硬度：在這方面看出歐洲與美國(guó)差距比較大。l號(hào)和2號(hào)砂輪實(shí)際上是同一來(lái)源，所選擇的硬度為中硬，顯然是著眼于減少工件均燒傷。諾頓公司選擇的硬度要高得多。至于荒磨砂輪由于無(wú)需考慮燒傷問(wèn)題，所選用的是更硬的。關(guān)于這一點(diǎn)將結(jié)合下面討論。
　　4、組織：這又是一項(xiàng)有很大爭(zhēng)議的問(wèn)題。高速砂輪應(yīng)該無(wú)空隙，但是實(shí)際供應(yīng)的砂輪卻是中等組織的。諾頓公司生產(chǎn)的砂輪未標(biāo)出組號(hào)數(shù)。關(guān)于這一點(diǎn)諾頓公司的研究曾有過(guò)如下的闡述：樹(shù)脂砂輪的硬度等級(jí)通常建立在空隙度的基礎(chǔ)上，每個(gè)硬度字母相當(dāng)于一定的空隙度，而與結(jié)合劑和磨料的比例無(wú)關(guān)。通常的標(biāo)度Z代表2％空隙度，Y4%，X6%等等。制造砂輪時(shí)，將磨料和結(jié)合劑的混合料壓至預(yù)定的單位容積重量，從而使最終成品具有預(yù)定的磨料、結(jié)合劑和空隙百分比，而給定的硬度字母則僅根據(jù)空隙的容積。因此如：A46Q5B砂輪具有硬度Q，其成份按容積百分比為A46磨料54%，結(jié)合劑26%，空隙20%。其它種類結(jié)合劑有其它規(guī)定硬度的方法。所以諾頓公司生產(chǎn)的樹(shù)脂砂輪，空隙度包括在硬度符號(hào)內(nèi)，組織號(hào)數(shù)僅表示磨料的容積百分比(見(jiàn)下表)。
　　
　　按照以上規(guī)則，3號(hào)砂輪的空隙度為12％，而4號(hào)砂輪的成分為磨料60％，結(jié)合劑32％，空隙8％。
　　由以上一段可以看出諾頓公司對(duì)樹(shù)脂結(jié)合砂輪的硬度和組織松密的概念與過(guò)去的認(rèn)識(shí)稍有不同。密度為O至R而又完全無(wú)空隙的樹(shù)脂砂輪看上去似乎有點(diǎn)不切實(shí)際了，也許砂輪硬度是在硬度計(jì)上按陶瓷砂輪的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的而諾頓公司則是僅對(duì)樹(shù)脂砂輪本身比較而言的。無(wú)庸置疑，諾頓公司規(guī)定的方法較為科學(xué)道理，因?yàn)橛捕仁菍?duì)砂輪強(qiáng)度的指標(biāo)而陶瓷和樹(shù)脂塑料的物理性質(zhì)卻截然不同，現(xiàn)在對(duì)兩者采用相同的標(biāo)志方法如果在概念上不予區(qū)分，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生混淆的思想，例如硬度P的樹(shù)脂砂輪能經(jīng)受60米／秒的線速度為什么同樣硬度標(biāo)號(hào)的陶瓷砂輪不能呢？如果事情是這樣，那么表中2號(hào)和3號(hào)砂輪的硬度實(shí)際上并不像表面那樣懸殊，而是相差不多的。
　　另外一個(gè)沿用的觀念認(rèn)為應(yīng)該澄清的就是人們習(xí)慣于將工件磨削時(shí)發(fā)生燒傷歸于砂輪的組值太密，缺少足夠的容屑?xì)饪住＿@一點(diǎn)并不一定總是正確，因?yàn)楦呦髂ハ鲿r(shí)產(chǎn)生磨屑數(shù)量之多，體積之大絕非小小氣孔所能容納，而超硬磨料砂輪盡管完全沒(méi)有氣孔。只要將其表面適當(dāng)修銳就能夠很好地工作。如果增大樹(shù)脂砂輪的氣孔容積比勢(shì)必會(huì)降低其強(qiáng)度，使其過(guò)早磨損，這是得不償失的事。至于采取什么方法來(lái)減少高速磨中的燒傷問(wèn)題，后面在其它砂輪要素中會(huì)再談到。
　　5、結(jié)合劑：結(jié)合劑是砂輪的關(guān)鍵組成之一，其功能是將磨料顆粒接固成一體形成砂輪，以幫助其實(shí)現(xiàn)磨削功能。從各方面的報(bào)導(dǎo)看來(lái)用酚醛樹(shù)脂作樹(shù)脂砂輪的結(jié)合劑幾乎是世界一致的。諾頓公司除去在負(fù)載最重的鋼坯荒磨砂輪采用苯環(huán)樹(shù)脂(一種環(huán)氧改性的酚醛樹(shù)脂)外，基本均采用酚醛樹(shù)脂，并且基本樹(shù)脂的配方和工藝均已定型標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)該說(shuō)酚醛樹(shù)脂的性能已能滿足鉆頭磨槽砂輪的需要。但是這里所說(shuō)的結(jié)合劑是廣義的，即除結(jié)合劑本身外還包括填料和添加劑，添加劑卻是千變?nèi)f化很有講究的。表中的B4553和B354中后面的數(shù)字均代表這些添加劑的成分配方，實(shí)際代表什么只有砂輪制造廠掌握，其基本的結(jié)合劑卻無(wú)多大的變化。諾頓公司和其它砂輪制造廠在添加劑(填料)上專利非常之多，甚至到八十年代仍然層出不窮，值得我們特別注意。
　　現(xiàn)在讓我們回過(guò)頭來(lái)看看高速磨槽砂輪該具有何種性質(zhì)。首先它應(yīng)該具有60-80m／s的高速運(yùn)轉(zhuǎn)能力，其次砂輪應(yīng)該在一定時(shí)間內(nèi)保持一定的形狀穩(wěn)定性，最低限度在磨一條槽后形狀沒(méi)有太大的變化。衡量砂輪這一特性的參數(shù)為磨削比G，即磨去金屬(或所產(chǎn)生的磨屑)的容積與砂輪磨耗容積的比值。如果假設(shè)每磨一條槽只須車去0.02mm即可恢復(fù)砂輪的形狀，而砂輪磨削時(shí)磨耗量與金剛石修去量相等，可得以下作為對(duì)比用的近似公式(砂輪直徑取平均值：D砂=380mm G=0.02d(Ⅱ-d)
　　式中d為鉆頭直徑(mm)，Ⅱ?yàn)殂@頭的槽長(zhǎng)(毫米)，G為磨削比，是高速鋼的。既隨著鉆頭直徑的增加要求砂輪的G值急劇地增大，這就要求采用硬度高的砂輪，在磨削長(zhǎng)系列的鉆頭時(shí)更是如此。由此可見(jiàn)，為了減輕工件的燒傷而降低砂輪硬度的作法是不可取的。對(duì)高速砂輪的第三個(gè)要求是應(yīng)能輕快地磨除金屬并且工件沒(méi)有燒傷。要使砂輪形狀保持穩(wěn)定而又不造成工件燒傷正是高速磨輪中最困難的問(wèn)題，也是我所要講的重點(diǎn)問(wèn)題。當(dāng)然對(duì)工件存在燒傷可以從機(jī)床結(jié)構(gòu)，冷卻液供應(yīng)情況等方面去尋找原因，但最主要的還是在砂輪方面。在高速磨削時(shí)，在砂輪和工作物接觸的工作界面處壓強(qiáng)達(dá)幾十個(gè)兆帕，溫度有一千多攝氏度，試想在這種嚴(yán)竣的條件下，如果有物質(zhì)分解，或與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而這分解和反應(yīng)的過(guò)程恰恰又是吸熱的，那么豈不是能收到立竿見(jiàn)影的效果，既防止了工件的燒傷，又保護(hù)了砂輪的結(jié)合劑在高溫下不遭到破壞，其實(shí)這點(diǎn)很難做到，而用無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑就不會(huì)考慮這些問(wèn)題。這種添加進(jìn)去的物質(zhì)有著一些不同的名稱，如活性填料，或者助磨劑。最初砂輪所用填料是一些惰性物質(zhì)，如粘土、燧石等，目的在于降成本。以后發(fā)現(xiàn)冰晶石，一種鋁氟化鈉礦石，其主要成分為加進(jìn)去后能大大改善磨削效率于是便很快在樹(shù)脂砂輪中得到推廣。應(yīng)該指出的是到今天冰晶石仍然是主要的活性填料之一。在磨削界面的溫度下，特別在存在碳和由于樹(shù)脂分解而產(chǎn)生的水汽條件下，冰晶石可能熱分解而產(chǎn)生氟氫酸，其中列舉了十種可能的作用，下面錄下其中一種為例。
　　填料在磨削界面溫度下參加反應(yīng)。這些反應(yīng)可以發(fā)生在兩種或多種填料間，填料與結(jié)合劑間或填料與被磨金屬表面間。這些反應(yīng)可發(fā)生填料處于固態(tài)、熔化或分解狀態(tài)時(shí)。通常使用多種填料的混合物，其中的一種填料起其他填料的易熔劑作用或與其他填料形成低熔點(diǎn)的共熔體。分解填料可能削弱結(jié)合劑從而使磨損的磨粒脫落，最大限度地減少砂輪滯鈍和打滑。這種填料可以用于組織緊密的砂輪來(lái)提高金屬切除率同時(shí)又保持適當(dāng)?shù)膲勖?。分解的填料可以提供效率更高的酸性磨削大氣。試?yàn)證明在惰性大氣例如：氨氣下磨削效率是低的。眾所周知使用能在磨削界面產(chǎn)生硫、氯或氟的填料可以提高磨削不銹鋼的效率。由此可見(jiàn)，活性填料在磨削中所起的作用是非常復(fù)雜的，在很多方面仍有待探索，然而它的效果卻是無(wú)庸置疑的。將各種專利填料的成分加以分析，發(fā)現(xiàn)它們中多數(shù)含有氟、氯、溴、硫、銻、碲或磷各元素，這些元素在元素周期表中排列在相鄰的5A，6A和7A各列中因而具有相似的化學(xué)性質(zhì)(下表)。
　　
　　6、強(qiáng)力磨削具有以下顯著特點(diǎn)：
　　（1）磨削時(shí)間短，加工效率高：
　　由于強(qiáng)力磨削一次切除量大，砂輪與工件接觸弧比常規(guī)磨削接觸弧長(zhǎng)，金屬去除率
　　高，可由鑄鍛件毛坯直接磨削成形，從而縮短了磨削周期。同時(shí)，磨削深度大，工件往復(fù)的次數(shù)減少，節(jié)約了工作臺(tái)換向和空磨時(shí)間，加工效率比普通磨削高3-5倍，使得強(qiáng)力磨削更能充分發(fā)揮機(jī)床設(shè)備與砂輪的潛力，提高工效。
　?。?）砂輪不易破碎磨損、工具磨耗小：
　　由于工作臺(tái)進(jìn)給速度低，磨削的厚度較薄，砂輪單顆有效磨粒上所承受的磨削力小，雖然砂輪輪廓的尖角部分受力較大，且結(jié)合軟弱，但磨削力仍不足以使單顆磨粒產(chǎn)生破碎磨損，而只能產(chǎn)生磨損磨耗，能夠較長(zhǎng)久地保持砂輪的形狀，從而保證工件較高的形狀精度。當(dāng)采用CBN砂輪時(shí)，可使工件的形狀精度得到進(jìn)一步提高。
　?。?）工件精度穩(wěn)定、加工精度高：
　　由于砂輪上的磨粒是緩慢地逐步切入工件材料，可大大改善磨削條件，減少磨削振動(dòng)。加工砂輪與工件接觸弧長(zhǎng)，可使磨削振動(dòng)衰減，減少顫振，使工件表面波紋及表面應(yīng)力減少，不易產(chǎn)生磨削裂紋。因此，工件的精度比較穩(wěn)定，加工精度高，型面磨削精度可達(dá)2-51.zm，粗糙度一般可達(dá)Ra0.631.zm，
　　有的可達(dá) Ra0.161.zm。
　　（4）磨削力和磨削熱較大：
　　參與磨削的磨粒數(shù)量隨著切深的增加而增加，而金屬切除率相應(yīng)得到提高，磨削力和磨削熱隨之增加。在磨削過(guò)程中，砂輪與工件表面接觸弧長(zhǎng)，磨削液難以進(jìn)入磨削區(qū)，工件易于燒傷。因此，應(yīng)正確選擇砂輪和采取減少磨削力與磨削熱的技術(shù)措施。
　　（5）緩進(jìn)給磨削在加工淬硬材料、耐磨合金和陶瓷材料等難加工材料方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，且加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生毛刺。
　?。?）工具費(fèi)用低：
　　緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削中所消耗的工具只有砂輪和修整器，其費(fèi)用比其它加工方式中的刀具購(gòu)買、貯存和維修等費(fèi)用低得多。
　　（7）節(jié)約加工費(fèi)用，縮短交貨周期：
　　緩進(jìn)給強(qiáng)力磨削可以從原材料直接加工到所需尺寸，省去了鑄造、鍛造或擠壓等制坯及精加工節(jié)省了加工及庫(kù)間搬運(yùn)費(fèi)用，縮短了交貨周期。
　　無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑制作強(qiáng)力樹(shù)脂磨具的基本工藝
　　1、增強(qiáng)材料的制作：用表面處理過(guò)的短切纖維（玄武巖纖維、芳綸纖維等）加無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑（纖維：結(jié)合劑=1:1～5）經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成糊狀，這樣的纖維長(zhǎng)度約為0.1～1㎜、寬度0.1～0.3㎜；把處理過(guò)的增強(qiáng)材料按一定比例加入無(wú)機(jī)高分子結(jié)合劑攪拌均勻。
　　2、把加入增強(qiáng)材料的結(jié)合劑、磨料、填料按一定比例添加，按工藝要求混料。
　　3、成型、固結(jié)、加工、產(chǎn)品。
　　砂輪設(shè)計(jì)問(wèn)題。在砂輪設(shè)計(jì)制造中應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：首先應(yīng)考慮材料加工表面的精度，然后選擇合適的磨料和粒度以及混合磨料的使用。其次是砂輪所受到的壓力、抗沖擊性和使用壽命。此外選擇適量的結(jié)合劑、填料也很重要，應(yīng)考慮相互間的匹配。另外還有砂輪的磨削比也是一個(gè)重要的參數(shù)。