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涂附磨具的选择与使用 |
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1、涂附磨具基本知识
1.1涂附磨具的定义和结构
涂附磨具：用粘结剂将磨料粘附在可绕曲的基材上制成的磨具。
涂附磨具的结构，如图1。
涂附磨具的三要素：基材、磨料、粘结剂，如表1。
基材：磨料和粘结剂 的承载体。
磨料：磨具产生磨削和抛光作用的主体
粘结剂：起粘结磨料和基材的作用，使磨具具有一定的形状和强度。
涂附磨具九大特性因素：基材、基材处理、磨料、粒度、植砂密度、粘结剂、粘结强度、形状、尺寸。
1.2 涂附磨具三要素的构成
涂附磨具的“三要素”：基材、磨料、粘结剂。每一个要素都有不同性质和不同的型号材料可供选择。
（1） 基材的分类
基材是涂附磨具中磨料和粘结剂的承载体。是涂附磨具具有可挠曲性的主导因素，也是区别于其它磨具的主要特征。
基材的种类主要有纸、布、钢纸、复合基、无纺布等。
纸：涂附磨具用纸是由特别结实而富有韧性的纤维制成的，按照不同的需要制成不同品质和规格的品种。纸的价格较便宜，一般不需要进行基材处理，用量很大。
在涂附磨具使用中，纸的型号是用定量来划分的，如表2。
表2涂附磨具用纸的型号
| 型号 | A | B | C | D | E | F | H | | 定量（g/m2） | 80 | 100 | 120 | 160 | 220 | 300 | 300 |
布：用纤维为原料，通过纺织构成一定组织而形成的织物。布在涂附磨具的基材中应用最广，柔性好，强度高，但需要进行严格的基材处理；
布因为组织的不同形成不同的类型，涂附磨具用布在目前主要有棉布、混纺布、聚酯布等。
布因为组织的不同形成不同的类型，涂附磨具用布的组织目前主要有1/1、2/1、3/1、4/1等，不同的涂附磨具选用不同组织的布。
在涂附磨具使用中，同纸一样，布是用重量来划分的。目前布的重量没有一个通用的标准，其分类如表3。
表3涂附磨具用布的分类
| 型号 | L | F | J | X | Y | S | | 名称 | 轻型布 | 轻型布 | 中型布 | 重型布 | 厚重型布 | 超重型布 |
钢纸：是由多层棉纤维融合而成的、强度很高的基材。能承受特别高的机械负荷，强度高，伸长小，耐热性好，主要用于钢纸砂盘、异型制品的生产，根据涂附磨具的要求，以厚度选择。
复合基：由纸和布复合而成，综合了纸和布的优点，强度高，伸长极小，主要用来制作高速重负荷砂带，少量制作砂盘。一般根据布基的型号人为轻型复合基、重型复合基二类。
无纺布：将一种或数种纤维采用粘结或机械等方法，使之不经编织过程而具有布匹的外貌和性能，主要用来制作松软的抛光磨具。
（2） 磨料的种类
磨料是涂附磨具产生磨削和抛光作用的主体。
磨料必须具备这些基本性质：一定的硬度，一定的强度，适当的破碎性，一定的理化稳定性。
磨料可分为天然磨料和人造磨料两大类。涂附磨具常用的磨料品种主要有：
棕刚玉（A）：主要成分是α-AI2O3，外观呈棕色或棕褐色，硬度较高韧性好，能承受很大的压力，具有耐高温、抗腐蚀、化学稳定性好等特点，应用非常广泛。
白刚玉（A）：主要成分是α-AI2O3，外观呈白色，硬度高于棕刚玉，性脆，韧性比棕刚玉低，磨料易碎裂，锋利性好。
黑碳化硅（C）：主要成分是SIC，外观呈黑色，硬度高性，性脆，磨料的锋利性好。
锆刚玉（ZA）：主要成分是α-AI2O3和AI2O3-Zr共晶体，外观呈灰白色或灰褐色，具有很好的韧性和耐磨性，适于高速重负荷磨削和难磨金属材料的加工。
另外，还有陶瓷磨料、玻璃砂、石榴石等。
涂附磨具对磨料的化学成分、粒度、颗粒形状、堆积密度、亲水性等专门的要求，涂附磨具所用的磨料要使用涂附磨具专用磨料，即P磨料。
（3） 粘结剂的分类
粘结剂是起粘结磨料和基材的作用，使磨具具有一定的形状和强度。涂附磨具中的粘结剂一般由基材处理剂、底胶、复胶等构成。
基材处理剂 的作用主要是为了改善基材的物理机械性能，保证良好的涂胶植砂质量，赋予产品良好的使用性能。根据产品不同的使用要求，基材 处理分非耐水处理和耐水处理，基材处理剂应与之相适应。
底胶是将磨料粘结在基材上的涂层，起粘结和固定磨料的作用。
复胶是在已固定的磨粒上再涂一层粘结剂，把磨料包围信从而进一步加强磨粒与基材的粘结强度，保证磨粒在磨削过程中能经受磨削力的挤压和冲击而不易脱落的作用。
影响涂附磨具粘结强度的主要因素是粘结剂 的种类和数量。
涂附磨具所使用的粘结剂 主要有：动物胶、合成树脂等。例皮胶、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂等。
动物胶：粘结性能好，使用方便，但不耐水，易受潮。
脲醛树脂：制造简单，成本低廉，粘结性能、防潮抗霉性优于动物胶。
酚醛树脂：粘结强度高，耐水、抗酸、耐候性好，尤其是水溶性酚醛树脂的使用，使之成为涂附磨具工业的最主要的粘结剂之一。
环氧树脂、醇酸树脂：粘结性能好，耐水性好，但需使用有机溶剂，多于耐水砂纸的生产。
1.3涂附磨具的确分类
涂附磨具是由基材、磨料和粘结剂 三部分组成的。根据基材、磨料和粘结剂的不同，涂附磨具可分为众多的品种，具有不同的性能和不同的用途。科学合理的涂附磨具的分类方法是选择涂附磨具时重要依据。
（1） 根据基材和使用方法分类
涂附磨具分为干磨砂布、耐水砂布、干磨砂纸、耐水砂纸
（2） 根据粘结剂和基材处理分类
涂附磨具分为动物胶粘结涂附磨具，树脂粘结涂附磨具，全树脂粘结涂附磨具，耐水涂附磨具四大类。
（3） 根据磨料材质、粒度分类：
磨料材质表示磨料的种类和性能，磨料粒度表示磨粒的大小和分布状态。不同的磨料材质和粒度可分为不同的涂附磨具品种。另外，干磨砂布和耐水砂纸还有一种代号，针对不同粒度，目前市场上还有使用的。
（4） 根据植砂密度分类：
表示涂附磨具表面磨粒的密度。涂附磨具的植砂密度分为密植砂（CL）疏植砂（OP）。
（5） 根据产品形状分类：
涂附磨具根据产品形状可分为：页状、卷状、带状、盘状、异型品。
众多的分类方法，哪种更科学、更直观、更方便呢？我们认为“根据粘结剂 和基材处理分类”合理一些，再与“根据产品形状的分类”相结合，基本上能满足对涂附磨具的描述。
根据粘结剂 和基材处理分类可分为动物粘结涂附磨具，树脂粘结涂附磨具，全树脂粘结涂附磨具，耐水涂附磨具四大类。
动物胶粘结涂附磨具：代号为G/G底、复胶均采用动物胶，低档的基材处理剂，耐热性、耐潮性差，但粘结剂 为水溶性，价廉、制作简单、使用方便。
半树脂粘结涂附磨具：代号为R/G，底胶是动物胶，复胶是合成树脂粘结剂，中低档的基材处理剂，特性介于动物胶和全树脂产品之间。
全树脂粘结涂附磨具：代号为R/R，底、复胶均采用合面树脂，高档的基材处理剂 （不耐水或具有防水性），粘结强度高，耐磨性好，耐热，主要应用于机械磨削。
耐水涂附磨具：代号WP，基材预先要进行耐水或耐油处理，底、复胶采用合成树脂或油漆，适用于在水质冷却液中使用。
1.4砂带的基本知识
砂带就是环状的涂附磨具。由于砂带的产生，才使涂附磨具实现了从手工应用向现代化磨削方式的转变。
砂带分为无接头砂带、接头砂带。
接头砂带分为单接头、多接头、螺旋形接头。接头形式有搭接法和对接法。对接法又分为直结接、S形对接、嵌接。
2、涂附磨具磨削基本知识
2.1涂附磨具的磨削点及适用范围
涂附磨具是由磨料、基材和粘结剂制成的一种柔性磨具。涂附磨具的磨削具有弹性的、高效冷切削的磨削物点，广泛应用于：
（1） 大型的平面厚、薄板材，包括金属带材的加工；
（2） 大批量生产的各种金属、非金属工件的加工；
（3） 复杂型面工件的成型磨削与抛光；
（4） 各种直径的金属管、棒、辊材的外圆磨削、弯曲面磨削、内圆磨削等。
（5） 利用页轮或筒型砂套可以替代抛光轮的抛光；
（6） 盘状产品用于大型壳体、箱体、船体、桥梁等的磨焊缝、去毛刺、大面积除锈等方面，高效、方便、安全。
2.2 砂带的磨削机理
涂附磨具可以理解为具有众多磨粒构成的多刀多刃的刀具。
涂附磨具的磨粒是均匀地分布在基材表面的，基本上是单层分布。涂附磨具所用的专用磨料，其基本粒含量要求较高，颗粒大小均匀，使涂附磨具表面的磨粒有了很好的等高排列。特别是现代化的涂附磨具生产采用静电植砂工艺，保证了磨粒的尖角朝外，磨料定向排列。涂附磨具表面磨粒的定抽排列和等高性，是涂附磨具保持磨削的高效率和冷态磨削的重要因素。
与砂轮磨削的典型区别在于“砂带磨削是通过提高带面垂直负荷（磨削压力），而不是通过提高砂带速度发展起来的。
砂带的线速度一般在15-35 m/s范围内，很少超过50m/s。
砂带在磨削过程中，发生三个不同的过程：滑擦——磨粒在工件上的滑擦，产生了工件材料的弹性变形，耕犁——磨粒引起工件材料的塑性流动，使材料产生挤压式的动动而从磨粒下方向前和两侧挤出，同时切除少量的材料；切削——材料在滑动的前方产生断裂而形成切屑，有相当快的切除率。以上三个过程是相互连接的，其中切削是磨削过程中最有效的形式。砂带磨削机理示意如图2：
2.3砂带的磨削特点及形式
砂带磨削的特点：
（1） 能解决其它磨具无法解决的磨削，职大面积和复杂型面的磨削等。
（2） 磨削效率高，热积累小，散热快，不宜烧伤工件；
（3） 加工表面质量好；
（4） 设备简单，操作方便，使用安全；
（5） 功率消耗少，节省能源。
砂带磨削的基本形式：接触轮式磨削、压板式磨削、自由式磨削，如图3：
2.4影响砂带磨削的因素
影响砂带磨削的因素：
（1） 接触轮：包括其材质、硬度、直径、形状等；
（2） 砂带速度：砂带速度越高，单位时间参与磨削的磨粒就越多，磨削量就越大，光洁度也好；
（3） 砂带张紧力：砂带只有在张紧的状况下才具有磨削加工的能力。砂带张紧力大，磨削量大；
（4） 接触压力：砂带磨削时，只有磨削区有足够的压力，磨粒才能更好地切入加工工件；压力大，磨削量大；
（5） 冷却液：防止烧伤工件，减少砂带的堵塞，提高光洁度；含有活性组分的冷却液还有提高磨削效率的作用。
2.5砂带的非正常磨损及预防
砂带是一种单层磨料的磨具，其性能是由各个部分综合决定的。现代涂附磨具生产工艺对于砂带的基材、磨料、粘结剂及植砂密度等的要求是极为严格的，质量是保证的。砂带的使用不当而造成的非正常磨损损失是非常大的，其示意图如图4。
（1） 堵塞——在磨粒切刃还没有完全磨钝之前，磨粒间隙就被切屑覆盖和塞满，从而使砂带丧失其切削能力。
（2） 粘盖——当一层材料覆盖在磨粒的切刃上，即发生粘盖。
（3） 磨钝——在磨削过程中，虽然磨粒还全部存在，但锋利度已经很差，这是由于磨粒的切刃因磨耗而变钝。砂带的非正常磨损示意图如图4。
3涂附磨具的选择
3.1涂附磨具品种选择原则
涂附磨具按基材分类有五大类：纸、布、钢纸、复合基和无纺布。
涂附磨具按粘结剂 和基材处理分类有四大类：动物胶粘结涂附磨具（G/G），树脂粘结涂附磨具（R/G），全树脂粘结涂附磨具（R/R），耐水涂附磨具（WP），其性能如表4。
（1） 涂附磨具按粘结剂和基材处理分类产品的特点：
动物胶粘结涂附磨具，树脂粘结涂附磨具，全树脂粘结涂附磨具，耐水涂附磨具。
动物胶：粘结性能较好，加工简单，耐热性不好，污染低。
脲醛树脂：制造简单，成本低廉，粘结性级、防潮抗霉性优于动物胶。
酚醛树脂：粘结强度高，耐水、抗酸、耐候性好，尤其是水溶性酚醛树脂的使用，使之成为涂附磨具工业的最主要的粘结剂之一。
表4粘结剂和基材的性能
| 种类 | 粘结剂 | 基材 | 性能 | | G/G | 底胶、复胶均为动物胶 | L、F、J布基A、B、C纸基 | 粘结性能好，使作方便，但不耐水，易受潮、霉变 | | R/G | 底胶为动物胶、复胶为合成树脂（脲醛或酚醛树脂） | F、J布基
A、B、C纸基 | 粘结强度高于G/G产品，防潮抗霉性好。 | | R/R | 底胶、复胶均为合成树脂 | J、X、Y布基
E、F纸基 | 粘结强度高，磨削锋利，耐磨性、耐热性好。 | WP | 底胶、复胶均为合成树脂 | X、Y布基 | 基材耐水处理，耐水性好，布基产品同R/R产品 |
环氧树脂、醇酸树脂：粘结性能好，耐水性好，但需使用有机溶剂，多用于耐水砂纸的生产。
（2） 纸基产品的应用范围
纸：按定量分为A、B、C、D、E、F、H等，其性能与用途如表5
表5纸基产品的性能与用途
| 产品品种 | 纸基型号 | 粘结剂类型 | 性能与用途 | | 页状产品 | A、B、C、D | G/G、R/G、WP | 强度低、平整性好，耐水砂纸耐水性好，可生产超细粒度，多用于手工使用，适用于加工量不大的场所。 | | 卷状产品 | A、B、C、D、E | R/G、R/R、WP | 性能有高有低，可连续加工辊式加工等用途，多用于一些精细磨削。 | | 带状产品 | C、D、E、F、H | R/G、R/R、WP | 轻型产品多为中、窄砂带，用于精细加工；重型产品多为宽砂带，常用于较大强度的加工，其加工工件的表面要求 | | 异型制品 | A、B、C、D | G/G、R/G、WP | 主要是圆形盘，异型砂盘、片等，多用于手提工具，使用方便，品种很多。 |
（3） 布基产品的应用范围
布：按单重分为L、F、J、X、Y等，其产品的性能与用途如表6
（4） 钢纸产品的应用范围
钢纸：按厚度分为0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm等。
0.6mm、0.8mm、1.0mm的钢纸用于不同直径直的钢纸砂盘；
0. 8mm、1.0mm、1.2mm等的钢纸用于钹形页轮。
（5） 复合基产品的应用范围
复合基：按布的重量分为轻型、重型等。
表6布基产品的性能与用途
| 产品品种 | 布基型号 | 粘结剂类型 | 性能与用途 | | 页状产品 | L、F、J | G/G、R/G | 强度低，布基轻薄，柔软，价格便宜，多用于手工使用，适用于加工量不大的场所；少量用于手提工具的使用。 | | 卷状产品 | L、F、J | R/G、R/R、WP | 轻型产品较柔软，用于国细粒度产品，强度适中，多用于精加工和复杂形面的磨削加工，可连续加工、辊式加工等用途 | | 带状产品 | J、X、Y | R/R、WP | 轻型产品多为中、窄砂带，用于精细加工、异型加工；重型产品强度高，布基硬挺，作用于各种宽度的砂带，适用于从抛光到强力磨削的各种用途。 | | 异型制品 | F、J、X、Y | R/G、R/R、WP | 主要是各种砂盘、研磨页轮、磨头、筒形砂套等，多用于手提工具，使用方便，品种很多。 |
表7磨料的应用范围 磨料品种
| 磨料品种 | 磨料代号 | 应用范围 | | 棕刚玉 | A | 适用于加工抗张强度高的金属，如各种碳素钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等，也用于硬质木材及制品的加工 | | 白刚玉 | WA | 适应于加工淬火钢、高碳钢、不锈钢、各种硬度较高的合金钢、有色金属等，良好的锋利性也常用于木材的加工。 | | 黑碳化硅 | C | 适应于加工抗张强度低、韧性大的金属，如黄铜、铝材等，也适应于加工非金属材料，如玻璃、陶瓷异化 岗岩、玉器、塑料、橡胶、树脂板、中纤板、刨花板等的加工。 | | 锆刚玉 | ZA | 适应于加工抗张强度高、韧性大的金属材料，如各种不锈钢、钛合金、耐热合金钢、高钼钢、镍/铬合金、铬/钴/钨合金、青铜、灰铸铁等可锻铸铁、硬青铜等的加工。 |
轻型、重型复合基主要用于制作高速重负荷宽砂带、多接头砂带，少量的用于砂盘的生产。
3.2涂附磨具磨料的选择原则
磨料分为天然磨料和人造磨料两大类
人造磨料主要是刚玉类和碳化硅类。涂附磨具主要使用的是棕刚玉、白刚玉、锆刚玉和黑碳化硅，其应用范围如表7
磨料的选择主要考虑适应于加工工件的性质，磨削硬度高的工件材料时，选择硬度高的磨料；磨削抗张强度高的工件时，选择韧性大的磨料；磨削抗张强度低的工件材料时，选择较脆和强度高的碳化硅磨料。
磨料的选择应注意避免化学磨损。
磨料粒度的选择：
磨料粒度的选择是决定磨削效率和加工效果的关键因素。
使用粗粒度磨料磨削时，磨削量大，磨削效率高，被加工材料表面的粗糙度大；使用细粒度磨料磨削时，被加工材料表面的粗糙度低，磨削效率低，其关系如表9。表9涂附磨具磨料粒度与表面粗糙度关系参考表
 在满足被加工材料表面粗糙度的要求下，应尽可能选择粗粒度磨料，以保证具有较高的磨削效率。
磨料粒度的选择也与工件的材质、磨削条件有较大的关系。
涂附磨具植砂密度选择原则
涂附磨具的植砂密度是表示涂附磨具表面上磨料的分布密度。目前分为：密型（CL）和疏型（OP）。
一般来说，疏植砂产品不易堵塞，适应木材、橡胶、软质金属、油漆面加工等。对于疏植砂产品也不能解决的问题，可用超涂层产品。
3.3根据被加工材料选择涂附磨具
在实际生活中，大多数情况是使用涂附磨具的客户的设备及加工工件都已确定，由我们帮助客户选择一种更合适的涂附磨具品种。根据表10的组合，我们就比较容易进行确认。表10根据被套加工材料选择涂附磨具组合表
 涂附磨具的选择是一个比较复杂的问题，科学的选择是建立在细致、繁锁和大量试验的基础上。目前我国几乎还没有企业去这么做，因此涂附磨具的选择要靠经验的方法，可能要进行多次试用才能确定比较合适的产品。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/29/2004) |
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