1.砂轮的组成和特性
砂轮是由磨料和粘结剂组成的多孔体。砂轮的特性包括磨料及其粒度、粘结剂以及砂轮的硬度、组织及形状等内容。在磨削时，应该根据具体条件选用合适的砂轮。
（1）磨料 组成砂轮磨粒的材料，称为磨料。磨料直接担负着切削工作，经常受到剧烈的摩擦、挤压和高温的作用。因此，必须具有高的硬度、耐热性及一定的韧性，同时还必须具备能形成切削刃的棱角。
常用磨料的种类有氧化铝、碳化硅及超硬类三大类。氧化铝（Al2O3）也称为刚玉，刚玉类磨料韧性较好，但硬度较低，适合于磨削强度高、韧性大的材料；碳化硅类（SiC）硬度高，磨粒锋利，脆性大而强度较低，适用于磨削脆性材料。超硬类是指金刚石类的磨料。
各种常用磨料的性能见表13-85。
表13-85 常用磨料的性能
（续）
磨齿机上最常用的磨料是刚玉类磨料。
棕刚玉又称普通氧化铝，用它制成的陶瓷结合剂砂轮通常为蓝色或浅蓝色。棕刚玉抗弯强度高，能承受较大的磨削力，价格低，应用广泛，适用于磨削碳素钢、合金钢、可锻铸铁等。
白刚玉含氧化铝的纯度极高，呈白色，因此又称白色氧化铝，白刚玉比棕刚玉硬而脆，磨粒锋利。在磨削过程中，磨粒不易磨钝，磨钝的磨粒也较易崩碎而形成新的锋利的刃口。白刚玉的磨削性能较强，磨削热少，磨削力小，可减小工件变形，避免磨削表面产生烧伤、裂纹，适用于精磨各种淬硬钢、高速钢、高碳钢及容易变形的工件。因此，白刚玉常用于刃磨各种高速钢刀具。白刚玉价格高于棕刚玉，不宜用于粗磨。
单晶刚玉的颜色因含杂质的不同而呈浅黄色或白色。单晶刚玉的每颗磨粒其本上是球状多面体的氧化铝单晶体，锋利多棱，在制造过程中，不像其他磨料需要经过机械粉碎，因此磨粒内部不存在伤痕和残余应力，硬度和强度都比白刚玉略高，且砂轮有较高的耐用度。用单晶刚玉制造的砂轮在磨削不锈钢和高钒高速钢等韧性较大、硬度较高的钢材能获得较好的效果。
铬刚玉其硬度与白刚玉相近，而抗弯强度比白刚玉好，用它磨削韧性好的材料，如不锈钢、高钒高速钢时，砂轮的耐用度和磨削效率比白刚玉高。同时，这种砂轮能较长久地保持砂轮表面磨粒的等高性，即在同一圆柱面或端平面的面积上有较多的切削刃，在相同条件下，磨削表面的粗糙度值较小。铬刚玉价格较高，不宜用于粗磨，适于磨削量具、高速钢刀具以及成形磨削，是目前磨齿机中应用较广泛的一种磨料。
（2）粒度 粒度是指磨料的粗细程度。粒度是用来表示磨料颗粒几何尺寸的大小。
传统的粒度有两种标记方法（GB/T 2477—1983）：①用筛选法来这分较大的磨粒（制造砂轮用），以每英寸长度上的筛孔数目标记，如60#粒度是指可以通过每25.4mm（1in）长度上60个筛孔的筛网，但不能通过70个筛孔的筛网。因此，用这种方法标记的粒度号数越大，颗粒越细。②用显微镜测量来区分微细的磨粒（称微粉，主要供研磨用），以其最大尺寸（μm）前缀代号W标记，因此，用这种方法标记的粒度号数越小，则磨粒越细。
现行国家标准GB/T 2481.1—1998《固结磨具用磨料 粒度组成的检测和标记 第1部分：粗磨粒F4—F220》（eqv ISO 8486-1：1996）标记方法与以上第一种方法一致，如F60粒度对应老标准的60#粒度。GB/T 2481.2—1998《固结磨具用磨料 粒度组成的检测和标记 第2部分：微粉F230-F1200》（eqv ISO8486-2：1996）微粉粒度分级采用沉降法检验，粒度号数越大，颗粒越细。由于检验方法、等级划分和判别界限发生较大变化，新的“F”微粉系列标号与传统的“W”微粉系列标号含义完全不同，没有准确的对应关系。
通常粒度选择主要依据是工件所需的表面粗糙度（一般情况下，砂轮粒度号与可以达到的表面粗糙度见表13-86），同时也需要考虑其他一些因素（如磨削效率、材料特性等）。选用小的粒度号（粗粒度）可以提高磨削效率，但磨削表面粗糙度增高。小粒度号的砂轮经过特殊的修整也可磨出低的表面粗糙度，但经济性不及采用大粒度号（细粒度）砂轮。
表13-86 表面粗糙度与砂轮粒度的近似关系
注：GB/T 2481.1—1998“F”粗磨粒粒度分为26个粒度号，即F4、F5、F6、F7、F8、F10、F12、F14、F16、F20、F22、F24、F30、F36、F40、F46、F54、F60、F70、F80、F90、F100、F120、F150、F180、F220（与GB/T 2477—1983中磨粒粒度4#～220#对应）；GB/T 2481.2—1998“F”微粉系列分为11个粒度号，即F230、F240、F280、F320、F360、F400、F500、F600、F800、F1000、F1200（磨粒粒度范围大致对应GB/T 2477—1983中W50～W3.5）。
粗粒度砂轮适用于：
2）进刀量大的场合。
3）表面粗糙度要求不高的场合。
4）磨削接触面大的场合。
细粒度砂轮适用于：
1）材质较硬，脆性较大的材料，如硬质工具钢、玻璃等。
2）表面粗糙度要求高的场合。
3）磨削接触面小的场合。
（3）粘结剂 粘结剂的功能是将分散的磨粒粘在一起，粘结成具有一定形状和足够强度的砂轮。砂轮能否耐腐蚀、承受冲击，能否在高速下工作而不致碎裂，以及能否耐磨等特性，都取决于粘结剂的性质和使用数量。
目前磨齿机上用的砂轮的粘结剂，基本上都是陶瓷粘结剂（代号V，旧代号A）。
陶瓷粘结剂是由耐火粘土、水玻璃等配制而成的一种无机粘结剂，它的性能稳定，耐热、耐蚀性好（不怕水、油、普通的酸和碱），砂轮气孔率大，不易为切屑所堵塞，能很好地保持砂轮的廓形，可用于干磨，而且价格低。陶瓷粘结剂的缺点是：脆性大、弹性差，不能承受大的冲击力和侧面推力，所以不能经受剧烈的振动。一般陶瓷粘结剂在35m/s以内的速度下使用，再高的速度，需要用特殊的陶瓷粘结剂。
除了陶瓷粘结剂外，还有树脂粘结剂（代号B，旧代号S）、橡胶粘结剂（代号R、旧代号X）等，它们在磨齿机上使用不多。
树脂粘结剂是由苯酚及甲醛溶液制成的有机粘结剂，强度高，弹性、自砺性好，耐热、耐蚀性差。一般用于高速、精磨、抛光的场合，有时也用于珩磨。树脂粘结剂砂轮的线速度可用到45m/s左右。树脂结合剂存放时间，从出厂日起以一年为限，过期可能变质，要重新检查方可使用。
橡胶粘结剂多采用人造橡胶，与树脂粘结剂相比，具有更好的弹性和强度，但耐热性差。多用于制作无心磨导轮和切割、开槽用砂轮，砂轮线速度可用至65m/s左右。
菱苦土粘结剂也是一种无机粘结剂，使砂轮自励性好，磨削热少，用于磨削导热性差的材料。
（4）硬度 砂轮的硬度是指砂轮在工作时，磨粒受切削力的作用，从砂轮表面上脱落的难易程度（也就是指粘结剂粘结磨粒的牢固程度，砂轮的硬度和磨粒的硬度是两个完全不同的概念）。
砂轮的硬度大，表示磨粒不容易从砂轮上脱落；相反，砂轮的硬度小，表示磨粒容易从砂轮上脱落。砂轮的硬度直接影响砂轮的磨削质量和生产率，如果砂轮太硬，磨钝的磨粒不易脱落，磨削效率低且磨削的齿面粗糙，容易烧伤；如果砂轮太软，则磨粒容易脱落，砂轮损耗大，形状不易保持，影响加工精度。表13-87是我国规定的砂轮硬度等级与代号。
表13-87 砂轮的硬度等级与代号
正确选择砂轮硬度的原则如下：
1）加工软材料时，要选较硬的砂轮，加工硬材料时，要用较软的砂轮。
这是因为软材料容易磨削，砂轮工作表面的磨粒不易磨钝，为了不使砂轮上的砂粒在未磨钝前就脱落，砂轮就要选硬一点。而工件材料硬时，砂粒容易磨钝，这时为了保持砂轮的切削性能和不烧伤工件，需要使磨钝的砂粒较快脱落而突出新的锋利砂粒（这种性质，称为砂轮的自砺性），砂轮的硬度就要低些。例如，磨淬硬的合金钢和高速钢可选用软2～中软1（H、J、K），未淬火的钢常用中软2～中2（L、M、N）。但在磨削特别软而韧的材料时，由于切屑特别容易堵塞砂轮，砂轮的硬度又要选低一些。
2）磨削导热系数差的合金钢时，工件磨削区域的热量不容易散出，容易使工件烧伤，因此要选软的和组织松的砂轮。
3）砂轮与工件的接触面积大时，工件容易发热变形，砂轮也应选软些。
4）磨削用量大时，磨粒受力较大，应该选用较硬的砂轮，以免磨粒过早脱落。
5）精磨或成形磨削时，为了保持砂轮外形不变，也要用较硬的砂轮。
6）高速强力磨削时，磨粒容易磨钝，应该选择较软的砂轮。
（5）组织 砂轮的组织是指砂轮结构的疏密程度，如图13-44所示。
图13-44 砂轮的组织
根据磨粒在整个砂轮中所占体积的比例，将砂轮的组织分成紧密、中等及疏松三大类13级，见表13-88。
表13-88 砂轮组织分类及分级
组织号大表示磨粒占有体积百分数小，其中的气孔就多。砂轮中的气孔可以容纳切屑，使砂轮不易堵塞，又可以将冷却液或空气带入磨削区域，从而使磨削区域的温度降低，减少工件的发热变形，避免产生烧伤及裂纹。因此，对于质软的有色金属及非金属等的粗精磨常采用大气孔砂轮，它与一般砂轮的区别是其中有较大的气孔（气孔尺寸约0.7～1.4mm）。同时，在磨削一些热敏性大的材料、薄壁工件和干磨工序中（例如刃磨硬质合金刀具和机床导轨等），也有良好的效果。在国产Y7550等内齿轮磨床上使用大气孔砂轮，效果也不错。但过分疏松的砂轮，其磨粒含量少，容易磨钝，增大砂轮消耗，且使工件表面粗糙度值增大。
组织号小表示磨粒占有体积百分数大，组织紧密，故砂轮易被切屑堵塞，磨削效率低，但可承受较大的磨削压力，砂轮廓形易于保持不变，磨削工件的表面粗糙度值较小。
一般说来，紧密组织的砂轮适用于磨削精度较高和砂轮对工件压力大的情况，中等组织的砂轮进行一般的磨削，松组织的砂轮则适用于接触面较大及材料较软的工件，以及砂轮对工件压力较小的情况。
2.砂轮的名称、形状、尺寸、代号及用途(www.xing528.com)
因为被磨削工件的形状和大小不同，所以需要制作成各种不同形状和尺寸的砂轮，但也不可能是一种砂轮只能磨削一种规格的工件。常用的砂轮有平形、筒形、碗形和薄片等，可分别用于磨削内外圆、平面、刀具刃磨及开槽、切割等，有时还可用于清理工件表面的飞边、毛刺，磨齿机砂轮的形状和代号见表13-89。砂轮主要尺寸部分系列见表13-90。
表13-89 磨齿机砂轮的形状和代号
表13-90 砂轮主要尺寸部分系列 （单位：mm）
注：系列1为优先系列；系列2为过渡系列。
砂轮的特性是用国家规定的统一代号标注在砂轮端面上，其代号次序如下：
砂轮形状—尺寸—磨料—粒度—硬度—组织—粘结剂—最高使用圆周速度。
例如：4—400×80×127—A 60 L5 V—35 GB2485，表示该砂轮为：双斜边砂轮（旧代号则标注PSX），外径400mm，厚度80mm，孔径127mm，棕刚玉磨料，粒度F60，中软2硬度，中等5级组织，陶瓷粘结剂，最大磨削速度为35m/s。
3.磨齿机使用的砂轮选择
选择砂轮是磨齿加工中的一个重要环节。砂轮对磨齿过程的影响涉及加工精度、表面质量和磨齿效率，选择时要考虑下列因素：
工件材料的强度、硬度、韧性、导热性；
工件的精度、表面粗糙度要求；
工件的形状和尺寸、磨齿余量；
磨齿方法和磨床结构；
切削液的种类等。
（1）磨料的选择 主要与工件材料及其热处理方法有关。
①未经淬硬或调质的碳素钢、一般合金钢、可锻铸铁的齿轮粗磨，选择棕刚玉磨料。
②经过淬硬或调质的碳素钢、合金钢的齿轮精磨，高速钢齿轮刀具的刃磨，选择白刚玉磨料。
③成形法磨齿、技术要求高的齿轮刀具的刃磨，选择铬刚玉磨料。
④采用高性能高速钢制造的齿轮刀具的刃磨，选择单晶刚玉磨料。
⑤铸铁齿轮选用黑色碳化硅磨料。
（2）粒度的选择
①粗磨允许齿面表面粗糙度大，为了提高磨齿效率，选择较小的粒度号。
②精磨和齿轮刀具的刃磨，允许齿面表面粗糙度小，选择较大的粒度号。
③成形法磨齿时磨削接触面积大，要求选择较小的粒度号，但为了保持砂轮廓形，又要求选择较大的粒度号。在这两种互相矛盾的要求中，一般以后者为主。
④磨削韧性大或导热性能差的材料时选用较小的粒度号。
⑤干磨比湿磨选用较小的粒度号。表13-91为推荐的粒度号。
表13-91 砂轮粒度的选择（F系列粒度）
（3）硬度的选择 主要与加工材料的性质有关。磨削材料强度高的齿轮，磨粒容易磨钝，为了保持砂轮的自砺性，选用较软的砂轮；磨削强度低的齿轮，磨粒不易脱落，为了提高磨齿效率，选用较硬的砂轮。硬度等级推荐按表13-92选择。
表13-92 砂轮硬度的选择
（4）组织的选择 一般选用中等组织号，常用4～7号，疏松组织（9～12号）的砂轮一般较软，加工表面粗糙度值较大，故适用于粗磨。对于软性金属如铝，非金属软材料如橡胶，塑料等宜选择很疏松（10～12号）的砂轮，以改善容屑排屑条件，避免砂轮堵塞。
（5）粘结剂的选择 除非特殊需要选用树脂粘结剂外，磨齿一般都采用陶瓷粘结剂。
表13-93是几种典型磨齿机使用的砂轮选择表，可供参考。
4.砂轮的安装、平衡、存放
砂轮属于高速旋转物体，其线速度很高，尤其是高速切削下的线速度极高，因此，在使用前必须仔细检查安装是否正确、牢固，以免发生振动与破裂，造成人身和设备事故，且影响加工质量。
表13-93 几种典型磨齿机使用的砂轮
（续）
注：1.刀的材料通常是W18Cr4V，淬火硬度63～66HRC，所以应用的磨料大多是白刚玉WA。表中的WA/ZA是白刚玉和铬刚玉的混合磨料，它兼有两种磨料的优点，能获得较好的磨削效果。
2.表中的粒度、硬度有一个范围，可以参照前面所说的选择原则，按工件材料、切削条件等选用，如精磨时粒度应比粗磨时细些，磨硬材料时砂轮选软些等。
3.用成形砂轮磨削时，砂轮与工件的接触面积大，发热大，容易造成烧焦，所以砂轮最好选得软些。但是软的砂轮磨损快，在磨削齿数多的齿轮时，会影响齿轮的精度。这是一个矛盾，所以选择砂轮硬度要综合各种因素来考虑。
4.干磨时（如大平面砂轮型、碟形双砂轮型等机床都是用干磨），散热条件较差，所以砂轮的硬度要低些，组织要松些，粒度要粗些。但是，粒度太粗，又可能使工件表面粗糙度达不到要求，这一点也要注意。
5.锥面砂轮型磨齿机上，砂轮磨损后，不像碟形双砂轮那样可以自动补偿。同时，它又可以湿磨，散热条件较好。所以，选用的砂轮硬度可以比碟形双砂轮的稍高一点，以免它很快磨损。
6.蜗杆砂轮磨小模数齿轮时，粒度要细（模数越小，粗度越细），硬度稍高并且砂轮的粒度和硬度要均匀，否则不容易保证齿形的精度。
7.磨齿机上使用的砂轮，必须经过仔细的平衡，否则磨削时会有振动，影响磨齿光洁程度。有些试验表明，大平面砂轮、锥面砂轮和碟形砂轮，只要经过静平衡就可以了。而蜗杆砂轮，由于它的宽度大，最好要经过动平衡。例如，在莱斯豪威尔ZB型蜗杆砂轮磨齿机上磨削模数1.5mm、齿数80的齿轮，砂轮经静平衡后，磨出的齿形误差为4～7μm，而经过动平衡后，齿形误差可以减少到2～3μm。
（1）砂轮的安装 安装前要仔细检查有无裂纹。将砂轮吊起用木捶轻敲，听其声音，声音清脆和有回音的，是没有裂纹的砂轮；声音嘶哑的、有裂纹及受潮的砂轮，严禁使用。
磨齿机的砂轮一般用法兰盘装夹，砂轮孔与法兰盘轴颈的间隙要适当，一般为0.1～0.5mm。如果砂轮孔与法兰盘轴颈配合过紧，可以修刮砂轮内孔而不可用力将砂轮压入，以免砂轮碎裂。如果配合过松，则砂轮与法兰盘将存在安装偏心，应在法兰盘轴颈上垫一层纸片；如果配合间隙很大，则应重新配制法兰盘。砂轮两端与法兰盘的接触面积要相等，并在法兰盘与砂轮之间两侧都垫上0.5～2mm厚的衬垫。衬垫可用厚纸板，其直径比法兰盘外径略大。
砂轮在法兰盘上装夹并装上磨齿机主轴后，法兰盘锥孔与主轴应有可靠的接触面。
（2）砂轮的平衡 由于砂轮是高速旋转件，且其内部组织的密度可能会存在不一致，外形也不一定是正圆形，为了使砂轮平稳地工作，一般直径较大的砂轮都夹固在法兰盘上，在法兰盘上的砂轮必须经过平衡，才能装到磨齿机上。否则将会引起机床振动，严重影响机床精度和磨削质量。砂轮的平衡一般采用静平衡。如图13-45所示，静平衡是在平衡架上调节装在法兰盘上的平衡块的位置实现的（在砂轮法兰盘的环形槽内装入几块平衡块，通过调整平衡块的位置使砂轮重心与它的回转轴线重合）。
新砂轮必须经过两次平衡。第一次平衡后，将砂轮装在磨齿机主轴上，利用砂轮修整器将砂轮工作表面全部修整后，再拆下进行第二次平衡。有时，砂轮工作一段时间后会发现工件齿面出现多角形振痕，此时需将砂轮拆下重新平衡后再使用。
（3）砂轮的存放 砂轮的存放对砂轮的使用寿命有很大影响。存放砂轮一定要防止受腐蚀、受潮、受压。砂轮受腐蚀后，会使粘结剂粘结牢度降低；受潮后，特别是局部受潮后，砂轮很难平衡；受压后，砂轮会变形。砂轮应分类、分规格存放，以免用错。
图13-45 砂轮的平衡
1—砂轮 2—心轴 3—法兰盘 4—平衡块 5—平衡轨道 6—平衡架
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