磨料 产业链
磨料 百科
磨料是锐利、坚硬的材料，用以磨削较软的材料表面。磨料有天然磨料和人造磨料两大类。按硬度分类有超硬磨料和普通磨料两大类。磨料的范围很广，从较软的家用去垢剂、宝石磨料到最硬的材料金刚石。磨料是制造每一种精密产品所必不可少的材料。许多天然磨料，已被人造磨料所代替。除金刚石外，天然磨料的性能都不太稳定，不过仍有其使用价值。金刚石是硬度最高的磨料，产地以南非为主，占世界总产量的95%，其馀为巴西、澳大利亚、圭亚那和委内瑞拉等地。工业用金刚石从灰白色到黑色不等，经碾碎後可制砂轮、砂带、抛光轮和研磨粉等。
简介
天然刚玉的化学成分为氧化铝，主要产地南非，用它抛光和研磨玻璃。金刚砂也是氧化铝的一种天然形式，一般说来，它不如刚玉纯，主要产地希腊、土耳其，多用来制砂布或砂纸。石榴石磨料用于喷砂、水刀切割、制造涂附磨具、滤料、耐磨地坪骨料等，多应用在五金、钢材、铸件、陶瓷、铝材、木材、皮革工业方面。燧石通常用于制作砂纸。石英是最早的砂轮用料，至今仍有用于制造刀具和加工玻璃。浮石来源于火山，是制造抛光粉的原料。矽藻土为抛光粉和油石的配料。其他天然磨料还有滑石、矽石、长石、黑矽石和白垩等。
生产工艺
从1970年代起，已大量生产人造磨料，其中最主要的有碳化矽和氧化铝两种。碳化矽俗称金刚砂，将纯矽石砂与焦炭混合加入少量木屑后，放入电炉中，在2,200～2,480℃焙烧约36小时而制得。氧化铝俗称刚玉，工业上常用电弧炉加热熔化铝矾土制成，雪白透明的用作热敏金属的磨料，黑色的用于加工铸件和钢材。人造金刚石砂轮是硬度最高的磨具，为硬质合金刀具的刃磨所必需。人造金刚石还可制成各种形状和大小的工具，以适用于切割玻璃和陶瓷。碳化硼的硬度高于碳化矽，不适用于制作砂轮，在抛光硬质材料时可用它代替价格昂贵的金刚石。立方碳化硼的硬度是碳化矽的两倍，氧化铝的2.5倍，用它磨削某些工具钢很有效。
抛光磨料
金刚石
极高的硬度，颗粒外形尖锐锋利，对于不同硬度的材料都具有很好的磨削作用，对于存在软硬相差悬殊的不同相的合金试样抛光效果较好。此外，金刚石抛光磨料磨削寿命长，切削能力高，因而磨料消耗少，同时还可以使试样表面基本不产生形变扰乱层。
氧化铝
硬度很高，与被抛光材料一般不发生化学反应。氧化铝抛光磨料是一般钢铁试样常用的抛光磨料。但它不宜用于抛光铝及铝合金，因为氧化铝磨料容易使铝表面晦暗且产生腐蚀坑。
氧化铬
抛光能力弱于氧化铝，可以用作钢铁试样的最终抛光。
氧化铁
可以获得极光亮的表面，但同时容易产生变形扰乱层，且会将非金属夹杂物从试样金属基体中曳出，使用很少。
氧化镁
硬度较低，颗粒极细，具有尖锐的外形和良好的磨削刃口。它比较适用于铝、镁及其他非铁金属及合金试样的最终抛光。它对钢铁试样中的非金属夹杂物曳出作用小，因此特别适合于夹杂物检验和铸铁石墨试样的抛光特别有利。
特性
磨料的重要性能之一是它的硬度，它必须比待加工材料更硬，常用莫氏硬度计测定各种磨料的硬度。磨料的另一重要性能是韧性或体积强度。可改变原料的混合量、纯度、粒度和晶体结构等来控制这一性能，以适合于各种应用。
磨料制品的制造，除粉状滑石和氧化铁外，所有原料均需压碎和筛选，筛选粒度应为4～900,即直径约6毫米(公釐)到6微米(1公釐的千分之一)或者更细。砂轮是最主要的磨料制品，由磨料和结合剂按一定比例混合，经模压成形後烧结而成，最後还必须进行整形、平衡和超速试验。砂布和砂纸为另一种产量较大的磨料制品，是由磨粒黏结在基层材料(布或纸)上，经干燥後裁切成不同规格的制品。其他为粉状或粒状磨料，在筛选後，需经一定的工艺处理，如研磨或抛光用磨料，通常加以矿物油膏或蜡等辅料，以适应不同工作条件的需要。
应用领域
磨料在工业上应用非常广泛，特别是加工高精度或低粗糙度的零件或特别硬的零件时，磨料和磨具是必不可少的。此外，对于刀具的刃磨和坚硬材料的切割，砂轮也是必不可少的工具。在汽车制造业中，活塞环与气缸、阀门与阀座的紧密配合，变速器和齿轮的精度等，都要用磨料和磨具加工，才能保证。其他有关的新制品，如塑性黏结滚磨机用介质，为大量零件的去毛刺节省时间，提高了生产率。
磨料的生产技术已有显著的进步。金刚石砂轮的效率较14年前已提高4倍；轧钢厂用的氧化锆-氧化铝砂轮的总成本只为1948年的25%，速度提高了7倍。当前的问题是有关磨削作用的基础理论尚未清楚，有待于研究；制品的规格复杂，品种繁多，不易简化。
人造磨料
人造磨料产品主要分为刚玉磨料和碳化硅磨料两大类，具体来说，基本上有以下几种：
1、棕刚玉磨料，主要成分是Al2O3，具有硬度中等，韧性大，颗粒锋锐，价格比较低廉，适合加工抗张强度高的金属。微晶刚玉磨料和黑刚玉磨料都是其派生品种。
2、白刚玉磨料，其硬度略高于棕刚玉，但韧性较差，磨削时易切入工件，自锐性好，发热量较小，磨削能力强，效率高。铬刚玉磨料是其派生品种。
3、单晶刚玉磨料，其颗粒是由单一晶体组成，并具有良好的多棱切削刃，较高的硬度和韧性、磨削能力强，磨削发热量少，缺点是生产成本较高，产量较低，所以价格比较高。锆刚玉磨料也是晶体化合物，硬度略低，晶体尺寸较细，耐磨性能好。
4、黑碳化硅磨料、绿碳化硅磨料、立方碳化硅磨料、铈碳化硅磨料等，属于碳化硅磨料，主要成份是碳化硅SiC，硬度高，脆性大，磨粒锋利，导热性较好，耐磨性较强，比较适合加工硬脆的金属及非金属产品。
适合机械，电子，金属零部件，五金，工具，汽车配件，仪器仪表，铸造，医疗，工艺饰品等行业产品的表面去毛刺,倒角，去氧化皮和表面抛光。
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超硬磨料
超硬磨料磨具以其优良的磨削性能，现已广泛用于磨削技术各个方面，并成为超精密磨削、高效率磨削、难加工材料磨削、高精度成形磨削、磨削自动化和无人化等技术进步的基础。
金刚石和CBN磨料由于它们在加工材料适应方面的互补性，使由它们所构成的磨具可加工范围大为扩展，覆盖了包括各种高硬、高脆、高强韧性材料的几乎全部被加工材料。
金刚石磨具是磨削硬质合金、光学玻璃、陶瓷和形容词石等硬脆材料的最佳磨具，但因其在700℃~800℃时容易碳化，所以它不适于磨削钢铁材料及超高速磨削。CBN磨料的出现导致磨削技术的革命，它能承受1300℃~1400℃的高温，对铁族元素化学惰性大，导热性好，磨钢料时的切除率高，磨削比大，磨具寿命长，是磨削淬硬钢、高速钢、高强度钢、不锈钢和耐热合金等高硬度韧性大的金属的最佳磨料。此外，CBN磨具还适用于超高速磨削，金属基体CBN磨具线速度超过250m/s也会不破碎。
CBN磨具的广泛使用主要是近几年各种高效高性能CNC磨床问世，以及磨具制造技术的进步，开发出了性能优异的单层电镀和高温钎焊等新磨具，促使了磨削技术的发展，其中尤以高效点磨削新工艺更受人们的青睐。
点磨削（Quickpoint Grinding）是由德国公司首先推出的。它是利用钎焊CBN薄砂轮（宽度只有几mm）和超高砂轮线速度（120m/s~180m/s，高的可达200m/s~250m/s）来实现的。加工时使砂轮轴线与工件轴线在水平方向上形成一定倾斜角，以使砂轮与工件之间理论上的线接触变成点接触。这样可大大减少磨削接触区面积，而极高的磨削速度既可使磨屑变薄、磨粒负荷减轻，又可使热量来不及传到工件和砂轮上，几乎都被磨屑所带走，提高工件加工精度和表面质量。使用表明，点磨削的磨削比大，砂轮寿命长，修整频率低，材料切除率高，同时由于它采用和NC车床一样的两坐标联动来实现复杂回转体零件的表面磨削，一次安装能加工出外圆、锥面、曲面、螺纹、台肩和沟槽等所有外形，比切入磨削有更大柔性，同时冷却效果极佳，磨削温度低，甚至可以真正实现干磨削，目前该工艺已在我国上海大众汽车有限公司桑塔纳轿车生产线上使用，取得了显著的经济效益。
物理性质
磨料的粒度
磨料的粒度指的是磨料的颗粒尺寸。磨料可按其颗粒尺寸的大小分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四组。其中，磨粒和磨粉这两组磨料的粒度号数用每一英寸筛网长度上的网眼数目表示，其标志是在粒度号数的数字右上角加“#”符号。比如240#，是指每一英寸筛网长度上有240个孔，粒度号的数值越大，表明磨粒越细小。而微粉和超微粉这两组磨料的粒度号数是以颗粒的实际尺寸来表示的，其标志是在颗粒尺寸数字的前面加一个字母“W”。有时也可将其折合成筛孔号。例如W20，是表示磨料颗粒的实际尺寸在20μm~14μm之间，这和筛孔号为500#。
在各种磨料的粒度中又有粗、中、细不同的颗粒。中粒是研磨粉中的基本粒度，是决定磨料研磨能力的主要因素，在粒度组成中占有较大的比例。实践证明：经过离心分选后的研磨粉其研磨能力将比分选前提高20%。细粒在研磨中起很小的磨削作用，粒度除对研磨工件的质量不利外，而且还会降低研磨效率，应在粒度组成中尽量减少它们的数量。因此，从研磨的效率和工作的质量来说，都要求磨料的颗粒均匀。粒度在12#~80#的磨粒组，颗粒尺寸较大，不适用于作研磨加工的磨料。
磨料的硬度
磨料的硬度指的是磨料表面抵抗局部外作用的能力，而磨具(如油石)的硬度则是粘结剂粘结磨料在受外力时的牢固程度，它是磨料的基本特性之一。研磨的加工就是利用磨料与被研工件的硬度差来实现的，磨料的硬度越高，它的切削能力越强。
磨料的强度
磨料的强度指的是磨料本身的牢固程度。也就是当磨粒锋刃还相当尖锐时，能承受外加压力而不被破碎的能力。强度差的磨料，它的磨粒粉碎的快，切削能力低，使用寿命短。这就要求磨粒除了具有较高的硬度外，还应具有足够的强度，才能更好地进行研磨加工。
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