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砂輪硬度的檢測方法和相關技術文獻

更新時間:2016-08-25 12:04:08點擊次數:1336次 字號:T|T

今天,我們學習“砂輪硬度”。砂輪硬度是是磨料磨具行業的一個特有概念,指的是“結合劑對磨料的把持強度”(或“磨粒從砂輪上脫落的難易程度”),而物理學硬度的概念是:“材料局部抵抗硬物壓入其表麵的能力”,可見兩個“硬度”是有很大區別的。如果不明白這些,可能有些人就有疑問:“硬磨軟,軟磨硬”,砂輪硬度軟怎麽能夠磨比它硬的工件呢?這就是概念混淆造成的,所以,明白概念是很重要的。

其實,“砂輪硬度”實際上反映了“砂輪的自銳性”。砂輪自銳性是指“磨粒磨鈍後會在磨削力和熱衝擊作用下發生破碎或脫落,從而形成新的切削刃口,使砂輪保持磨削能力。這種砂輪不斷更新磨粒切削刃的作用叫做自銳作用”。砂輪硬,也就是結合劑對磨粒的把持力大,磨粒難以脫落,表現為砂輪磨削時的自銳性差,反之則反。隻是,砂輪硬度是個靜態概念,而自銳性是砂輪磨削時的動態概念,還是有一定區別的,這點要注意。
明白了以上問題,下麵我們正式開始今天的內容。這節課,我們重點講一講“砂輪硬度”的檢測方法和實踐意義。

1、砂輪硬度的檢測方法
砂輪硬度在國外也有叫“結合度”,對硬度的檢測,國內主要有手錐法、噴砂法、洛氏硬度法和音響法。噴砂法適用於陶瓷結合劑和樹脂結合劑、磨料粒度為F36~F150的普通砂輪;粒度為F100~F1200的普通砂輪可以用洛氏硬度法測量。注意:這裏的檢測方法如無特別說明,隻適用於普通砂輪。
1.1
手錐法

手錐法於1926年,最早應用於砂輪硬度檢驗的。這種方法比較簡單,檢驗人員使用鋼錐,手工插入砂輪表麵並回轉,根據感覺和插入的深度判斷砂輪的軟硬,這種方法完全憑檢驗人員的經驗和感覺,無定量數據,精度低,難以數量化的分級硬度。

與這種方法類似的有日本的大越式測試法[1],該方法在日本、加拿大、中國台灣地區都有應用。大越式測試法屬於機械錐測量法,是手錐法的基礎上發展而來的。這種方法對噴砂法不能測量的F36以粗的砂輪也能適用。由於采用了機械結構,使得作用力、回轉角等基本穩定,提高了測量可靠性,並使得測量結果可以數量化,是一種比較合理的測量方法。

與手錐法類似的還有一種劃痕測量法。這種方麵與莫氏硬度的定義方法類似,實踐中拿一個已知硬度的砂輪去劃另一個未知硬度的砂輪,根據對比磨料脫落的多少來判斷孰硬孰軟。日本[2]將其發展為機械劃痕測試法,可以實現定作用力的數量化測量。

前蘇聯磨料磨具標準中規定[3]:使用壓錐法測定橡膠磨具的硬度。這些測量硬度的方法,測量力既取決於結合劑的強度,也取決於磨料的韌性,所以所測量的硬度不能夠反映砂輪固有的硬度特性[4]。
1.2
噴砂法

噴砂法從1931年使用至今,是硬度檢測的主要方法,也是國內普通樹脂、陶瓷砂輪生產廠家使用最普遍的方法。GB/T 2490—2003規定了普通磨具,噴砂硬度機檢驗硬度的方法。它是以一定壓力(1.5kg/cm2)的空氣,把一定粒度、形狀和重量的石英砂,通過直徑為5.5mm,長度為93.5mm的噴嘴,衝擊於砂輪表麵,以衝擊的凹坑深度表征砂輪的硬度。噴砂硬度實質上是石英砂形成單位體積的凹坑所需要的功[5]。由於粗粒度砂輪,靜態下的抗衝擊能力強,衝擊抗較淺,使得測量精度不高。

噴砂硬度法可以很好地對普通砂輪進行硬度分級,行業認知度已經比較高了,在此就不多說了。提醒一點:為保證噴砂硬度計的穩定性、準確性和統一性,石英砂、噴嘴、校準玻璃,以及氣壓等都需要保持穩定,比如石英砂反複使用,可能部分石英砂有裂紋,衝擊時易破碎,造成測量的硬度值比實際的偏軟;噴嘴磨損過大,會造成測量值比實際的偏硬。
1.3
洛氏硬度法

GB/T 2491—2003規定了普通磨具,洛氏硬度計檢驗硬度的方法。這種方法,是使用鋼球(F100~F150,鋼球直徑Φ10mm;F180~F1200,鋼球直徑Φ3.175mm)壓入砂輪表麵,由於砂輪中磨粒、結合劑和氣孔是隨機分布的,洛氏硬度測量值也具有很大的隨機性,為保證測量值的準確,取樣量較多。而且鋼球硬度較磨粒低,使用一定時間就需更換鋼球。
1.4
音響法

音響法是一種較新的方法。這種方法對砂輪沒有損壞,而且與磨粒韌性無關。原蘇聯對音響法檢測砂輪物理性能比較重視,製定了音響法測定薄片砂輪硬度的標準,日本也有使用音響法製定的標準[3]。

音響法實際上是使用砂輪的動彈性模量來建立硬度分級。這種方法是用動彈性模量測定儀,測量砂輪激振後的自振周期,再根據自振周期計算出砂輪的彈性模量E,以E值大小表示砂輪的硬度。因為砂輪,特別是陶瓷砂輪,是脆性材料,理論破壞強度隨E值增加而增加,E值越小,說明砂輪易於破碎,較軟;反之說明砂輪較硬。

音響比較儀和音響動彈儀是兩種應用較多的檢測儀器。其中,音響比較儀是從固有頻率來計算E值而不考慮振動的方式,美國和日本應用較多;音響動彈儀的特點是測量基波的最高共振頻率,主要在歐洲使用。這兩種方法的測量值大致相當,都能反映砂輪的整體特性[6]。

超聲波波動透過法也屬於音響法的一種,它是利用物體中的超聲波傳播速度與縱向彈性模量和密度的關係,從而求得縱向彈性模量。這種方法評定的硬度值反映的是砂輪預定位置,另外要得到正確的縱向彈性模量,需要先測出泊鬆比。

鄭州三磨所在20世紀80年代就開發出“JS38-Ⅱ型數字音頻硬度計”,但由於當時技術發展的局限性,很可惜沒有推廣應用。

2、硬度檢測的重要性
砂輪硬度可以說是砂輪最重要的一個特征,或者說最重要的質量監控點。現在不隻普通磨具廠家,超硬磨具也越來越多地建立自己的硬度體係。通過硬度監控,最重大的意義在於對產品質量的管控。

郭老師為了寫這篇文章,查閱了很多文獻,發現硬度相關的研究文獻多是20世紀70、80年代的, 90年代後幾乎空白。為什麽呢?我想這主要是因為相關的硬度標準工作做得比較好,生產中對硬度研究的需求少了。但我們還是要有這個意識,砂輪質量檢測關係產品質量及穩定性,如有必要,請全檢。還有一個問題,超硬磨具的硬度標準還沒有建立!
郭老師在工作中發現,國外的超硬磨具廠家大多有自己的硬度體係,產品標識上有明確顯示,但國內還未見有硬度標識。為什麽超硬磨具沒有硬度標準呢?就這個問題我曾請教過超協的老秘書長李誌宏老師,李老師說:“沒有這個需求。”確實,超硬磨具工作層薄、工作轉速高、精度高,噴砂法、洛氏硬度等有損檢測不適合,而且效果也不好;超硬磨具主要是精密磨削,加工餘量小,硬度對加工效果的影響更敏感,如果分級,恐怕一級的區間很窄。

但大家請思考,國外同行為什麽要硬度分級呢,他們又是怎麽分級的呢?大家可以留言發表下意見。
硬度分級隻是形式,最重要的是,靠硬度檢測來對砂輪進行質量控製。超硬砂輪的質量控製也需要硬度檢測。2014年中原工學院劉芳老師的《基於聲學原理陶瓷砂輪硬度表征方法的探討》,這篇文章很有價值,建議大家看看。其實,音響法對超硬砂輪的質量控製很有意義,這也是一種可行的手段。郭老師也倡議,行業檢測儀器廠商盡快推出新型的音響法檢測設備。

3、課後語
這節課主要給大家介紹了幾種硬度檢測方法,但更重要的是,讓大家明白通過硬度管控產品質量的重要性。超硬磨具的硬度檢測也是我們行業同仁要思考的,希望大家記在心上。

下一節課,我們將了解磨具三要素之一的“氣孔”。記得關注哦!好,同學們,下課!
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參考文獻

[1]  洪濤.樹脂薄片砂輪硬度機械錐測法的試驗研究[J].磨料磨具與磨削,1985,(5):28-31.

[2]  莊司克雄. 磨削加工技術[M]. 北京:機械工業出版社,2007.

[3]  張長伍.世界主要工業發達國家磨料磨具標準基本情況及發展趨勢[J].磨料磨具與磨削,1995,(2):32-38.

[4]  馬爾金. 磨削技術理論與應用[M]. 沈陽:東北大學出版社,2002.

[5]  洪濤.噴砂硬度計測定磨具硬度量值的統一[J].人造金剛石與砂輪,1979,(3):29-34.

[6]  莫壯南,罔田昭次郎.樹脂砂輪的音響試驗[J].磨料磨具與磨削,1982,(2):38-45.

愛銳網 (編輯:etalin)
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