了解砂輪的基本原理將幫助你找到合適的砂輪。
作者：喬．沙利文
中文翻譯：SEYA編輯部
了解砂輪的基本原理將幫助你找到合適的砂輪。
砂輪是一種切削工作，是一種以磨料來切削的工具。在砂輪中，磨料與鋸刀中的鋸齒的作用相同。但不像鋸刀只有在邊緣有鋸齒，砂輪的磨料分佈在整個砂輪上。成千上萬堅硬的磨粒在工件上移動，以切除微小的材料碎片。
磨料供應商提供各種產品，來用於金屬加工中的各種磨削應用。選擇錯誤的產品，可能會花費很多的時間與金錢。本文提供了一些選擇最佳砂輪的基本原理。
磨料：砂粒種類
砂輪或其他結合式磨石，有兩個主要成分：
實際進行切割的磨粒，以及將顆粒固定在一起並在切割時支撐顆粒的的結合剤。磨料、結合劑以及兩者之間空隙的比例，決定了砂輪的結構。
要根據與工件材料相互作用的方式，來選擇砂輪中使用的特定磨料。理想的磨料是有保持銳利的能力，並不容易鈍化。當開始鈍化時，磨料會斷裂形成新的尖點。每種類型的磨料都是獨特的，具有不同的硬度，強度，斷裂韌性和抗衝擊性。
氧化鋁是砂輪中最常用的磨料。
通常會被選用來研磨碳鋼、合金鋼、高速鋼、可鍛鑄鐵、鍛鐵、青銅等類似的金屬。氧化鋁磨料有很多不同的類型，每種都是為特殊類型的研磨作業專門製造和混合的。不同的氧化鋁都會有自己的名稱：通常是字母和數字的組合。這些名稱會因製造商而有所不同。
氧化鋯氧化鋁是另一系列的磨料，由氧化鋁和氧化鋯以不同比例混製而成。這種組合產出一種結實、耐用的磨料，該磨料在粗磨應用中（例如在切斷操作中）表現優異。也適用於各種鋼和合金鋼材。
與氧化鋁一樣，有數種不同類型的氧化鋯氧化鋁可供選擇。
碳化矽是另一種磨料，用於研磨灰口鐵，冷鐵，黃銅，軟青銅和鋁，以及石材，橡膠和其他有色金屬。
陶瓷氧化鋁則是磨料工藝中的最新的重點發展。是通過凝膠燒結工藝製造的高純度晶粒。此磨料能夠以可控的速度，進行微米級的斷裂。進而不斷形成數千個新的尖點。陶瓷氧化鋁磨料非常的堅硬，它主要應用於要求嚴苛的鋼類精密研磨，通常會與其他磨料以不同比例混合，以優化其在不同材料、不同應用中的性能。
粒度：砂粒大小
清楚了磨料的種類，下個問題便是「顆粒的大小」：粒度
每個砂輪都有一個表示該特性的數字。粒度則是指砂輪中單個磨粒的大小。該數字對應一英吋平方大小的篩網中，所含有的目數。換句話說，數字大表示磨料通過的篩孔較小。（磨料較細）
較小的數字（例如10、16或24）表示砂輪使用的磨料較粗。顆粒越粗，能去除的工件碎屑就越大。較粗的磨料可用於快速去除工件體積，但表面粗糙度較差。
較大的數字（例如70、100和180），則表示砂輪使用的磨料較細。細砂輪適用於要求精細的表面粗度、接觸面小或堅硬、易碎的材料加工上。
結合劑
為了使砂輪中的磨料能有效地切割，砂輪必須具有適當的結合力。結合劑是將磨料黏結在一起的材料，為了讓磨料能有效地進行切削。隨著磨粒的鈍化和脫落，結合劑也必須被磨損掉，才能露出新的尖銳磨料。
★結合劑種類
一般砂輪中主要使用的結合劑有三種：每種類型都能賦予砂輪不同的磨削特性。結合劑種類的選擇，取決於砂輪的運行速度、研磨的類型、所需的精度和要研磨的材料特性等因素。
大多數砂輪都是用陶瓷結合劑所製成，陶瓷結合劑是以特殊的粘土混合組成。在製造砂輪的窯中，粘土和磨粒會在高溫下融化成熔融玻璃狀態。冷卻過程中，陶瓷會形成鏈接，讓每個磨粒緊緊相鄰，並在研磨時支撐磨粒。
用陶瓷結合劑製成的砂輪非常堅固、強韌且多孔。能快速去除材料切屑，並可精確研磨至所要求的精度。陶瓷結合劑砂輪不受水、酸、油或溫度變化的影響。非常堅硬，但同時又像玻璃一樣易碎。同樣會因為研磨的壓力而碎裂。
一些結合劑是由有機物質製成的。這些結合劑會在研磨熱的作用下軟化。最常見的有機結合劑則是合成樹脂製成的樹脂結合劑。對於需要快速去除工件體積以及需要良好面粗度的研磨作業，使用樹脂結合劑的砂輪是不錯的選擇。它們被設計為可高速運行，通常用於製造車間、鑄造廠、鋼坯車間以及鋸子的磨尖與磨齒。
另一種有機結合劑是橡膠結合劑。用橡膠結合劑製成的砂輪具有平滑的磨削作用。在需要高光潔度的研磨作業中經常使用橡膠結合剤砂輪。（例如滾珠軸承和滾子軸承座圈）而為了將毛刺與燒傷降至最低程度，也常使用橡膠砂輪作為切割輪使用。
★結合劑種強度：結合力
結合劑的強度，會以特定的等級級距標示於砂輪上。
如果每個磨料顆粒之間的鏈結非常強，對抗阻力的保持性強，則結合力視為等級較硬；若只需要很小的力量就能切斷鏈結，磨粒輕易就可脫落，則視為軟的等級。
砂輪中結合劑的量，會決定砂輪的硬度。結合力硬的砂輪使用壽命較長，應用於大功率機器上的作業，以及接觸面積小或窄的作業。結合力軟的砂輪用於快速移除工件，應用於接觸面積大的作業，或高硬度的材質，如工具鋼和碳化材料。
砂輪本身有許多種形狀，平直形狀的砂輪是我們通常第一個想到的砂輪形狀。
平直形砂輪的研磨面（用於加工的那面）是在砂輪的外圈。平直形砂輪的另一個常見變化是內凹輪。之所以這樣稱呼，是因為砂輪的中心是內凹的，為了砂輪可以安裝在機床主軸法蘭組件上。
而某些砂輪，其研磨面則在砂輪的側面。這些砂輪通常以其獨特形狀來命名。如：圓柱砂輪、杯形砂輪、盤形砂輪。以側面為切削面的砂輪，通常用於切削工具的齒溝或和其他難以觸及的表面。
另有時候會將各式形狀的砂輪排列組合成一個砂輪的型態，這些產品叫做塊狀砂輪或角砂輪。
帶柄砂輪是具有特殊形狀的小型砂輪，常見的有圓錐形狀或塞子形狀。砂輪固定在金屬軸上。它們多用於手持工具或精密的內部研磨作業。 、
綜合上述
為了選擇最適合當前工作的砂輪，必須考慮許多因素。
首先要考慮的是①要研磨的材料。這決定了砂輪所需要的磨料種類。例如，研磨鋼或合金鋼，應使用氧化鋁或氧化鋯氧化鋁來研磨。研磨鑄鐵、有色金屬和非金屬材料，會選擇碳化矽磨料。
堅硬、易碎的材料，通常需要粒度更細、硬度柔軟的砂輪。因為硬的材料會抵抗磨粒的切割並使其容易變鈍。所以細粒度搭配較軟的硬度，可使磨粒在變鈍時快速脫咯，馬上露出尖銳、鋒利的新磨粒。相對的，對於柔軟、易延展且易於切割的材料，應選擇粗粒度且硬度較硬的砂輪。
而②去除量也是一個考量的重點。
粗粒度的磨料可以快速削除工件體積，因為它們具有更大的穿透力和更大的切削力。但若是很難切入的材料，砂輪粒度細一點，切削效率會更好，因為有更多的尖點可以進行切削。
陶瓷結合劑的砂輪，切削效率高。但若是預計去除量小或者對表粗度要求較高，則應選擇樹脂、橡膠或蟲膠粘合劑的砂輪。
另一個會影響結合劑選擇的因素是③砂輪運行速度。
通常，陶瓷結合劑砂輪的使用速度，會低於6,500ft/min。（33m/s）太高速度，陶瓷結合劑會破裂。
有機結合劑的砂輪，使用速度約為每分鐘6500~9500ft/min。（33~48m/s）若要以更高的速度作業，則需要經專門配製的高速砂輪，才能進行高速磨削。
在任何情況下，都請勿超過標示在砂輪上最高安全線速度。
單位可能是RPM或每分鐘表面英呎ft/min（台灣常用是公尺/秒＝m/s）
再來選擇砂輪也需要考量：④砂輪和工件之間的研磨接觸面積。
接觸面積較大，會使用粗粒度且較軟的砂輪。這樣可以確保，在阻力負載較大的大面積研磨下，仍然保持正常且相對低溫的研磨。研磨面積較小，則會使用細粒度且硬度高的砂輪，以承受較大的單位壓力。
接下來，⑤研磨工件的嚴苛程度也是要考量的重點。
是指在砂輪和工件之間的壓力。有些磨料會被設計應用於研磨鋼或合金鋼，得以承受較為嚴格的磨削條件。
⑥磨床的功率（馬力）也需要被考量進來。
通常，較硬的砂輪需要使用功率高的磨床。若是功率小於砂輪直徑，就使用軟一點的砂輪。如果功率大於砂輪直徑，則選擇較硬的砂輪。
保養與安裝注意事項
- 砂輪的搬運、安裝和使用，必須採取適當的預防和保護措施。
- 應當適當的保存，以避免被碰撞或被腐蝕，而造成損壞。
- 儲藏空間應有穩定的溫度與濕度，避免因為極端的溫度或濕度變化，而損壞砂輪的結合結構。
- 打開包裝後，應立即檢查所有新砂輪，以確保它們在運輸中沒有損壞。
- 使用過的砂輪在收回倉庫時，也要仔細的檢查過。
- 拿取砂輪時應小心避免摔落或碰撞，因為這可能導致砂輪損壞或破裂。
- 砂輪要以搬運的方式移動，而不要以滾動的方式。
- 若是砂輪太重無法手動搬運，請使用配有緩衝墊的推車、貨車或堆高機，以免過程中損壞。
- 在安裝陶瓷砂輪時，請按照美國國家標準協會的《 B7.1砂輪的使用，保養和保護安全規範》中的說明進行「環形測試」。
- 環形測試是在檢測砂輪上是否有裂紋。 破裂的砂輪是不能使用的。
- 最明智的預防措施就是，確定磨床的主軸轉速不超過砂輪的最大安全速度。
- 務必使用內孔尺寸合適主軸的砂輪，不可強行塞入。
- 也切勿嘗試擅自更改砂輪內孔。
- 使用合適且乾淨的法蘭，其直徑至少為砂輪直徑的三分之一。
- 法蘭軸承的表面必須平整、沒有毛刺或污垢堆積。
- 只要將主軸的螺母擰緊至足以固定砂輪即可，而不要擰得太緊。
- 若是使用固定方向的砂輪，請依照砂輪上標記的箭頭，確保旋轉方向與主軸同向。
- 在操作機器之前，請務必確保所有砂輪和機器的護罩都已安裝定位，所有蓋板都要關緊。
- 固定好砂輪並確定好防護裝置後，打開機器，後退一步，讓砂輪以作業速度運轉至少一分鐘，再開始研磨。
- 正確使用砂輪的研磨面，例如：平直形砂輪的研磨面就僅限邊緣面，杯型砂輪僅用側面研磨。
- 研磨時控制砂輪與工件接觸面沒有碰撞或彈跳，平緩地切進。
- 當磨床明顯減速或工件變熱時，切勿強行研磨。
- 磨床安培計可以作為磨床性能的正確指標。
- 如果在使用過程中砂輪破裂，請先仔細檢查磨床的保護罩是否損壞。另外，也要檢查法蘭、主軸和安裝螺母，確保它們沒有彎曲、彈起或以其他方式損壞。
分析整個作業系統
砂輪只是作業系統中的一部分。全部的作業系統是由砂輪、機床、工件材料和操作條件所組成。
彼此環環相扣，因此，若想要優化研磨的性能，就需要選擇最符合所有作業條件的砂輪。
本文作者；喬．沙利文（馬薩諸塞州伍斯特市諾頓公司高級產品經理）
原文連結：https://www.mmsonline.com/articles/choosing-the-right-grinding-wheel
補充資料：什麼是超級磨料？
什麼是超級磨料？
超級磨料是磨料中的特殊類別。用來研磨最堅硬、最具挑戰性的工件材料。
像是碳化物、高速鋼、PCD、PCBN、陶瓷和其他一些用於製造切削工具的材料，這些材質硬度幾乎與
傳統磨料一樣高，因此要研磨這些材質，就需要這些特殊的磨料，即金剛石和CBN（超級磨料） 。
這些材料具有極高的硬度，但價格會比傳統的磨料（碳化矽和氧化鋁）還要貴。因此，超級磨料砂輪的結構會與一般磨料砂輪不同。
不像一般傳統磨料砂輪，整顆都是由磨料所組成。超級模料砂輪只有切削邊緣有磨料，磨料黏結在金屬內盤上，以這樣的方式形成砂輪的形狀。
超級磨料的粒度表示與一般砂輪一樣（通常為#46~#2000），和一般砂輪一樣，超級磨料砂輪可以透過不同的硬度等級和集中度（結合劑中的含砂量）來製作成符合作業條件的砂輪。
超級磨料砂輪中，有四種類型的結合方式。
使用①樹脂結合劑的超磨料砂輪，切割速度極快且溫度低。它們非常適合磨多尖的齒刀具和鉸刀，並且適用於所有精密磨削操作。樹脂結合劑是最常應用於超級磨料砂輪的主要結合剤
②陶瓷結合劑的超磨料砂輪，則有快速切割及耐磨的特性。它們通常被應用於大量生產的作業上。
③金屬結合劑的超磨料砂輪，使用於研磨或切割非金屬材料、塑料或其他切割工具無法加工的半導體材料。
超磨料砂輪。④單層電鍍當需要快速清除工件和需要形成複雜形狀時，則可使用
本文經同意翻譯轉載自MMS網站(https://www.mmsonline.com/)
SEYA擁有中文翻譯所有權，欲轉載至外部網站，請註明出處
產品訂購或報價歡迎聯繫SEYA
SEYA客服時間：週一至週五 9:00~18:00
Youtube:https://reurl.cc/n586k1
更多優惠資訊:➜https://linktr.ee/seya.com.tw
海外服務:➜https://api.erweicaihong.cn/YMF0
歡迎加LINE ID:53248678
電話：04-22950405
本文由砥礪琢磨原創，如需轉載，請註明出處。
