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轴承磨削加工知识：砂轮产品的质量状况分析
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
作者：上海市机电产品质量检测中心 赵纪明 邓协和 砂轮属于工具范畴，被比喻为“工业的牙齿”，广泛应用于各个行业。 从总体上来讲，近几年砂轮产品抽查的合格率仍属偏低（见表1），存在种种不容忽视的问题，有些问题已严重威胁到人身财产的安全。表1 近6年砂轮产品质量抽查平均合格率及最低合格率 产品名称 平均合格率% 最低合格率% 纤维增强树脂薄片砂轮 59.7 36.4 钹形砂轮 59.5 50.0 平形砂轮 82.8 42.8 橡胶薄片砂轮 94.3 66.7 注：树脂薄片砂轮只抽查一次，金刚石砂轮只抽查两次，暂未列入统计。 平形砂轮、薄片砂轮（树脂薄片、橡胶薄片）、钹形砂轮均是量大面广的产品，也是质量抽查的主要品种。抽查中发现的质量问题也较多，主要集中在回转强度、孔径、硬度、静平衡、形位公差、产品标志等质量特性上。 1 主要质量问题及其危害 1) 回转强度不合格 回转强度是指砂轮旋转中在离心力作用下抵抗破裂的能力，反映了砂轮抗张应力的大小，它是砂轮制造、使用上的一个十分重要的指标。为保证砂轮的安全使用，标准将回转强度不合格列为“致命缺陷”，即“对使用者或对设备有危险或不安全的缺陷”。其抽样检查方案为样本数n=10，接收数Ac=0，拒收数Rc=1；即抽查10片砂轮回转强度必须全部合格，只要有一片不合格，即判定为不合格。多年来的质量抽查发现，纤维增强树脂薄片砂轮和钹形砂轮的回转强度不理想，有的低于最高工作速度，有的未达到规定的回转试验速度就破裂；也有的达到了试验速度但不能维持30s就破裂。回转强度不合格比例为7.1%~18.7%（详细数据见表2）。 纤维增强树脂薄片砂轮和钹形砂轮在使用时，多为手持切割磨削，操作者与砂轮距离较近，因此一旦回转强度差引起砂轮在切割或打磨过程中破碎，极易造成人身伤亡事故。 2) 静平衡不合格 砂轮是一种不均质的物体，当砂轮旋转时，由于其质量中心与旋转中心不相重合而引起振动，这种状态称为砂轮的不平衡。砂轮不平衡会带来很多危害： 作用在磨床轴承上，使主轴产生振动，加快磨床主轴的磨损； 额外增加了砂轮所承受的回转应力，降低其回转强度，甚至可能导致其回转时破裂； 使砂轮及工件系统振动加剧，表现为在被加工工件表面出现振纹，加工精度和表面粗糙度变差； 影响砂轮自锐的均匀性，使砂轮磨损不均匀。 砂轮的静平衡也是反映砂轮内在特性及使用性能的主要质量指标之一，静平衡不合格在标准中被列为“重缺陷”，即“严重降低产品使用性能，对被加工零件性能有严重影响的缺陷”。抽查中，静平衡不合格的情况如表2所示，其中某 直径400mm，线速度为70m/s的纤维增强树脂薄片砂轮，标准规定静不平衡值≤13g，但实测竟然超过18g，这样的砂轮在使用时的振动是可想而知的。 3) 硬度不合格 砂轮硬度指结合剂在外力作用下抵抗磨粒从砂轮表面脱离的抵抗力，或理解为磨粒从砂轮表面脱离的难易程度。硬度能较正确地反映砂轮的磨削性能，是衡量砂轮质量的重要指标之一。对砂轮硬度的考核有两项要求： 硬度的均匀性（所测各点硬度值中最大值与最小值之差） 要符合标准的规定； 硬度的符合度要求，即硬度的平均值（ 各测点硬度测得值的算术平均值）要在标准规定的允许范围内。硬度不合格的比例也相当高，例如平形砂轮的硬度不合格在其不合格总数中超过20% （ 见表2 ） 。表2 不合格产品中不合格项汇总 产品名称 不合格片数 不合格项数 不合格总数 孔径 厚度 形位公差 硬度 不平衡 回转强度 标志不全 标志错误 纤维增强树脂薄片砂轮 190 130 10 23 - 5 27 40 20 255 钹形砂轮 182 146 0 2 - 6 47 20 30 251 平形砂轮 80 14 5 21 17 1 6 20 0 84 橡胶薄片砂轮 4 4 - - - - - - - 4 4) 孔径不合格 砂轮的内孔是安装基准，砂轮孔径不合格在标准中列为“重缺陷”。孔径大了，砂轮安装后产生偏心，使砂轮不平衡，高速旋转时会加剧振动，影响磨削加工质量，甚至导致砂轮破裂，设备损坏。孔径过小，砂轮安装不上，不能使用，若强行安装，则擦伤主轴，还可能使砂轮产生暗伤，导致砂轮运转时破裂，容易酿成事故。如表2所示，孔径不合格的情况在抽查中最为严重。占平形砂轮不合格总数的16. 7%，占钹形砂轮不合格总数的58. 2%。 5) 标志错误 砂轮标志表明了砂轮的基本性能，对指导用户使用有重要作用，是不能被忽视的。标志错误在标准中列为“重缺陷”。标志中的问题较多，有的标志内容不全；有的标志内容错误；甚至故意以次充好、以假乱真、冒用商标，造成用户困惑，影响使用，损害其利益，而且可能酿成重大事故。 6) 端面跳动、径向跳动不合格 端面跳动、径向跳动不合格会使砂轮旋转时产生偏摆和影响平衡性能，对机床和工件带来不良影响，所以应控制在允许的范围之内。 2 砂轮产品质量问题的原因分析 1) 原材料问题 砂轮是由多种主、辅原材料构成的复杂物系，主要材料是磨料和结合剂，辅助材料则包括填充物、增强材料等。 a. 磨料问题 磨料是砂轮中起磨削作用的主要物质，目前市场上磨料质量鱼龙混杂，良莠不齐，主要表现为：1 ） 磨料的化学成份往往是合格的，但物理性能差，例如硬度、强度、自锐性、抗破碎性、热稳定性、亲水性等；2 ） 磨料的粒度组成较乱，与标准的规定相差较大。 b. 结合剂问题 在砂轮中磨粒是靠结合剂粘结在一起的，结合剂的性能直接影响着砂轮的性能和质量。1 ） 树脂质量不稳定，树脂中游离酚含量忽高忽低。所谓游离酚即残留在树脂中的苯酚，分子式为C6H5OH，长期加热能使硬化后的树脂裂解，影响砂轮的强度；2 ） 树脂粉与乌洛托品混合不均匀，乌洛托品的学名叫六亚甲基四胺（ （CH2 ） 6N4 ） ，作为树脂的硬化剂，乌洛托品加入量不足，树脂硬化不完全，影响砂轮的强度和硬度；含量过高，则过量的乌洛托品不与树脂结合，在硬化过程中分解挥发，使砂轮的气孔增多，降低其强度和硬度。树脂粉与乌洛托品混合不均，其后果即乌洛托品含量过高过低带来的危害；3 ） 结合剂粒度过粗，一般认为，结合剂的粒度以细为宜，这有利于使结合剂分布均匀，有利于硬化剂的充分接触。粒度过粗，则成型料不易混合均匀，影响砂轮的硬度和强度。即使是对于粒度较粗的树脂薄片切割砂轮和钹形砂轮来讲，其选用的结合剂（ 树脂粉） 粒度也应细于320#。制造细粒度的砂轮产品，结合剂的粒度要求为几个微米。 2) 制造工艺问题 砂轮制造的特点之一是工艺性很强，制造工序中的任何疏漏和偏离都可能对砂轮产品质量带来负面影响。回转试验时在破裂的砂轮中观察到，有的断裂处磨粒粗、组织松、缺失结合剂，网格布稍加拉扯就会脱离，这些缺陷的产生都与制造工艺不当有关联。制造中配混料、成型、烧成或固化、整形加工等工序问题较多。 a. 配混料工序 配料是混料的前期准备。混料是将磨料、润湿剂、结合剂、填充剂等按一定的程序和方式，使润湿剂、结合剂、填充剂均匀地粘附在磨粒上使其相互之间均匀分布。 混料的关键是均匀性，成型料应达到：各成份分布均匀，保持松散性，便于摊料，具有良好的成型性能。有的生产厂机械混料或手工混料时间不够，混料及过筛操作比较马虎，达不到上述要求。 b. 成型工序 正确的操作是将成型料倒在模具的中间位置，然后使用专用刮刀将料朝半径方向摊开，使其均匀地分布在模具中，使坯体达到规定的尺寸和形状，不产生裂纹或起层。有的企业员工操作不得要领，造成质量分布不均，形位公差及静平衡超差。 c. 烧成或固化 这是最关键的生产工序，容易造成质量问题的因素有两个，一是固化烘箱或烧成窑的温差太大；二是装炉的方式方法不当。 烘箱或窑内的温差一般是未装砂轮时测定的，此时温差较小，而当烘箱或窑内装满砂轮后，装炉不当会妨碍烘箱或窑内热风的流动，温差就增加了，偏离了设定的硬化规范，使砂轮的固化（ 硬化） 质量得不到充分的保证。 d. 整形加工 有些砂轮在烧成或固化后要进行整形加工，以保证砂轮的几何尺寸、形位公差。有的企业遗漏了该道工序，有的整形加工马虎，工序不到位。 e. 工艺文件、工艺参数生搬硬套 一些小企业工艺文件不齐全，不会根据原材料成分的波动、气候环境条件的变化或用户的不同要求而调整工艺参数，由这些企业生产的砂轮其质量往往是不稳定的。 3) 设备工装问题 a. 设备问题 生产设备是砂轮生产的重要物质条件，有的企业一是设备不足，如没有擀片机，缺少混料机，油压机吨位规格较少等，二是设备维护保养差，设备不能处于完好状态，因此不仅生产效率低、劳动强度大，而且产品质量不易保证。 b. 工装问题 一些企业工装管理薄弱，模具等没有完整的台帐，没有验收及使用记录，没有良好的存放场所，在生产现场乱堆乱放。 4) 检验控制问题 进货检验(例如原材料进厂检验)、过程检验、例行检验(通常所说的出厂检验)、确认检验等，都是砂轮生产企业实施有效检验控制的重要内容，我们看到一些企业，特别是小型企业、小作坊式生产的企业在这方面的差距明显。主要问题有制度不全，职能不落实，管理不严，检验设备短缺失控，检验人员业务素质较差等。例如： a. 没有专门的检验机构； b. 检验员往往兼职，且自产自检，难以严格把关； c. 检验制度不完善，或制度内容过于原则笼统，或脱离企业实际； d. 未经检验就转工序、入库、放行出厂的现象时有发生； e. 管理混乱，执行标准不严，检验人员责任性差，业务能力不高，错检漏检情况多有发生； f. 检验设备短缺，管理较差。检验设备不齐全，普通砂轮的检验设备有3大件：即回转强度试验机；喷砂硬度机(或洛氏硬度机)；静平衡器(对金刚石砂轮还需要动平衡器)，其它还应有薄片砂轮端面、径向跳动测定仪、内径量规、游标卡尺、砂轮切割性能试验机等。 g. 没有执行周期检定和校准，砂轮的检验设备不仅要求配备齐全，而且要求持续保持有效的校准状态，因此要进行周期检定或校准。例如回转强度试验机必须确保两项重要的计量特性，即回转机主轴径向跳动不得超过0.07mm，满载回转情况下，主轴转速误差应不大于3%，但有的企业从来不检定。喷砂硬度机要求用标准玻璃校正，用标准砂轮硬度块检定，但有的企业标准玻璃破碎或丢失，喷嘴直径不符，或洛氏硬度机压头钢球精度超差，硬度计量值已失准，但仍盲目使用。 h. 缺乏应有的维护和保养静平衡器两轴辊的表面粗糙度要求为Ra0.2～1.6µm，我们在现场看到，有的轴辊已锈迹斑斑，有的严重磕碰。 3 结束语 综上所述，砂轮产品的质量总体上仍不能令人满意，存在的一些突出问题颇使人担扰，理应采取措施给予整治。 对违法行为应加大查处力度 砂轮是重要工业产品，国家实行生产许可证制度，但目前仍有少数企业无证生产。有的企业以次充好，以假乱真，冒用厂名、商标、证书，对这些见利忘义、损害公众利益的不法行为，政府有关部门应加大查处力度，有效地遏制。 应继续加强监督抽查 技术监督部门多年来对砂轮产品质量进行监督抽查，取得明显的效果，这样的监督抽查活动应持续地进行下去。 应充分发挥各类社会中介组织的作用 例如，有关行业协会可多组织学习交流，总结推广有益的经验，引导企业健康发展。各级质检机构应积极收集和向政府部门提供质量信息，协助政府部门做好抽查技术总结，同时，应面向企业，热情地做好有关的技术咨询服务工作。 生产企业应努力提高产品质量 从总体上看，国有大中型企业的砂轮产品抽查合格率较高，这类企业硬件条件及管理基础较好，技术力量较雄厚，宜在继续稳定和提高产品质量的基础上，加大资金投入和技术开发，发展新品种，提高产品技术档次，增加高附加值，积极推进行业技术进步。 对一些砂轮产品质量问题比较多的小型企业，笔者认为，他们应该做到： 提高质量意识； 加强质量管理； 重视工艺技术； 把好原材料质量关； 确保工装设备完好； 严格质量检验； 抓好人员教育培训。- 市场一部：022-58519722
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