近年美国Norton公司连续为其新产品SG（Seeded Gel）砂轮做广告，宣称这种砂轮是磨削难磨削材料和精密磨削用砂轮的一大进展。SG砂轮中含有一定量的SG磨料，其颗粒是由几十万个亚微米级AI2O3晶体烧结而成。在磨削时磨料颗粒有自锐性，能不断暴露出新的锋利的尖角形刃口。它是用在高磨削压力下高生产率磨削难磨削材料的最佳磨料之一。

 
在机械加工工艺中，磨削是一个很重要的环节，一般来说，精密加工都需要磨削。在一般工件的磨削中，刚玉（AI2O3）砂轮用得最广泛，但对难磨削的高温合金和淬硬到高硬度的钢，需采用立方氮化硼砂轮（CBN）。使用CBN砂轮不仅价格昂贵，而且往往要求改造原有机床，增强机床刚度。

美国Norton公司在对陶瓷磨料的研究中，导致产生一种新的陶瓷刚玉磨料，其注册商标代号为SG（为Seeded-Gel）的简写，意为有烧结体核的磨料。含有SG磨料的砂轮如使用正确，能获得比一般非超硬磨具高得多的磨削性能。

一、什么是SG磨料

普通刚玉磨料的制造过程是，将原料装入电炉中，用熔融法加热熔化，以制成大块料锭（Pig），在冷却固化后，将其粉碎到所需的粒度。每一个磨料颗粒只包含数量很少的晶体，有些只有一个晶体。当制成砂轮使用时，磨料颗粒将沿各晶体的界面裂开。每次一个磨料颗粒碎裂时，它将损失多达其20%的磨削表面。其使用磨钝的方式见图。

SG磨料则与上述情况不同，它虽也是陶瓷刚玉，但不是用熔融方法生产。Norton公司用比微米级尺寸更细的刚玉粒子为原料，通过“烧结”以获得所需的磨料颗粒尺寸。一颗60粒度的SG磨料，可能包含有数十万个亚微米级的粒子。SG磨料的颗粒形状见图。

Norton公司将烧结而成的SG磨料与其38A Alundum（相当我国的白刚玉GB）磨料相混合，以制成SG砂轮。SG砂轮中SG磨料的含量浓度分为4种：100%、50%、30%和10%（所以本文将为Seeded-Gel译为“有烧结体核的”），其代号见表1。这种砂轮的结合剂，一般为陶瓷结合剂，代号为VS，但也有树脂结合剂的，代号为B。

表1 SG砂轮的不同品种
 

二、SG磨料的自锐性

普通刚玉磨料，因磨钝而变平，自锐能力差，磨削时会发热；而SG磨料则不同，当磨钝时，亚微米级尺寸微粒可从整个颗粒上自动脱落，又重新露出新的切削刃口，使SG磨料的颗粒仍能保持锋利（见图）。因此，磨削时便能减少由于颗粒变钝而产生摩擦热，显著地减少砂轮堵塞现象，延长砂轮使用寿命。

SG磨料没有普通刚玉中可见到的裂缝及控制的碎裂面（指晶体界面——译者），这使它碎裂后形成一个新的，有锋锐小面的锐角刃口，使磨料颗粒能继续有效地切削。

此外，SG磨料的纯度高（99.6%ɑ—AI2O3），能保证均匀的显微组织。这导致不仅在每一颗粒内，而且在颗粒与颗粒间也保持一致的硬度和锋利性。SG磨料的硬度高于普通刚玉和锆刚玉等磨料。
 
三、SG砂轮的特征及优点

综上所述，含有不同浓度SG磨料的SG砂轮其特征及优点见表2。

表2  SG砂轮的特征及优点

 

四、SG砂轮的应用领域

尽管SG砂轮可用于磨削任何一种钢和合金，但用于磨削“难磨削”的材料，能取得最大效果。由于SG砂轮的单价比普通刚玉砂轮贵，因此要考虑其性能价格比合算的应用领域，有：
（1）高温合金，如Inconel Re.nee，Hastelloy，Waspalloy等用于航天、航空发动机和汽轮机零件的合金。

（2）淬硬到HRC55以上的工具钢，如各种高速工具钢和高碳高铬冷作模具钢。

（3）喷涂合金，如喷涂Stellite合金、Metco喷涂层、焊口和硬铬层。

此外，通常性能价格比还合算的应用场合有：淬硬到HRC50以上的轴承钢52100（我国GCr15）和M50（低合金高速钢）和牌号为440C的淬硬不锈钢。

若从创造价值、机床、村料、尺寸公差、磨烧伤、测量和生产率等7个敏感点衡量，最适合用SG砂轮的行业依次为航天、轴承、切削刀具和汽车等。用于切削刀具行业可避免工件磨烧伤造成的废品。

若从产品考虑，最适合用SG砂轮磨削的为齿轮和轴承滚道等。它可满意地用于任何精度的齿轮磨削，因SG砂轮保持形状性能好。
 
五、SG砂轮的应用实例

（1）磨削M2高速钢麻花钻淬硬毛坯螺旋沟

试验者：美国Normac公司（1990年2月）
机床 ：Normac F300钻头磨沟机
砂轮 ：Norton 3SGA70—VB—X457C，树脂结合剂，300×203×4.8mm
砂轮转速 ：4313r/min（69m/s）
砂轮进给速度 ：0.7m/min
冷却液及压力 ：优质磨削油7×105~10×105Pa

工件直径：1/4 英寸（6.35mm）M2高速钢麻花钻，硬度>HRC63

一件的磨削周期（从上料到上料）11秒（使用57A1003—UB354刚玉砂轮为14.5~18秒）

此时，砂轮每修整一次可磨削6件；磨削周期为13秒时，每修整砂轮一次可磨8件；

每次修整砂轮的进给量 ：0.013mm

结论  用SG砂轮可提高生产率最高约30%，且仍能保持低粗糙度、正确的几何形状和允差。试验用的SG砂轮费用与用刚玉砂轮近似。

（2）磨削镍基合金叶片

工序  旋转工作台平面磨削
工件  1447镍合金叶片，硬度HRC44
机床  Campell旋转工作台磨床
砂轮  Norton5SG6O—JVS（原用National MA602 I14V6W）
冷却液  水溶性乳化油
总体特征：  太阳高度角渐低，温度渐降
每件叶片的磨削周期  27分（原需2小时）并可省去2次修整砂轮时间

每个砂轮可磨叶片  555件（原为400）

砂轮费用  SG砂轮为69美分/件，用刚玉砂轮为23美分/件，但考虑到缩短了磨削周期和增加了每片砂轮可磨的叶片数，总的算来，每个叶片的加工费用可节省10美元。

（3）磨削高速钢立铣刀端齿刃沟（gashing）

在磨削整体立铣刀的诸工序中，端齿刃沟是磨削余量较大的工序。据美国某立铣刀制造厂报导，此工序在采用SG砂轮后，砂轮的消耗量减少了25%，且保证不会烧伤工件。

在上述3个例子中，Norton公司在衡量使用SG砂轮是否合算时，是按“实际磨削费用”来决定的，公式为：
 
 
从例子看，SG砂轮的单价约为普通刚玉砂轮的3倍，一小时的（工资+管理费）总计为50美元。在此条件下，用SG砂轮每个工件的实际磨削成本低于用普通刚玉砂轮的。
 
六、SG砂轮的选用和使用
1、SG砂轮的浓度选择
（1）磨削难磨材料时，砂轮的SG磨料的浓度要高。
（2）磨削接触面积增大时，砂轮的SG磨料浓度要降低。
（3）磨削压力增加时，砂轮的SG磨料浓度要提高。
（4）机床的刚性好时，可用较高SG磨料浓度的砂轮。
（5）磨削余量较多时应选用SG磨料浓度较高的砂轮。
（6）使用不同冷却剂时对砂轮的选择：使用水基冷却剂时，内磨、平磨用3SG砂轮，外圆磨削时用5SG砂轮，选用高压油冷却剂时用5SG或SG砂轮；在干磨时根据磨削压力大小及留量多少选用3SG~SG 。

2、SG砂轮的粒度选择
SG磨料极为锋锐，这对磨出工件的粗糙度不利。大家都知道，用钝的砂轮能磨出良好的工件表面粗糙度。1988年，在Norton推荐选用SG砂轮的资料中，其粒度要比用刚玉砂轮小1或2个粒度等级。但Norton公司1990年的资料宣称，现在选用SG砂轮的粒度可与用刚玉砂轮的相同，他们在磨料混合上做了工作，使用相同粒度的砂轮，可获得相同的工件表面粗糙度。

3、SG砂轮硬度的选择
当换用SG砂轮时，可采用与刚玉砂轮相同的硬度等级，但有两个例外：对小砂轮（直径350mm以下）从VBE要提高一个硬度等级；对大砂轮（直径350mm以上）V127/128也要提高一个硬度等级。

4、使用SG砂轮时需注意之点
使用SG砂轮与使用标准刚玉砂轮区别不多，不需特殊的机床，但需注意下列几点：
（1）加大进给量。这可较快地磨除余量及降低每个工件的磨削费用。
（2）减少砂轮的修整次数，因SG砂轮有自锐性。
（3）减少每次修整砂轮时金刚石的进给量。这（包括第二条）可延长砂轮和金刚石修整器的寿命。
（4）磨削时SG砂轮的声音与普通刚玉砂轮的不同，SG砂轮的声音听起来好象砂轮太硬，一个有经验的磨工会误以为有问题。

七、小结

综上所述，SG磨料和砂轮具有下列优点：较高的硬度、有自锐性能、工作寿命长、磨削时温度较低、成形砂轮形状保持性好等。它最适宜用在高磨削压力下，磨削难磨削材料，生产效率高。若使用的正确，SG砂轮有可能成为近年磨削工艺的最大进展之一。