研磨加工的特點(diǎn)和應(yīng)用方法

■中車北京南口機(jī)械有限公司 （北京 102202） 鄭文虎 馬驍驊

研磨加工是一種傳統(tǒng)的精密和光整加工工藝方法，利用附著和壓嵌在研具表面上的游離細(xì)微磨粒，借助于研具與工件一定的壓力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從工件表面上切除極微小的切屑，使工件獲得極高的尺寸和形狀精度以及極低的表面粗糙度值，從而廣泛應(yīng)用于精密和超精密加工。

1. 研磨加工的特點(diǎn)

研磨加工具有以下特點(diǎn)。

1）可以通過(guò)研磨獲得極高的加工精度，工件表面粗糙度值可達(dá)Ra＝0.006～0.1μm，并可以進(jìn)行表面粗糙度值Ra＝0.1μm的微量切削。

2）可以使偶件配研表面獲得極精密的配合。

3）研磨在低速、低壓力下進(jìn)行，產(chǎn)生熱量很小，工件表面不產(chǎn)生變質(zhì)層，從而質(zhì)量較好。

4）研磨裝置和研磨機(jī)床的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，既適用于單件手工生產(chǎn)，也適用于成批機(jī)械生產(chǎn)。手工研磨的加工精度依靠與工件精度相適應(yīng)的研具精度和工人的操作技術(shù)來(lái)保證；機(jī)械研磨的加工精度也是依靠精密的研具、合理的運(yùn)動(dòng)軌跡與正確的操作方法來(lái)保證。

5）在研磨過(guò)程中，較硬的磨料磨粒容易嵌入較軟的工件表面，進(jìn)而影響工件的使用壽命和光學(xué)特性。

6）研磨加工效率低。研具材料一般較軟，易磨損，應(yīng)及時(shí)修復(fù)，以保證研具應(yīng)有的精度。

2. 研磨可加工的材料與型面

研磨可以加工各種鋼（包括淬火鋼）、鑄鐵、銅及硬質(zhì)合金等金屬材料，也可加工陶瓷、寶石、半導(dǎo)體、玻璃及塑料等非金屬材料。加工的工件表面形狀有內(nèi)外圓柱面和圓錐面、平面、凸凹面、內(nèi)外球面、螺紋及齒輪等。

3. 研磨原理

研磨時(shí)，在研具和工件表面之間加入適量研磨劑，在一定的壓力作用下，進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，或旋轉(zhuǎn)和行星運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使研磨劑中的磨粒在研具和工件表面之間進(jìn)行滑擦或滾動(dòng)，進(jìn)行微量切削。由于磨料的磨粒很細(xì)微，因此只能切削極薄的工件材料層，使工件表面得到極小的網(wǎng)狀運(yùn)動(dòng)軌跡，從而使工件得到極高的表面質(zhì)量和加工精度。按研磨劑的使用條件，可分為濕研（即敷砂研磨，見(jiàn)圖1）、干研（即嵌砂研磨）和 半干研（即糊狀研磨膏研磨）。

圖1 濕研過(guò)程示意

4. 研磨能達(dá)到的加工精度

研磨是在良好的預(yù)加工基礎(chǔ)上，對(duì)工件進(jìn)行表面粗糙度值Ra＝0.01～0.1μm的微量切削，并微量進(jìn)給，這是其他加工方法難以實(shí)現(xiàn)的，因此可以獲得比其他機(jī)械加工方法高幾倍的加工精度和表面質(zhì)量。精度可達(dá)0.025μm，工件表面粗糙度值可達(dá)R a＝0.006μ m。一般機(jī)械加工方法是遵循“復(fù)制加工”，而研磨卻是“創(chuàng)制加工”貫穿于始終，在此過(guò)程中使研具和工件的精度同時(shí)提高，并高于研具的原始精度。

5. 研磨劑

研磨劑由磨料、研磨液和輔助填料混合組成。根據(jù)研磨方法和工件材料的不同，可制液態(tài)研磨劑、研磨膏和固態(tài)研磨劑。而磨料是研磨劑的基本成分，其性能優(yōu)劣和選擇合理與否，直接影響研磨效率與質(zhì)量。

（1）磨料 常用的磨料有剛玉類、碳化硅類、碳化硼、金剛石和立方氮化硼。精研時(shí)，為了進(jìn)一步降低工件表面粗糙度值，還采用氧化鐵、氧化鉻和氧化鈰等軟磨料。在研磨一般鋼件時(shí)，采用剛玉磨料；研磨鑄鐵、硬質(zhì)合金、寶石和陶瓷等硬脆材料時(shí)，采用碳化硅或碳化硼磨料；研磨硬質(zhì)合金、陶瓷、寶石和光學(xué)玻璃時(shí)，應(yīng)選用金剛石磨料；研磨高速鋼和模具鋼時(shí)，應(yīng)選用立方氮化硼磨料。磨料粒度的選擇，和研磨效率與工件表面粗糙度值有直接關(guān)系。粒度粗則效率高，表面粗糙度值Ra大；反之則效率低，表面粗糙度值Ra小。粒度一般選用W0.5～W40，這時(shí)表面粗糙度值Ra＝0.006～0.4μm。

（2）研磨液 在研磨過(guò)程中，研磨液起著冷卻與潤(rùn)滑作用，并使磨料的磨粒均勻地分布在研具表面上。鋼粗研時(shí)，用N15全損耗系統(tǒng)用油；精研時(shí)，用N15全損耗系統(tǒng)用油1份、煤油3份，汽輪機(jī)油或錠子油少量，加輕質(zhì)礦物油或變壓器油。研磨鑄鐵用煤油；研磨銅用動(dòng)物油加少量錠子油或植物油；研磨淬火鋼、不銹鋼用植物油、汽輪機(jī)油或乳化液；研磨金剛石用橄欖油、圓度儀油或蒸餾水；研磨硬質(zhì)合金用汽油；研磨金、銀和白金用酒精；研磨玻璃和水晶用水。

（3）輔助填料 輔助填料在研磨過(guò)程中，起吸附和提高加工效率的作用。常用的由硬脂酸或油酸、脂肪酸和工業(yè)甘油等主要成分按比例調(diào)制而成。

（4）研磨劑的配制 液態(tài)研磨劑在濕研時(shí)用煤油、混合脂加磨料微粉，配比不嚴(yán)格，濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約取30%～40%。微粉較細(xì)且機(jī)床自動(dòng)供給時(shí)，濃度減小。干磨時(shí)，采用磨料微粉15g、混合脂8g、航空汽油200ml和煤油35g，浸泡一周使用；研磨膏含磨料微粉20%～50%、油酸25%～30%及混合脂18%～30%，有時(shí)在極細(xì)微粉研磨時(shí)加凡士林約15%；固體研磨劑（研磨皂）是用來(lái)提高工件表面光澤的，其配方是氧化鉻57%、石蠟21.5%、蜂蠟21.5%、硬脂酸混合脂11%和煤油7%。

圖2 研磨運(yùn)動(dòng)軌跡

6. 研具的作用與材料

（1）研具的作用 研具是研磨加工的成形“模型”，在一定程度上把本身的幾何形狀精度復(fù)制給工件。它是研磨劑的載體，用以涂敷和鑲嵌磨料，在它與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，對(duì)工件進(jìn)行加工，使工件獲得正確的加工精度和表面質(zhì)量。研具必須有溝槽，能貯存磨料和防止多余磨料的堆集；必須具有一定的幾何形狀精度、足夠的剛度，材質(zhì)緊密而無(wú)雜質(zhì)、硬度均勻。

（2）研具材料 鑄鐵適用于研磨各種材料；軟鋼適用于研磨小直徑的螺紋和小孔；黃銅和紫銅適用于粗研和寶石研磨；硬木適用于研磨銅和軟金屬；錫和鉛適用于提高工件表面質(zhì)量的場(chǎng)合，因?yàn)樗旧砗苘?，不能改變工件形狀?/p>

7. 研磨運(yùn)動(dòng)軌跡與參數(shù)

（1）研磨運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖2所示，研磨運(yùn)動(dòng)軌跡有直線往復(fù)式、正弦曲線式、圓環(huán)線式和內(nèi)外擺線式等。

（2）研磨壓力 濕研壓力為10～25MPa，干研壓力為1～15MPa，精研取小值。

（3）研磨速度 研磨效率與研磨速度成正比。濕研研磨速度為20～100m/min，干研為10～20m/min。若工件精度高、工件材料軟，則取小值。

（4）研磨余量 內(nèi)孔為0.01～0.03mm（直徑上的余量），外圓為0.005～0.01mm，平面為0.005～0.01mm。

（5）需要注意的問(wèn)題 研磨劑一定要保存好，避免灰塵落入；在更換不同粒度的研磨劑時(shí)，一定要把工件和研具上原有的研磨劑用煤油清洗干凈，以免劃傷工件表面；研磨環(huán)境應(yīng)無(wú)塵。

8. 結(jié)語(yǔ)

研磨加工是一種精密和超精密加工工藝，加工表面粗糙度值極低。隨著科技的高速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，在局部精加工領(lǐng)域，研磨具有其他切削方法不可取代的優(yōu)勢(shì)，彰顯出了它在高精度和高表面質(zhì)量工件加工中的特殊意義。