从表面上看，磨削似乎很简单：机器使用带有磨粒的旋转工具（通常是砂轮）并将其应用于工件表面以去除材料。每个颗粒都是它自己的微型切割工具，当颗粒变钝时，它们会从工具上撕下来，使新的、锋利的颗粒突出。



但是，这种类型的加工有许多变化、方法和考虑因素，每一种都对使用某些材料的某些应用特别有效。



研磨原理



在所有形式的磨削中，磨料和被加工材料之间会发生三种不同的相互作用。切削发生在磨粒充分暴露以穿透工件材料并使切屑卷曲，并且磨粒、结合剂和工件之间存在足够的间隙以用冷却剂冲洗切屑或通过砂轮作用将切屑扔掉。当颗粒无法获得足够的穿透力以提升切屑时，就会进行犁耕，而是将材料推到磨料边缘之前。当切削深度不足、间隙不足或磨光后砂轮留在砂轮上导致摩擦或在工件表面产生滑动痕迹时，就会发生滑动。研磨过程控制平衡这三种相互作用以实现所需参数。



这些相互作用形成了三种主要的商业磨削工艺：粗磨、精密磨削和超精密磨削。粗磨以表面光洁度为代价较大限度地去除金属。它主要用于切断钢坯、打磨焊道平滑以及从铸件上勾住浇口和冒口。额外的表面精加工工序通常在之后进行——特别是，“火花”工序可以减轻机床上的一些应力，并使用犁刀来提供更好的表面光洁度和尺寸公差。精密磨削是金属去除和零件尺寸控制之间的中间地带，是缓进给磨削、槽磨削和高效深磨削的基础。在超精密磨削中，几乎没有实际切割发生，但是非常细小的晶粒的滑动作用会将工件表面摩擦到高光洁度。大多数表面精加工工艺，如研磨和抛光，都是这种类型的磨削的例子。



数百个不同的变量会影响磨料和工件之间的相互作用，但它们通常归结为机床、工作材料、砂轮选择和操作因素。通过设置适合所有四个类别的已知参数的零件运行来平衡这些提供了一个基线，逐步参数调整可以改进。



砂轮



砂轮有两个主要组成部分：磨粒和粘结剂。颗粒和粘结剂的相对百分比，以及它们在轮子上的间距，决定了轮子的结构。不同类型的谷物在不同的项目上效果更好，不同类型和“等级”（即强度）的债券也是如此。广泛的研磨区域需要较粗的砂粒和较软的等级，较小的区域需要更细的砂砾和较硬的等级以承受更大的单位压力。



直轮是较传统的砂轮类型，磨削面位于砂轮的外围。凹轮是这种形式的变体，具有一个凹进的中心以安装在机器主轴法兰组件上。另一种主要类型的轮子形状在轮子的侧面使用切割面 - 这种类型的轮子的名称包括圆柱轮、杯形轮和碟形轮，具体取决于特定的形状。对于这些砂轮，各种形状的固结磨料部分（也称为“段”）组装在一起形成连续或间歇的侧砂轮。



操作基础



尽管砂轮的速度以 sfm 或 smm 为单位测量，但砂轮通常以 rpm 为单位。永远不要超过其转速限制操作砂轮是很重要的——大多数专家建议永远不要将砂轮安装在可能超过砂轮极限的机器上。



随着速度的提高，每个颗粒的切割和磨损都减少了。这模拟了更难的成绩。玻璃化粘合的工作量高达 6,500 sfm，有机粘合的处理量高达约 9,500 sfm。更高的速度将需要特制的谷物。



工作速度定义了砂轮通过工件或绕中心旋转的速度。高工作速度会降低保温性并降低热损坏的风险。高工作速度和减小砂轮直径都会增加切深，表现得像更软的等级砂轮。



横向距离或交叉进给是工件穿过砂轮表面的距离。将横移距离降低到不超过车轮宽度的四分之一可改善表面光洁度，但会降低生产率。将横向进给增加到车轮宽度的二分之一或以上可提高生产率，但会降低表面光洁度。



不同类型的磨削使用不同的方法来确定每单位宽度的工件去除量，但对于车间来说，一个始终有用的指标是磨削比例或 g 比。这是移除的工作量与消耗的车轮体积的比率（或移除的工作量÷磨损的车轮体积）。从成本的角度来看，g 比越高越好。



磨削的类型



制造业的发展是一个长期的过程，而不是一蹴而就的。



磨床是一种常见的研磨类型，砂轮和工件都在旋转。工件要么固定在中心之间，要么由旋转卡盘或夹头驱动，同时支撑在一个中心。这种操作可以通过横向运动进行，在这种运动中，砂轮沿工件的轴向移动，或者通过俯冲运动进行，在这种运动中，砂轮被推入工件中。直线砂轮较常用于外圆磨削，常见的外圆磨床有普通外圆（或滚动）磨床、无心磨床和内径或外径磨床。内圆磨削是对孔和洞进行内径磨削，产生百万分之一英寸内的尺寸和同心度。砂轮的直径往往从半英寸到三英寸不等。这种小尺寸带来了快速的磨损，使得CBN和金刚石砂轮在粉碎性修整和陶瓷化的形式下在这些应用中很受欢迎。



表面磨削是通过将工件置于旋转的砂轮之下来磨削平面。与外圆磨削一样，它的操作方式一般有两种。工件可以在砂轮下横向移动，并在安装在水平主轴上的砂轮下来回移动，也可以在垂直主轴下的旋转台上绕圈移动，在砂轮或磨削段的表面上进行切割。这种研磨类型的应用可以将表面磨平，或通过在工件上磨出直槽来引入沟槽。虽然铣削可以完成这些任务，但磨削可以提高表面光洁度，工具成本较低，并且可以在砂轮的轮廓上修整出轮廓--对于非常坚硬或磨蚀性的表面来说，它的成本效益更高。



无心磨削是以极小的公差制造圆柱形。这种磨削方式通过在砂轮、进给轮和工件支撑叶片这三个独立的点上支撑工件，消除了对中心固定的需要。实际上没有任何东西夹住工件，因此每件工件都能自由流动，实现连续生产（也被称为 "无心磨削"）。砂轮和进给轮沿同一方向旋转，而工件在它们之间沿相反方向旋转。旋转使工件向下，而工作支持刀片（略带角度，使工件高于中心线，以获得更好的圆柱度）将其托起。工件支撑片应始终至少与砂轮的宽度一样长。无心磨削也有三种形式。贯穿式无心磨削用于没有干扰肩部或凸起的直筒形工件，涉及到偏轴进给轮将工件送过砂轮到出料位置。进给磨削（也称为切入式无心磨削）在工件有凸出物、不规则形状、不同直径或肩部时效果较好，对轮廓和多直径的工件效果较好。在这种子方法中，砂轮上方的进给轮将工件向下送入，磨削时没有横向移动。无端进给磨削法可磨削圆锥形的圆柱形部分，如A型和B型锥形钻头的柄部。在这里，进给轮、砂轮和工作刀片以固定的关系设置，然后将两个砂轮修整成与工件端部锥度相匹配的形状，工件从磨床的前部进给，直到到达端部停止。



蠕变进给磨削是一种缓慢的单程操作，在0.5至1ipm的低台速度下，在钢铁材料上进行深切割，较大可达1英寸。它不适合传统的磨床，但对于那些与之兼容的磨床，它提供了高生产率和成本效益。蠕变进给磨削是一种切入式操作，对马力的要求很高，而且还需要靠近压区的大量切削液流来清除切屑和冷却工件。以每转2000万分之一到6000万分之一的速度连续修整--较好是用金刚石辊--可以减少切割时间并保持砂轮锋利。当需要进行****次修整时，其深度通常不超过0.002英寸，以 "清理 "工件。



刮削是一种粗略的研磨应用，在很少考虑表面光洁度的情况下去除不需要的金属。因此，它在水平和直轴磨床上使用耐用的直杯轮和直杯轮，尽管在直角磨床上使用扩口杯轮，各种圆头和方头的锥体和塞子也看到使用。典型的应用包括去除铸件上不需要的金属；去除缺陷和裂纹；去除闸门、冒口和分界线；粗略的倒角；磨掉沉重的焊缝；以及为清洗或喷漆准备表面。



切断操作使用砂轮来替代激光、磨料水射流、金属锯、摩擦锯和氧乙炔或等离子弧炬。诺顿磨料磨具公司的一项研究表明，对于黑色金属材料，砂轮的性能优于其他这些方法，而对于有色金属材料，选择砂轮比选择常见的金属锯更快，成本更低。砂轮比锯子提供更多的切割点，在每分钟2或3英里的速度下，切割同样彻底。切割轮应以尽可能高的速度运行，每英寸的轮子直径有一马力的动力。如果这被证明是不可能的，就使用较软的轮子。生产工作使用非强化轮子，非强化贝壳砂轮用于需要极度通用性和切割质量的应用。强化轮子与便携式切断机、摆动框架、锁头推入式和铸造厂的切碎冲程作业兼容。



磨削工具钢的注意事项



不正确的研磨工具钢会影响其性能，不仅会形成研磨裂纹，导致较终断裂，而且会形成表面软化区。燃烧可能只在表面上看起来很轻微，但软化可以在表面下继续进行（事实上，燃烧可以轻微地重新硬化表面，呈现出顶部软化，然后硬化，然后再次软化的硬度曲线）。灼烧区的深度和硬度在受影响的区域内会有很大的变化，这与磨削的机械条件有关，如冷却液的流动、砂轮的破裂率、颤动等。



超硬磨料加工



超硬材料是指金刚石或CBN（立方氮化硼）砂轮或安装点。这些磨具可磨削极硬的材料，CBN可用于硬钢的精确成型和精加工，而合成金刚石可用于硬的非铁材料，如碳化钨和陶瓷。超硬磨具可用于粗加工和表面精加工，这取决于所涉及的砂粒大小。砂轮的核心材料对其性能特点也有直接影响，应根据操作要求进行选择。



修整砂轮



修整砂轮，使其做好服务准备，确保磨削操作的适当精度。修整包括使砂轮的周边与旋转轴同心，并可能需要通过在其表面形成一个特殊的轮廓来提醒砂轮。修整改变了砂轮的切削作用，当修整工具的坚硬的金刚石点打破了矾土砂轮的结合柱，并使晶粒断裂，去除钝的晶粒，使新的晶粒变得锋利。修整还能从砂轮表面的孔隙中拾取微小的材料碎片，确保它们不会减缓磨削过程并导致烧伤或颤动。



传统的修整轮在轻度切割的情况下同时进行修整和修整，而超硬磨料则需要用工具或轧辊进行修整，并用矾土修整棒单独修整。在修整超硬砂轮之前，用蜡笔在砂轮表面涂抹--这个过程应该在较后消除所有蜡笔的痕迹。修整超硬材料需要直接使用矾土修整棒（通常是氧化铝或碳化硅，但有时是高性能的诺贝特或碳化硼）。



超精加工



即使使用较精细的磨料，研磨也是一种高表面温度的操作，会产生峰值和谷值。表面也会有细微的波纹，在没有放大镜的情况下，这些波纹是看不见的，但在高速轧制或滑动时，这些波纹是毁灭性的。超精加工将是必要的，以消除表面光洁度的峰值，并提供一个良好的硬度、结构和未受干扰的基本金属的承重表面。



需要超精加工的零件包括滚子轴承、减震器杆、滑动叶片泵、活塞销、曲轴轴颈和凸轮叶。在这个过程中，当工件旋转时，精加工棒以很短的行程快速摆动。随着磨料的摆动，工件在一个杯子或圆筒下旋转或摆动，产生微细的切屑。该工艺可去除小至0.5微米（0.00002英寸）或大至20微米（0.008英寸）的材料。超精加工也被称为微精加工、抛光、短行程珩磨或超级珩磨（但决不只是 "珩磨"，那是一个单独的过程）。



测量超精加工中的表面光洁度，可以采用两种测针类型中的一种。滑动测针不能完全代表表面，因为它们可能会放大或抵消表面的波纹，这取决于几何形状与滑动-测针间距的关系。这些测针较适合用于粗糙度评估，以消除波浪和形状误差的因素。无滑移测针能更好地体现表面的波浪和形状，形成更准确的轮廓。