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從表面上看，磨削似乎很簡單：機器使用帶有磨粒的旋轉工具（通常是砂輪）并將其應用于工件表面以去除材料。每個顆粒都是它自己的微型切割工具，當顆粒變鈍時，它們會從工具上撕下來，使新的、鋒利的顆粒突出。



但是，這種類型的加工有許多變化、方法和考慮因素，每一種都對使用某些材料的某些應用特別有效。



研磨原理



在所有形式的磨削中，磨料和被加工材料之間會發生三種不同的相互作用。切削發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、結合劑和工件之間存在足夠的間隙以用冷卻劑沖洗切屑或通過砂輪作用將切屑扔掉。當顆粒無法獲得足夠的穿透力以提升切屑時，就會進行犁耕，而是將材料推到磨料邊緣之前。當切削深度不足、間隙不足或磨光后砂輪留在砂輪上導致摩擦或在工件表面產生滑動痕跡時，就會發生滑動。研磨過程控制平衡這三種相互作用以實現所需參數。



這些相互作用形成了三種主要的商業磨削工藝：粗磨、精密磨削和超精密磨削。粗磨以表面光潔度為代價較大限度地去除金屬。它主要用于切斷鋼坯、打磨焊道平滑以及從鑄件上勾住澆口和冒口。額外的表面精加工工序通常在之后進行——特別是，“火花”工序可以減輕機床上的一些應力，并使用犁刀來提供更好的表面光潔度和尺寸公差。精密磨削是金屬去除和零件尺寸控制之間的中間地帶，是緩進給磨削、槽磨削和高效深磨削的基礎。在超精密磨削中，幾乎沒有實際切割發生，但是非常細小的晶粒的滑動作用會將工件表面摩擦到高光潔度。大多數表面精加工工藝，如研磨和拋光，都是這種類型的磨削的例子。



數百個不同的變量會影響磨料和工件之間的相互作用，但它們通常歸結為機床、工作材料、砂輪選擇和操作因素。通過設置適合所有四個類別的已知參數的零件運行來平衡這些提供了一個基線，逐步參數調整可以改進。



砂輪



砂輪有兩個主要組成部分：磨粒和粘結劑。顆粒和粘結劑的相對百分比，以及它們在輪子上的間距，決定了輪子的結構。不同類型的谷物在不同的項目上效果更好，不同類型和“等級”（即強度）的債券也是如此。廣泛的研磨區域需要較粗的砂粒和較軟的等級，較小的區域需要更細的砂礫和較硬的等級以承受更大的單位壓力。



直輪是較傳統的砂輪類型，磨削面位于砂輪的外圍。凹輪是這種形式的變體，具有一個凹進的中心以安裝在機器主軸法蘭組件上。另一種主要類型的輪子形狀在輪子的側面使用切割面 - 這種類型的輪子的名稱包括圓柱輪、杯形輪和碟形輪，具體取決于特定的形狀。對于這些砂輪，各種形狀的固結磨料部分（也稱為“段”）組裝在一起形成連續或間歇的側砂輪。



操作基礎



盡管砂輪的速度以 sfm 或 smm 為單位測量，但砂輪通常以 rpm 為單位。永遠不要超過其轉速限制操作砂輪是很重要的——大多數專家建議永遠不要將砂輪安裝在可能超過砂輪極限的機器上。



隨著速度的提高，每個顆粒的切割和磨損都減少了。這模擬了更難的成績。玻璃化粘合的工作量高達 6,500 sfm，有機粘合的處理量高達約 9,500 sfm。更高的速度將需要特制的谷物。



工作速度定義了砂輪通過工件或繞中心旋轉的速度。高工作速度會降低保溫性并降低熱損壞的風險。高工作速度和減小砂輪直徑都會增加切深，表現得像更軟的等級砂輪。



橫向距離或交叉進給是工件穿過砂輪表面的距離。將橫移距離降低到不超過車輪寬度的四分之一可改善表面光潔度，但會降低生產率。將橫向進給增加到車輪寬度的二分之一或以上可提高生產率，但會降低表面光潔度。



不同類型的磨削使用不同的方法來確定每單位寬度的工件去除量，但對于車間來說，一個始終有用的指標是磨削比例或 g 比。這是移除的工作量與消耗的車輪體積的比率（或移除的工作量÷磨損的車輪體積）。從成本的角度來看，g 比越高越好。



磨削的類型



制造業的發展是一個長期的過程，而不是一蹴而就的。



磨床是一種常見的研磨類型，砂輪和工件都在旋轉。工件要么固定在中心之間，要么由旋轉卡盤或夾頭驅動，同時支撐在一個中心。這種操作可以通過橫向運動進行，在這種運動中，砂輪沿工件的軸向移動，或者通過俯沖運動進行，在這種運動中，砂輪被推入工件中。直線砂輪較常用于外圓磨削，常見的外圓磨床有普通外圓（或滾動）磨床、無心磨床和內徑或外徑磨床。內圓磨削是對孔和洞進行內徑磨削，產生百萬分之一英寸內的尺寸和同心度。砂輪的直徑往往從半英寸到三英寸不等。這種小尺寸帶來了快速的磨損，使得CBN和金剛石砂輪在粉碎性修整和陶瓷化的形式下在這些應用中很受歡迎。



表面磨削是通過將工件置于旋轉的砂輪之下來磨削平面。與外圓磨削一樣，它的操作方式一般有兩種。工件可以在砂輪下橫向移動，并在安裝在水平主軸上的砂輪下來回移動，也可以在垂直主軸下的旋轉臺上繞圈移動，在砂輪或磨削段的表面上進行切割。這種研磨類型的應用可以將表面磨平，或通過在工件上磨出直槽來引入溝槽。雖然銑削可以完成這些任務，但磨削可以提高表面光潔度，工具成本較低，并且可以在砂輪的輪廓上修整出輪廓--對于非常堅硬或磨蝕性的表面來說，它的成本效益更高。



無心磨削是以極小的公差制造圓柱形。這種磨削方式通過在砂輪、進給輪和工件支撐葉片這三個獨立的點上支撐工件，消除了對中心固定的需要。實際上沒有任何東西夾住工件，因此每件工件都能自由流動，實現連續生產（也被稱為 "無心磨削"）。砂輪和進給輪沿同一方向旋轉，而工件在它們之間沿相反方向旋轉。旋轉使工件向下，而工作支持刀片（略帶角度，使工件高于中心線，以獲得更好的圓柱度）將其托起。工件支撐片應始終至少與砂輪的寬度一樣長。無心磨削也有三種形式。貫穿式無心磨削用于沒有干擾肩部或凸起的直筒形工件，涉及到偏軸進給輪將工件送過砂輪到出料位置。進給磨削（也稱為切入式無心磨削）在工件有凸出物、不規則形狀、不同直徑或肩部時效果較好，對輪廓和多直徑的工件效果較好。在這種子方法中，砂輪上方的進給輪將工件向下送入，磨削時沒有橫向移動。無端進給磨削法可磨削圓錐形的圓柱形部分，如A型和B型錐形鉆頭的柄部。在這里，進給輪、砂輪和工作刀片以固定的關系設置，然后將兩個砂輪修整成與工件端部錐度相匹配的形狀，工件從磨床的前部進給，直到到達端部停止。



蠕變進給磨削是一種緩慢的單程操作，在0.5至1ipm的低臺速度下，在鋼鐵材料上進行深切割，較大可達1英寸。它不適合傳統的磨床，但對于那些與之兼容的磨床，它提供了高生產率和成本效益。蠕變進給磨削是一種切入式操作，對馬力的要求很高，而且還需要靠近壓區的大量切削液流來清除切屑和冷卻工件。以每轉2000萬分之一到6000萬分之一的速度連續修整--較好是用金剛石輥--可以減少切割時間并保持砂輪鋒利。當需要進行****次修整時，其深度通常不超過0.002英寸，以 "清理 "工件。



刮削是一種粗略的研磨應用，在很少考慮表面光潔度的情況下去除不需要的金屬。因此，它在水平和直軸磨床上使用耐用的直杯輪和直杯輪，盡管在直角磨床上使用擴口杯輪，各種圓頭和方頭的錐體和塞子也看到使用。典型的應用包括去除鑄件上不需要的金屬；去除缺陷和裂紋；去除閘門、冒口和分界線；粗略的倒角；磨掉沉重的焊縫；以及為清洗或噴漆準備表面。



切斷操作使用砂輪來替代激光、磨料水射流、金屬鋸、摩擦鋸和氧乙炔或等離子弧炬。諾頓磨料磨具公司的一項研究表明，對于黑色金屬材料，砂輪的性能優于其他這些方法，而對于有色金屬材料，選擇砂輪比選擇常見的金屬鋸更快，成本更低。砂輪比鋸子提供更多的切割點，在每分鐘2或3英里的速度下，切割同樣徹底。切割輪應以盡可能高的速度運行，每英寸的輪子直徑有一馬力的動力。如果這被證明是不可能的，就使用較軟的輪子。生產工作使用非強化輪子，非強化貝殼砂輪用于需要極度通用性和切割質量的應用。強化輪子與便攜式切斷機、擺動框架、鎖頭推入式和鑄造廠的切碎沖程作業兼容。



磨削工具鋼的注意事項



不正確的研磨工具鋼會影響其性能，不僅會形成研磨裂紋，導致較終斷裂，而且會形成表面軟化區。燃燒可能只在表面上看起來很輕微，但軟化可以在表面下繼續進行（事實上，燃燒可以輕微地重新硬化表面，呈現出頂部軟化，然后硬化，然后再次軟化的硬度曲線）。灼燒區的深度和硬度在受影響的區域內會有很大的變化，這與磨削的機械條件有關，如冷卻液的流動、砂輪的破裂率、顫動等。



超硬磨料加工



超硬材料是指金剛石或CBN（立方氮化硼）砂輪或安裝點。這些磨具可磨削極硬的材料，CBN可用于硬鋼的精確成型和精加工，而合成金剛石可用于硬的非鐵材料，如碳化鎢和陶瓷。超硬磨具可用于粗加工和表面精加工，這取決于所涉及的砂粒大小。砂輪的核心材料對其性能特點也有直接影響，應根據操作要求進行選擇。



修整砂輪



修整砂輪，使其做好服務準備，確保磨削操作的適當精度。修整包括使砂輪的周邊與旋轉軸同心，并可能需要通過在其表面形成一個特殊的輪廓來提醒砂輪。修整改變了砂輪的切削作用，當修整工具的堅硬的金剛石點打破了礬土砂輪的結合柱，并使晶粒斷裂，去除鈍的晶粒，使新的晶粒變得鋒利。修整還能從砂輪表面的孔隙中拾取微小的材料碎片，確保它們不會減緩磨削過程并導致燒傷或顫動。



傳統的修整輪在輕度切割的情況下同時進行修整和修整，而超硬磨料則需要用工具或軋輥進行修整，并用礬土修整棒單獨修整。在修整超硬砂輪之前，用蠟筆在砂輪表面涂抹--這個過程應該在較后消除所有蠟筆的痕跡。修整超硬材料需要直接使用礬土修整棒（通常是氧化鋁或碳化硅，但有時是高性能的諾貝特或碳化硼）。



超精加工



即使使用較精細的磨料，研磨也是一種高表面溫度的操作，會產生峰值和谷值。表面也會有細微的波紋，在沒有放大鏡的情況下，這些波紋是看不見的，但在高速軋制或滑動時，這些波紋是毀滅性的。超精加工將是必要的，以消除表面光潔度的峰值，并提供一個良好的硬度、結構和未受干擾的基本金屬的承重表面。



需要超精加工的零件包括滾子軸承、減震器桿、滑動葉片泵、活塞銷、曲軸軸頸和凸輪葉。在這個過程中，當工件旋轉時，精加工棒以很短的行程快速擺動。隨著磨料的擺動，工件在一個杯子或圓筒下旋轉或擺動，產生微細的切屑。該工藝可去除小至0.5微米（0.00002英寸）或大至20微米（0.008英寸）的材料。超精加工也被稱為微精加工、拋光、短行程珩磨或超級珩磨（但決不只是 "珩磨"，那是一個單獨的過程）。



測量超精加工中的表面光潔度，可以采用兩種測針類型中的一種。滑動測針不能完全代表表面，因為它們可能會放大或抵消表面的波紋，這取決于幾何形狀與滑動-測針間距的關系。這些測針較適合用于粗糙度評估，以消除波浪和形狀誤差的因素。無滑移測針能更好地體現表面的波浪和形狀，形成更準確的輪廓。