1.3.1 研磨

研磨是一种微量加工的工艺方法，研磨借助于研具与研磨剂（一种游离的磨料），在工件的被加工表面和研具之间产生相对运动，并施以一定的压力，从工件上去除微小的表面凸起层，以获得很低的表面粗糙度和很高的尺寸精度、几何形状精度等。在模具制造中，特别是产品外观质量要求较高的精密压铸模、塑料模、汽车覆盖件模具等应用广泛。

1.3.1.1 研磨的基本原理与分类

1.研磨的基本原理

（1）物理作用。

研磨时，研具的研磨面上均匀地涂抹研磨剂，若研具材料的硬度低于工件，则当研具和工件在压力作用下做相对运动时，研磨剂中具有尖锐棱角和高硬度的微粒，有些会被压嵌入研具表面上产生切削作用（塑性变形），有些则在研具和工件表面间滚动或滑动产生滑擦（弹性变形）。这些微粒如同无数的切削刀刃，对工件表面产生微量的切削作用，并均匀地从工件表面切去一层极薄的金属，如图 1-2 所示为研磨加工模型。同时，钝化了的磨粒在研磨压力作用下，通过挤压被加工表面的峰点，使被加工表面产生微挤压塑性变形，从而使工件逐渐得到高的尺寸精度和低的表面粗糙度。

（2）化学作用。

当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时，在研磨过程中研磨剂和工件的被加工表面上产生化学作用，生成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜很容易被磨掉。研磨的过程就是氧化膜不断生成和擦除的过程，如此多次循环反复，最终使被加工表面的粗糙度降低。

2.研磨的应用特点

（1）表面粗糙度低。研磨属于微量进给磨抛，切削深度小，有利于降低工件表面粗糙度值。加工表面粗糙度可达0.01μm。

（2）尺寸精度高。研磨采用极细的微粉磨料，机床、研具和工件处于弹性浮动工作状态，在低速、低压条件下，逐层磨去被加工表面的凸峰点，加工精度可达0.01～0.1μm。

（3）形状精度高。研磨时工件基本上处于自由状态，受力均匀，运动平稳，且运动精度不影响形位精度。加工圆柱体的圆柱度可达0.1μm。

（4）改善工件表面力学性能。研磨的切削热量小，工件变形小，变质层薄，表面不会出现微裂纹。同时能降低工件表面摩擦系数，提高耐磨和耐腐蚀性。研磨零件表层存在残余压应力，这种应力有利于提高工件表面的疲劳强度。

（5）研具的要求不高。研磨所用研具和设备一般比较简单，不要求具有极高的精度；但研具材料一般比工件软，研磨中易磨损，应注意及时修整与更换。

3.研磨的分类

（1）按研磨工艺的自动化程度分类。

① 手动研磨。

研具的相对运动，均用手动操作。加工质量取决于操作者的技能水平，劳动强度大，工作效率低。手动研磨适用于各类金属、非金属工件的各种表面。模具成型零件上的局部窄缝、狭槽、深孔、盲孔和死角等部位，仍然以手工研磨为主。

② 半机械研磨。

工件和研具其中一个采用简单的机械运动，另一个采用手工操作。加工质量仍与操作者技能水平有关，劳动强度比手动研磨低，主要用于工件内外圆柱面、平面及圆锥面的研磨。模具零件研磨时常用。

③ 机械研磨。

研具的运动均釆用机械运动。加工质量靠机械设备保证，工作效率比较高。但只能适用于表面形状不太复杂的零件的研磨。

（2）按研磨剂的使用条件分类。

① 湿研磨。

研磨过程中将研磨剂涂抹于研具表面，磨料在研具和工件间随机地滚动或滑动，对工件表面产生切削作用。加工效率较高，但加工表面的几何形状和尺寸精度及表面粗糙度不如干研磨，多用于粗研和半精研平面与内外圆柱面。

② 干研磨。

在研磨之前，先将磨粒均匀地压嵌入研具工作表面一定深度，该过程称为嵌砂。在研磨过程中，研具与工件保持一定的压力，并按一定的轨迹做相对运动，实现微切削作用，从而获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。干研磨时，一般不加或仅涂抹微量的润滑研磨剂。一般用于精研平面，生产效率不高。

③ 半干研磨。

采用糊状研磨膏，类似湿研磨。研磨时，根据工件加工精度和表面粗糙度的要求，适时地涂敷研磨膏。对各类工件的粗、精研磨均适用。

1.3.1.2 研磨工艺

1.研磨工艺参数

（1）研磨压力。

研磨压力是研磨表面单位面积上所承受的压力（MPa）。在研磨过程中，随着工件表面粗糙度不断降低，研具与工件表面接触面积不断增大，研磨压力逐渐减小。研磨时，研具与工件的接触压力应适当。若研磨压力过大，会加快研具的磨损，使研磨表面粗糙度增大，影响研磨质量；反之，若研磨压力过小，切削能力会降低，影响研磨效率。

研磨压力的范围一般为0.01～0.5MPa。手工研磨时的研磨压力为0.01～0.2MPa；精研时的研磨压力为 0.01～0.05MPa；机械研磨时的压力一般为 0.01～0.3MPa。当研磨压力在0.04～0.2MPa时，对降低工件表面粗糙度效果显著。

（2）研磨速度。

研磨速度是影响研磨质量和效率的重要因素之一。在一定范围内，研磨速度与研磨效率成正比。但研磨速度过高时，会产生较高的热量，甚至会烧伤工件表面，加剧研具磨损，从而影响加工精度。一般情况下，粗研磨时宜用较高的压力和较低的速度，精研磨时则用较低的压力和较高的速度。这样可提高生产效率和加工表面质量。

选择研磨速度时，应考虑加工精度、工件材料、硬度、研磨面积和加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在10～150m/min，精研速度应在30m/min以下。手工粗研磨时，每分钟为40～60次的往复运动；精研磨时为每分钟20～40次的往复运动。

（3）研磨余量的确定。

零件在研磨前的预加工质量与余量，将直接影响研磨加工时的精度与质量。由于研磨加工只能研磨掉很薄的表面层，因此，零件在研磨前的预加工，需要足够的尺寸精度、几何形状精度和较小的表面粗糙度。对表面积大或形状复杂且精度要求高的工件，研磨余量应取较大值；预加工的质量高，研磨量则取较小值。研磨余量的大小还应结合工件的材质、尺寸精度、工艺条件及研磨效率等来确定。研磨余量尽量小，手工研磨不大于10μm，机械研磨也应小于15μm。

（4）研磨效率。

研磨效率以每分钟研磨去除表面层的厚度来表示。工件表面的硬度越高，研磨效率越低。一般淬火钢为1μm/min，合金钢为0.3μm/min，超硬材料为0.1μm/min。在研磨的初期阶段，工件几何形状误差的消除和表面粗糙度的改善较快，之后则逐渐减慢，效率下降。这与所用磨料的粒度有关，磨粒粗，切削能力强，研磨效率高，但所得研磨表面质量低；磨粒细，切削能力弱，研磨效率低，但所得研磨表面质量高。因此，为提高研磨效率，选用磨料粒度时，应从粗到细，分级研磨，循序渐进地达到所要求的表面粗糙度。

2.研具

研具是研磨剂的载体，使游离的磨粒嵌入研具工作表面发挥切削作用。磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或黏合剂断裂，磨粒从研具上局部或完全脱落，而研具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口，或不断露出新的磨粒，使研具在一定时间内能保持切削性能要求。同时研具也是研磨成型的工具，自身具有较高的几何形状精度，并将其按一定的方式传递到工件上。

（1）研具的材料。

① 灰铸铁晶粒细小，具有良好的润滑性、硬度适中、磨耗低、研磨效果好等特点，并且价廉易得，应用广泛。

② 球墨铸铁比一般铸铁容易嵌存磨料，可使磨粒嵌入牢固、均匀，同时能增加研具的耐用度，可获得高质量的研磨效果。

③ 软钢韧性较好，强度较高，常用于制作小型研具，如研磨小孔、窄槽等。

④ 各种有色金属及合金，如铜、黄铜、青铜、锡、铝、铅锡金等，材质较软，表面容易嵌入磨粒，适宜做软钢类工件的研具。

⑤ 非金属材料，如木、竹、皮革、毛毡、纤维板、塑料、玻璃等。除玻璃以外，其他材料质地较软，磨粒易于嵌入，可获得良好的研磨效果。

（2）研具种类。

① 研磨平板用于研磨平面，分为带槽和无槽两种类型。带槽用于粗研，无槽用于精研，模具零件上的小平面，常用自制的小平板进行研磨。研磨平板如图1-3所示。

② 研磨环主要研磨外圆柱表面，如图1-4所示。研磨环的内径比工件的外径大0.025～0.05mm，当研磨环内径磨大时，可通过外径调节螺钉使调节圈的内径缩小。

③ 研磨棒主要用于圆柱孔的研磨，分为固定式和可调式两种。固定式研磨棒制造容易，但磨损后无法补偿，分为有槽和无槽两种结构，有槽用于粗研，无槽用于精研。当研磨环的内孔和研磨棒的外圆做成圆锥形时，可用于研磨内外圆锥表面。

（3）研具硬度。

研具是磨具大类里的一类特殊工艺装备，它的硬度定义沿用磨具硬度的定义。磨具硬度是指磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度，反映黏合剂把持磨粒的强度的能力。磨具硬度主要取决于黏合剂加入量的多少和磨具的密度。磨粒容易脱落的，表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。研具硬度的等级一般分为超软、软、中软、中、中硬、硬和超硬7 大等级。这些等级还可再细分出若干小级。测定磨具硬度的方法，较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度计测定法和喷砂硬度计测定法。在研磨切削加工中，若被研工件的材质硬度高，一般选用硬度低的磨具；反之，则选用硬度高的磨具。

3.常用的研磨剂

研磨剂是由磨料、研磨液及辅料按一定比例配制而成的混合物。常用的研磨剂分为液体和固体两大类。液体研磨剂由研磨粉、硬脂酸、煤油、汽油、工业用甘油配制而成；固体研磨剂是指研磨膏，由磨料和无腐蚀性载体，如硬脂酸、肥皂片、凡士林配制而成。

磨料的选择一般根据所要求的加工表面粗糙度来确定，从研磨加工的效率和质量来看，要求磨料的颗粒均匀。粗研磨时，为了提高生产率，用较粗的粒度，如W28～W40；精研磨时，用较细的粒度，如W5～W27；精细研磨时，用更细的粒度，如W1～W3.5。

① 磨料。

磨料的种类很多，表1-1为常用的磨料种类及其应用范围。

② 研磨液。

研磨液主要起润滑和冷却作用，它应具备一定的黏度和稀释能力；表面张力要低；化学稳定性要好，对被研磨工件没有化学腐蚀作用；能与磨粒很好混合，易于沉淀研磨脱落的粉尘和颗粒物；对操作者无害，易于清洗等。常用的研磨液有煤油、机油、工业甘油、动物油等。此外，研磨液中还会用到一些在研磨时起到润滑、吸附等作用的混合脂辅助材料。