磨削加工在很多領(lǐng)域內(nèi)驻碟，不論從技術(shù)上或經(jīng)濟上捎滴，都可與切削加工相匹敵，有些領(lǐng)域甚至是唯一的加工方法。但目前制造業(yè)許多人認為磨削加工效率低黎伤，不經(jīng)濟儡特，因此盡量不予采用。Salmon認為催舅，產(chǎn)生這種想法的主要原因是對磨削原理及其內(nèi)在潛力缺乏了解疏唾。作者撰寫本文的目的就是要幫助企業(yè)界的有關(guān)人士正確理解和運用磨削技術(shù)。

　　當今制造業(yè)正在急切地尋找替代磨削的方案函似。一些正在試驗用來提高零件生產(chǎn)效率的“新”方案包括：硬切削槐脏、干切削、耐磨涂層刀具和高速切削等撇寞。

　　但應(yīng)指出准给，“高速”兩字對磨削并不陌生。砂輪的常規(guī)運行表面線速度達1829m/min重抖，高速超硬磨料砂輪的生產(chǎn)實用速度達4572～10668m/min露氮，而實驗室里在磨削專用設(shè)備上的速度則可達到18288m/min——僅稍低于聲速。

　　工業(yè)界不喜歡磨削的部分原因是對它不了解钟沛。超硬磨料和緩進給磨削工藝不論從技術(shù)或經(jīng)濟角度看畔规，都可與銑削、拉削恨统、刨削以及某些情況下的車削相匹敵叁扫。但制造企業(yè)中有很多人，他們的知識停留在傳統(tǒng)加工技術(shù)水平上畜埋，往往對磨削采取排斥的態(tài)度莫绣。但隨著新材料的推進(如陶瓷、晶須強化金屬和強化聚合材料镀材、多層金屬和非金屬的壓合材料)妆浅，磨削經(jīng)常是唯一可行的加工方法。

　　如果采用適當?shù)慕Y(jié)合劑忍具，就可以使得磨粒在加工過程中的脫落和自礪過程得到控制爵缸。并且砂輪變鈍或出現(xiàn)粉屑狀載荷時，可以在機床上修整却怪。這些優(yōu)點在其它的加工方法中都是難以做到的晚饰。

　　砂輪可以使加工表面的公差達到數(shù)萬分之一的數(shù)量級(微米級)，同時還能使表面光潔度和切削紋理達到最佳狀態(tài)殷感。

　　不巧的是窃橄，長期以來，磨削一直被看作是一種“藝術(shù)”熏迷。直到最近的40～50年間赵腰，通過研究人員持續(xù)地對磨削加工過程進行研究都癣，開發(fā)了新的、改進的磨料怔匣、粘結(jié)劑體系和各種磨削液握联。這些成果的取得，使得磨削加工進入了科學王國每瞒。

　　磨料的種類

　　磨料可分為兩大類：普通磨料(如氧化鋁金闽、碳化硅等)和超硬磨料(金剛石、立方氮化硼等)剿骨。

　　CBN和金則石比普通磨料更硬代芜、更耐磨，但非常昂貴浓利。同時挤庇，超硬磨料是優(yōu)良的導(dǎo)熱體(金剛石的導(dǎo)熱性是銅的6倍)，而普通磨料是陶瓷材料贷掖，所以是絕熱的嫡秕。

　　超硬磨料還具有很高的熱擴散性，就是有迅速散熱的能力苹威。這一特性使超硬磨料具有“冷切削”的本性昆咽。超硬磨料的抗磨性能也大大優(yōu)于普通磨料，但超硬磨料具備的這些特性也并不意味著它們就適用于所有的磨削工序阿魏。

　　每種磨料都有其最適當?shù)氖褂妙I(lǐng)域鉴梦，所以了解每種磨料的特點十分重要。例如耘泰，氧化鋁陶瓷磨料——有時稱作晶種凝膠(SG)磨料或陶瓷磨料——通常比熔融(普通)氧化鋁有更好的抗磨性和形狀保持性逐茄。但陶瓷磨料也有其最適當?shù)氖褂妙I(lǐng)域。

　　氧化鋁：Al2O3是最便宜的磨料嘀醋。磨削淬硬鋼時性能很好张域，在連續(xù)修整的條件下，也能磨削鎳基超級合金鞍票，Al2O3對各種磨削條件有很好的適應(yīng)性蚊牌，如軟的和硬的材料，輕切削和重切削等岖佛，并能磨出很高的表面光潔度。

　　陶瓷氧化鋁：陶瓷氧化鋁強度很高渊输，所以最適用于每顆磨粒的切削力負荷較高的場合用虚。陶瓷氧化鋁在外圓磨削和大平面往復(fù)磨削淬硬鋼時，其效果很好奸误。但它不適于切削弧線長粤蝎、單顆磨粒負荷力較小之處真仲，如內(nèi)圓磨、緩進給磨等初澎。

　　但經(jīng)過“拉伸”改制的陶瓷氧化鋁磨粒秸应，甚至在切削弧線長的情況下，也可用于加工粘性的不銹鋼碑宴、高溫合金等软啼，此時磨粒的形狀比(長闊比)達到5。

　　陶瓷氧化鋁磨粒的性能可以通過加入部分脆性的熔融氧化鋁形成復(fù)合磨料砂輪得到改善延柠。此時祸挪，需要知道砂輪在工件上的切削弧長度，以便有針對性地確定砂輪配比贞间。

　　碳化硅：SiC磨料具有天然鋒利的形狀贿条。適于磨削硬質(zhì)材料(如硬質(zhì)合金)。因為其鋒利增热，使它也適于加工很軟的材料整以，如鋁、聚合物嗤矾、橡膠以及低強度鋼勒蜘、銅合金和塑料等軟材料。

　　金剛石：天然和人造金剛石都可用于磨削肪尾。金剛石是碳的一種超高硬度形態(tài)鹅甚，因它對鐵有親合性(鋼是鐵和碳的合金)而形成快速磨損，所以不適于加工黑色金屬材料催蓄，但金剛石特別適用于有色金屬材料夸截、鈦、陶瓷和金屬陶瓷的磨削加工乱来。

　　立方氮化硼：CBN像金剛石一樣儒淌，是一種非常昂貴的磨料。一個超硬磨料砂輪的價格比普通磨料的砂輪要貴50倍以上荡担，但其使用壽命比普通砂輪要高100倍以上品客，即使磨削最硬的鋼，也只有輕微磨損准瘪。

　　CBN最適于加工黑色金屬材料粟翔，特別是在要求長時間保持砂輪形狀的場合，如軸承內(nèi)滾道的磨削讼载。另外轿秧，CBN較適于不經(jīng)常更換砂輪的工序，因為小批量和砂輪更換咨堤，在安裝時都要修整菇篡，這是導(dǎo)致砂輪消耗的主要因素漩符。因為CBN在高溫時和水接觸要起反應(yīng)，并加速磨損驱还，所以要用乙二醇或油嗜暴。

　　結(jié)合劑

　　普通砂輪的結(jié)合劑，可以采用陶瓷议蟆、樹脂或塑料闷沥，超硬磨料的結(jié)合劑則可用燒結(jié)的金屬基體或用電鍍鎳層的辦法覆蓋到砂輪上。這類砂輪是不滲水的咪鲜，也無空洞狐赡。

　　金屬結(jié)合劑和電鍍砂輪的磨削液要仔細選擇，以防砂輪打滑疟丙。打滑時在切削弧處產(chǎn)生的巨大動載液壓颖侄，會頂舉砂輪，導(dǎo)致工件光潔度惡化和加快砂輪磨損聋遮。

　　結(jié)合劑和磨料兩者的選擇密切相關(guān)重柄。例如CBN的使用場合一般是要求砂輪在使用期間保持形狀不變，并且直至消耗盡才從機床取下仪丛。由于CBN的導(dǎo)熱性很好汤史，所以用金屬結(jié)合劑更有利。兩者結(jié)合起來提供了冷切削的條件卒粮。因為切削熱通過磨料和砂輪傳導(dǎo)巴锄，再隨冷卻液帶走的速度，比進入工件要快得多钱挺。

　　金屬結(jié)合劑有兩種形式：電鍍和燒結(jié)惕拍。電鍍砂輪是不修整的，它們一開始就制成正確的形狀辣沧，并一直用至耗盡狼棠。燒結(jié)金屬砂輪通常用電火花修整，然后像電鍍砂輪那樣裝到機床上使用哀铡。

　　燒結(jié)和電鍍砂輪安裝到主軸后的徑向跳動應(yīng)小于0.0125mm杯聚。對金屬結(jié)合劑砂輪來說，減小主軸跳動十分重要抒痒。因為磨粒從結(jié)合劑上伸出的距離很小幌绍，若跳動達到0.025mm，則會發(fā)生砂輪的一端已負荷太重而造成過度磨損故响，另一端則負荷很輕而仍很鋒利纷捞。

　　某些電鍍砂輪可以制出很小的輪廓圓弧半徑(約0.125mm)。但多數(shù)電鍍砂輪的輪廓圓弧半徑大于0.5mm被去。通常主儡，電鍍砂輪運用于高速磨削，而金屬燒結(jié)砂輪適于磨削陶瓷材料惨缆。

　　整體金屬結(jié)合劑砂輪對振動糜值、跳動和冷卻液流量等工作條件的適應(yīng)范圍很小。假如磨床坯墨、工件和夾具的剛性較差寂汇，或老機床的軸承狀態(tài)不佳，并且機床上沒有平衡裝置捣染，這種條件下使用電鍍砂輪就會導(dǎo)致砂輪壽命免姻、工件光潔度和表面紋理方面的問題。根據(jù)機床的振動和穩(wěn)定性等具體情況豌泊，有時采用樹脂結(jié)合劑砂輪要好一些们灵。樹脂結(jié)合劑對振動有很強的阻尼能力。當然怔于，樹脂砂輪的校正和修整涉及的設(shè)備和時間禀蜒，都會增加成本。

　　陶瓷結(jié)合劑使用最為普遍姚详。由于這種結(jié)合劑的砂輪帶孔洞槐猪，使得切削液能有效地進入磨削弧，并有較大的空洞容納磨屑腮稚。同時许食，使用金剛石工具可方便地將陶瓷結(jié)合劑砂輪修至正確形狀和磨銳。

　　附：普通磨料和超硬磨料適用的被加工材料范圍：

　　氧化鋁磨料：淬硬鋼挽饺、鎳基超級合金够菊、高溫合金、黑色金屬

　　陶瓷氧化鋁磨料：淬硬鋼卖氨、鎳基超級合金会烙、粘性不銹鋼、高溫合金

　　碳化硅磨料：硬質(zhì)合金筒捺、鋁和鈦柏腻、橡膠聚合物、銅合金系吭、塑料

　　金剛石磨料：硬質(zhì)合金五嫂、鋁和鈦、陶瓷肯尺、金屬陶瓷

　　立方氮化硼磨料：淬硬鋼沃缘、鎳基超級合金、黑色金屬

　　砂輪的準備

　　砂輪的準備包括：安裝则吟、平衡槐臀、精整和修整锄蹂。砂輪準備不好，將成為以后很多磨削問題產(chǎn)生的根源水慨。

　　首先得糜，要按照砂輪制造廠的指導(dǎo)書安裝砂輪，保證砂輪在修整前處于較好的原始平衡狀態(tài)和最小的跳動现熔。

　　第二服骚，安裝時要仔細操作以免碰傷砂輪內(nèi)孔。砂輪內(nèi)孔在高速旋轉(zhuǎn)時承受巨大應(yīng)力展霸，搬運和安裝失當往往是砂輪啟動時導(dǎo)致爆裂的原因蝎蛤。

　　第三，安裝陶瓷結(jié)合劑砂輪時莺肌，必須用紙質(zhì)墊圈挪吱。

　　第四，用平穩(wěn)的扭矩和松緊度上緊法蘭盤艾维。

　　安裝完畢后谭迄，砂輪應(yīng)依次作粗平衡、修整赠戏、和精平衡怔樊，然后再開始磨削。若砂輪原始狀態(tài)很不平衡且跳動很大安粤，則常需作附加修整及再平衡贫宫。

　　砂輪良好的平衡會使磨削表面持續(xù)保持良好光潔度，并使壽命延長枝誊。同時况芒，正確的修整會使砂輪保持穩(wěn)定的磨削表面和磨削作用。

　　砂輪的鋒利程度及其形狀精度取決砂輪的修整方法叶撒。所以绝骚，任何時候都要使砂輪修整裝置處于良好的工作狀態(tài)，這對于單點金剛石修整器或電機驅(qū)動的金剛石滾輪都一樣祠够。

　　單點金剛石修正是修整陶瓷結(jié)合劑砂輪的常用方法压汪，這種修整方法常會導(dǎo)致砂輪性能不穩(wěn)定，所以修整的方法和程序要不斷作相應(yīng)的調(diào)整古瓤。

　　在磨削工件時止剖，典型的方法是：砂輪粗磨一定的加工留量，然后改變修整參數(shù)落君，再精磨工件穿香。通常的做法是，粗修砂輪時，金剛石沿砂輪外圓作快速橫向進給皮获，而精修時焙蚓，修正器的橫向進給速度大大減慢，以獲得光潔的砂輪表面和工件表面兔升。

　　一種稱為“搭接式”或“部分重疊式”的修整方法葱山，能保證正確、穩(wěn)定的修整胃余。例如，一直徑為406.4mm的砂輪柑汇，速度為6000sfm(1828m/min)没撒，單點金剛石修正器的圓弧半徑0.254mm作粗磨修整，每個行程的修整量為0.025mm豫狸。

　　一般修正時常用的橫向進給速度往往過快胆叁，使砂輪表面有一部分修不到。而采用多次行程雖可以使砂輪表面都修到赂裁，但表面不平轻迹。這種砂輪磨削性能較高，但磨損快而不均勻烛许。

　　砂輪修整一般在磨削工作速度下進行祭昏。唯一的例外是作刮壓整形修整時，在300sfm(91.44m/min)的低速下進行强挫。橫向進給速度應(yīng)根據(jù)修整器的金剛石尺寸和對砂輪表面的要求而計算確定岔霸，一般粗磨采用2～3次搭接，精磨則需4～6次搭接俯渤。
修正器橫向進給速度的計算:已知金剛石圓弧半徑(XB＝0.015″)呆细，金剛石切入量(0.001″)，砂輪轉(zhuǎn)速1400rpm八匠。距離CB計算如下：因XB＝0.015″絮爷，CX＝0.015″-0.001″＝0.014″。CB＝0.00735梨树，而AB＝2CB＝0.0147″坑夯。這樣就得到了金剛石每轉(zhuǎn)的進給節(jié)距，保證在砂輪表面不留下未修部分劝萤。換算到每分鐘的進給速度AB×1400rpm＝20.58ipm渊涝。這個速度使金剛石一次修整就覆蓋整個砂輪表面。若修整要求二次搭接床嫌，則進給速度減半跨释，為10.29ipm。對粗修整較為理想。精修整需4～6次搭接蝎疹，進給速度要相應(yīng)減少抽述。如4次搭接時為5.14ipm。

　　磨削液的應(yīng)用

　　磨削液的正確應(yīng)用對于成功的磨削十分重要边饿。磨削液的作用是對切削弧區(qū)進行冷卻和潤滑使城。水基磨削液的作用主要是冷卻，也有一定的潤滑作用值舀。而冷卻油的作用主要是潤滑蛆骨，有點冷卻作用。全合成添加劑的水基磨削液裙澎，最適用于鋒利的強力磨削砂輪洒妈，這種砂輪通常工作時切削弧較長，需要較好的沖刷作用艘彭。

　　半合成添加劑的磨削液蛮碾，最適用于磨削復(fù)雜形狀和要求潤滑性能良好，以防止燒傷的場合跟狱。單純的油劑適于磨削復(fù)雜形狀俭厚，切削弧較短、磨削光潔度要求較高的場合驶臊。而乙二醇基的磨削液適用于采用立方氮化硼砂輪而又要避免使用單純油劑的場合挪挤。

　　選擇磨削液是一項艱難的任務(wù)：既要考慮磨削液的初始價格，又要考慮其管理和處理的費用资铡。所謂對環(huán)境無害的“綠色”冷卻液电禀，僅是一種欺騙。有些桶裝的新鮮冷卻液笤休，甚至可以飲用尖飞，但一旦磨削碎末污染了液體，就會變成對環(huán)境有害的廢物店雅。

　　磨削液一旦選定政基，就應(yīng)對其進行過濾和保養(yǎng)。不僅要考慮其清潔度闹啦，還要控制其濃度沮明、導(dǎo)電性和PH值。

　　最新的磨削液的試驗表明窍奋，磨削液濃度對磨削過程的影響不是線性關(guān)系施式。長期以來，人們都認為执峰，隨著磨削液濃度的增加涎花，磨削過程會成比例地改善喊宿，實際上這是不正確的。例如瞒酪，磨削液濃度在7.5%～8%時荞宰，其性能不及濃度5%的好，但當濃度增加至10%～12%時测佛，性能又得到改善度潜。

　　對50種水基磨削液的試驗結(jié)果大同小異。不過影凿，在有些情況下致殉，趨勢不很明顯；而在另一些情況下球毙，7.5%的磨削液濃度簡直到了導(dǎo)致機床失速的程度隶鹰；而濃度5%和10%的磨削液工作情況良好。

　　在選好了適當?shù)哪ハ饕杭捌涔芾眢w系以后螺句，接下來的首要問題是如何正確地把磨削液注入磨削區(qū)域。

　　磨削液應(yīng)該注到切削弧區(qū)域橡类，而不是簡單地注向工件和砂輪的結(jié)合部蛇尚，通常澆注的冷卻液只有很少部分進入切削弧區(qū)。旋轉(zhuǎn)的砂輪像一個吹風器那樣顾画，把磨削液從砂輪外圓拋出去取劫。

　　砂輪的孔隙既可容屑，又可發(fā)揮搬運磨削液的功能研侣。就這樣谱邪，磨削液是靠砂輪本身帶到切削弧區(qū)的。所以庶诡，在適當?shù)乃俣认碌胍ハ饕簼沧⒌缴拜喭鈭A就會帶向切削弧區(qū)。

　　此外末誓，噴咀應(yīng)作專門設(shè)計扯俱，使磨削液以適當?shù)乃俣葒娮⒃谡_的注入點。噴咀尺寸應(yīng)覆蓋整個砂輪寬度酝凄，當寬度已知時食迈，噴咀的開口高度(d)可通過計算獲得。若噴咀寬度為1.5″冀远，則噴咀口的面積為：1.5din2嘿惜。設(shè)磨削速度為5500(1676m/min)，換算成英寸須乘12峰毙，得66000in/min坯公，所以，噴口處的磨削液流速為：(1.5din2)×66000in/min＝99000din3/min。

　　若油泵壓力為110psi(0.758MPa)坑搀，每分鐘的液體流量為58gpm(每分鐘58加侖笑院，約為219.554升/分)，而1加侖＝231立方英寸溜封，所以油泵流量為：231in3×58gpm＝13398in3/min类玉。顯然，油泵進口和出口的流量應(yīng)該相等踢寂，即13398應(yīng)等于99000d嫂茸。于是可算出噴口高度d為：0.135″(13398/99000)。實際選用的噴咀開口高度可以比計算值略小一點弄兜，因為磨削液離開噴咀后速度會有所降低药蜻。當噴咀不正對砂輪的情況下，考慮這個因素尤為重要替饿。所以语泽，本例中噴咀尺寸取0.12″×1.5″較好。

　　油泵的壓力是為推動液體在管路系統(tǒng)中流動视卢。有時系統(tǒng)的阻力可能超過油泵額定壓力110Psi踱卵。因為經(jīng)常發(fā)生噴咀制造不正確，管路据过、接頭惋砂、活動轉(zhuǎn)臂等有扭曲或阻滯現(xiàn)象。假如上述影響流動的阻滯因素存在绳锅，則流動速度就會減小西饵。因此，要經(jīng)常用流量劑來檢測流速的變化鳞芙，光看壓力計是不夠的眷柔。

　　附錄:關(guān)于超硬磨料濃度的知識

　　超硬磨料的砂輪技術(shù)規(guī)范中一項重要指標是濃度。工業(yè)界常把濃度100誤解為100%行删，其實不然过拿，濃度100的定義是：在1立方英寸體積內(nèi)有72克拉磨料。所以偶嘁，濃度50是指每立方英寸中有36克拉磨料祸铁，磨料的粒度大小有很多種，而不同粒度的磨料可以有相同的濃度是龟。

　　現(xiàn)以濃度同樣為75的兩種磨料粒度作對比秦谁。一種是60粒度(美標，下同)后匀，另一種是200粒度以称，它們每立方英寸的磨料含量都是54克拉友合，對于60粒度的磨料，每克拉有6900顆烘幅，而200粒度的磨料每克拉有262000顆颊夷。所以60粒度的磨料，在每立方英寸的砂輪中有372600顆磨粒钉答，而200粒度的磨料础芍，這個數(shù)字達到14148000顆。

　　不同的磨料粒度意味著在濃度相同時数尿，細粒度的磨粒(左)數(shù)量多于粗粒度的磨粒仑性。假定磨粒在砂輪內(nèi)是均勻分布的，則把上述每立方英寸中的磨粒數(shù)開立方后右蹦，可得每英寸長度上的磨粒數(shù)诊杆。對60粒度而言，為每英寸72顆何陆，而200粒度為每英寸242顆晨汹，上述數(shù)字的倒數(shù)就是磨粒間距。對60粒度而言贷盲，間距為0.014″宰缤，對200粒度，間距為0.004″晃洒。假如磨削中的切削弧長度是0.013″，60粒度的砂輪朦乏，磨料間距比它長球及，所以有時切削弧上沒有磨料在工作，而對200粒度的砂輪罗炸，磨粒間距為0.004″化歪。所以至少有3顆磨粒在切削弧上工作。

　　從上述對比引出了一條常用規(guī)則么歹，即選用砂輪時敛档，要保證切削弧長度上有4～10顆磨粒在工作。

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