研磨是使用研具、游离磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法,将研具表面嵌入磨料或敷涂磨料并添加润滑剂,在一定的压力作用下,使研具与工件接触并做相对运动,通过磨料作用,从工件表面切去一层极薄的切屑,使工件具有精确的尺寸、准确的几何形状和较低的表面粗糙度,这种对工件表面进行的精密加工方法叫做研磨。
研磨过程中,工件与研具的接触面积由小到大,适当地调整研磨压力,可以获得较高的效率和较低的表面粗糙度。但是研磨的压力不能太大,若研具硬度较高而研磨压力太大时,磨粒很快被压碎,使切削能力降低。特别是在干研磨时,当研具硬度较低而研磨压力过大时,磨粒会被大量嵌进研具表面,使切削能力大大增强,但因研磨动作加剧而导致工件和研具受热变形,直接影响到研磨质量和研具的寿命。反之,研磨的压力也不能太小,压力太小会使切削能力降低,同时生产效率也降低。在一定范围内,研磨压力与生产效率成正比。
在研磨过程中,被加工表面发生复杂的物理、化学作用,其主要作用如下。
1)微切削作用。在研具和被加工表面作相对运动时,磨料在压力作用下,对被加工表面进行微量切削。在不同加工条件下,微量切削的形式不同。当研具硬度较低、研磨压力较大时,磨粒可镶嵌到研具上产生刮削作用,这种方式有较高的研磨效率;当研具硬度较高时,磨粒不能镶嵌到研具上,磨粒在研具和被加工表面之间滚动,以其锐利的尖角进行微切削。在研磨脆性材料时,除滑动切削作用和滚动切削作用作用外,磨粒在压力作用下,使加工面产生裂纹,随着磨粒的运动,裂纹不断地扩大、交错,以致形成碎片,成为切屑脱离工件。
2)挤压塑性变形。钝化的磨粒在研磨压力作用下挤压被加工表面的粗糙突峰,使突峰趋向平缓和光滑,被加工表面产生微挤压塑性变形。
3)化学作用。在湿研磨时,所用的研磨剂内除了有磨粒外,还常加有油酸、硬脂酸等酸性物质,这些物质会使工件表面产生一层很软的氧化物薄膜,钢铁材料成膜时间只要0.05s,氧化膜厚度约2~7nm。凸点处的薄膜很容易被磨粒去除,露出的新鲜表面很快地继续被氧化,继续被去掉,如此循环,加速了去除的过程,提高了研磨效率。
研磨压力一般取O.0l一0.5MPa。一般手工粗研磨的压力约为0.1—0.2MPa;精研磨的压力约为0.0l~0.05MPa。对于机械研磨来说,因机床开始起动时摩擦力很大,研磨压力可调小些,在研磨过程中,可调到某一定值,研磨终了时,为获得高精度,研磨压力可再减小些。在所用压力范围内,工件表面粗糙度是随着研磨压力的降低而降低的。当研磨压力在0.04~0.2MPa范围内时,对降低工件表面粗糙度收效较为显著。一般对较薄的平面工件,允许的最大压力以0.3MPa为好。
在一定条件下,提高研磨速度可以提高研磨效率。但是,如果工件的加工精度要求很高,采用较高的研磨速度进行研磨则不能得到令人满意的效果。较高的研磨速度的缺点如下。
1)将产生较高的热量,使精度降低。
2)使研具表面较快地磨损,从而影响工件的几何形状和精度。
3)对圆盘研磨来说,可使研磨盘外圈与内圈的速度差增加,因研磨量与研磨所走的路程成正比,所以经常是外圈的研磨量大于内圈的研磨量。
合理地选择研磨速度应考虑加工精度、工件的材质、硬度、研磨面积等,同时也要考虑研磨的加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在10~150m/min之间;对于精密研磨来说,其研磨速度应选择在30m/rain以下;一般手工粗研磨每分钟约往复40~60次;精研磨每分钟约往复20~40次。
研磨时问和研磨速度这两个研磨要素是密切相关的,它们都同研磨中工件所走过的路程成正比。在研磨的初始阶段,因有工件的原始粗糙度及几何形状误差,工件与研具接触面积较小,使磨粒压下较深。随着研磨时问增加,磨粒压下渐浅,通过工件横截表面的磨粒增多,工件几何形状误差的消除和表面粗糙度的改善较快,而后工件与研具上的磨粒接触较多,此时磨粒压下深度较浅,各点切削厚度趋于均匀,则逐步缓慢下来。研磨时问再加长,超过一定的研磨时问之后,磨粒钝化得更细,压下更浅,切削能力也更低了,并逐渐趋向稳定,不仅加工精度趋向稳定不再提高,甚至会因过热变形而丧失精度,并使研磨效率降低。 ‘
对粗研磨来说,为获得较高的研磨效率,其研磨时问主要根据磨粒的切削快慢来决定。对精研磨来说.研磨时间在l一3min范围,对研磨效果的改变已变缓,超过3min,对研磨效果的提高没有显著变化。为提高研磨效率,缩短总的研磨时间,对每种粒度的磨料所对应的最佳研磨时应严格控制。
总结:研磨过程中工件与研具的接触面积由小到大,适当地调整研磨压力,可以获得较高的效率和较低的表面粗糙度。中国铸造网建议大家一定要了解研磨铸造的本质,提高研磨的效率。