研磨技术：原理、应用与优势

1.加工原理

研磨是一种常见的光整加工方法。研磨时把研磨剂放在研具与工件之间，在一定压力作用下研具与工件作复杂的相对运动，通过研磨剂的微量切削作用及化学作用去除工件表面的微小余量，从而达到很高的精度和很小的表面粗糙度。

研磨剂由磨料、研磨液和辅助填料调配而成。磨料一般只用微粉，起机械切削作用，常用的有刚玉、碳化硅、氧化硅、氧化铬、氧化铁等，粒径为1～10 μm。研磨液用煤油或煤油加机油，起冷却、润滑、使磨粒均布在研具表面的作用。辅助填料是指由硬脂酸、石蜡、工业用猪油、蜂蜡按一定比例混合成的混合脂，起吸附磨料、防止磨料沉淀和润滑的作用，还通过化学作用使工件表面形成一层极薄的氧化膜，氧化膜很容易被磨掉而不损伤基体，研磨过程中氧化膜不断地形成、被磨掉，从而加快研磨过程。

研具是涂敷或嵌入磨料的载体，又是研磨的成形工具。研具材料的硬度一般比工件材料低，以便使磨料在研磨过程中嵌入研具表面，对工件进行研磨。研具材料本身还应组织均匀，具有耐磨性，以使其磨损均匀，保持原有几何形状精度。研具可以用铸铁、软钢、黄铜、塑料、硬木制造，最常用的是铸铁研具。研磨钢件多用铸铁做研具；研磨铜、铝合金等材料可用硬木做研具。对有精密配合要求的两个零件，如柱塞泵的柱塞与泵体、液压阀芯与阀套、发动机的气门与气门座等，往往采用用配研（两个零件）的方法达到配合精度的要求。

图2-103　手工研磨外圆

研磨方法分手工研磨和机械研磨两种。图2-103为手工研磨外圆表面的示意图。研磨时，将研具套在工件上，在研具和工件之间涂上研磨剂，调整螺钉使研具对工件表面有一定的压力。工件装夹在车床两顶尖间作低速旋转（20～30 m/min），研具（手握）在一定压力下沿工件轴向作往复直线运动，直至研磨合格为止。手工研磨生产效率低，只适用于单件、小批量生产。

机械研磨在专用研磨机床上进行。图2-104为研磨小件外圆用的研磨机示意图。研具由上下两块铸铁研磨盘组成，两者可作同向或反向的转动。下研磨盘与机床刚性连接；上研磨盘与悬臂轴活动铰接，可按照下研磨盘的位置自动调位，以保证压力均匀。上下研磨盘之间有一个与偏心轴相连的分隔盘，分隔盘的形状如图2-104（b）所示，它上面开有许多矩形孔，尺寸比工件略大。工作时，工件在隔离盘内既转动又滑动，于是在工件表面上形成细密均匀的网纹，来均匀地去除加工余量。为增加工件轴向的滑动速度，分隔盘上矩形槽的对称中心线与分隔盘半径方向呈γ=6°～15°夹角。机械研磨生产效率高，适合于大批、大量生产。

图2-104　研磨机工作示意图

（a）研磨示意；（b）分隔盘
1—上研磨盘；2—下研磨盘；3—工件；4—分隔盘；5—偏心轴；6—悬臂轴

研磨孔是孔的光整加工方法，需要在精镗、精铰或精磨后进行。在车床上研磨套类零件孔时（见图2-105），使用可调式研磨棒作研具。研磨前套上工件，将研磨棒安装在车床上，涂上研磨剂，调整研磨棒直径使其对工件有适当的压力。研磨时，研磨棒旋转，操作者手握工件往复移动。(www.xing528.com)

图2-105　研磨孔

研磨平面的研具有两种：带槽的平板用于粗研，光滑的平板用于精研。研磨时，在平板上涂以适当的研磨剂，工件沿平板的表面以一定的运动轨迹进行研磨。研磨小而硬的工件或进行粗研时，使用较大的压力和较低的速度；反之，则用较小的压力和较快的速度。研磨还可以提高平面的形状精度，减小小型平面的平行度误差。平面研磨主要用来加工小型精密平板、平尺、块规以及其他精密零件的表面。

2.研磨的特点和应用

研磨具有如下特点。

（1）研磨加工简单，不需要复杂设备。研磨除可以在专门的研磨机上进行外，还可以在简单改装的车床、钻床等上进行，设备和研具都比较简单，成本低。手工研磨的生产效率低，劳动强度大。

（2）可以达到高的尺寸精度、形状精度和小的表面粗糙度值，但不能提高工件各表面间的位置精度。工件研磨前应进行精车或精磨。研磨可以获得IT5或更高的尺寸公差等级，表面粗糙度Ra值为0.1～0.008 μm。

（3）生产效率较低，研磨余量一般不超过0.03 mm。

（4）研磨剂易于飞溅，污染环境。

研磨应用很广，除了加工外圆面外，还可以加工孔、平面、螺纹表面、齿轮齿面等，既适合于大批、大量生产，又适合于单件、小批量生产。

在现代工业中，常采用研磨作为精密零件的最终加工。在机械制造业中，用研磨精加工精密块规、量规、齿轮、钢球、喷油嘴等精密零件；在光学仪器制造业中，用研磨精加工镜头、棱镜、光学平镜等仪器零件；在电子工业中，用研磨精加工石英晶体、半导体晶体、陶瓷元件等。