磨削是一種精密加工方法，能獲得很高的加工精度和表面粗糙度，通常可達(dá)IT1—IT2級(jí)精度，表面粗糙度Ra可達(dá)0.8-0.05微米。隨著超精密磨削的發(fā)展與應(yīng)用，加工精度已可超過IT1級(jí)，表面粗糙度Ra可控制在0.01微米以內(nèi)。

       磨削時(shí)所用的磨具是由磨料、結(jié)合劑和氣孔組成的，如圖1所示。磨具的各項(xiàng)特性直接影響加工工件的表面質(zhì)量。軸承行業(yè)是磨具使用量最多的行業(yè)之一，磨具特性的選擇及對(duì)磨削工件表面質(zhì)量的影響有著重要的意義。

圖1 磨具的組成

       1. 磨料的選擇

       1.1 磨料種類的選擇

       普通磨料分為剛玉磨料和碳化硅磨料，特性見圖2、圖3。近年來一種新型剛玉-陶瓷磨料（代號(hào)CA）的應(yīng)用逐漸增多，它是通過溶膠-凝膠法制備，晶粒尺寸非常細(xì)小，只有100～500nm，僅為普通剛玉磨粒晶體尺寸的幾百分之一。在磨削時(shí)，傳統(tǒng)剛玉磨粒在工作面被磨去后扁平鈍化，在磨削力的作用下磨粒容易從磨具上脫落，使用壽命短，而溶膠-凝膠法制備的陶瓷剛玉磨粒在整個(gè)磨損過程也是磨粒自身的自銳過程，會(huì)不斷暴露新的鋒利的微小磨削刃，使磨粒始終處于鋒利狀態(tài)。

       陶瓷剛玉磨粒制造的磨具具有壽命長(zhǎng)，磨削效率高，自銳性好，耐用度高，不易燒傷工件等特點(diǎn)。適用于大切深、大進(jìn)給的高效磨削，精密磨削和成型磨削。

       磨料起磨削作用，這是由于磨料顆粒都具有多個(gè)堅(jiān)硬鋒利的棱角，大量磨料均勻分布在磨具內(nèi)部及表面，相當(dāng)于無數(shù)堅(jiān)硬鋒利的小刀刃。因而當(dāng)它受力與被磨工件相摩擦?xí)r，便可產(chǎn)生切削。磨刃被磨鈍后，磨削壓力增大，依靠磨粒本身所具有的一定脆性，可以適時(shí)產(chǎn)生局部崩碎，露出嶄新的鋒利的棱角，重新具有切削能力。

       磨粒的選擇主要考慮適用于工件材料的性質(zhì)（硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等），不同材質(zhì)品種的磨粒對(duì)不同工件材料加工的適應(yīng)性有所不同，其選擇的基本原則為：

       （1）磨抗張強(qiáng)度高的工件材料時(shí)，選用韌性大的磨粒。

       （2）磨硬度高的工件材料時(shí)，選用硬度更高的磨粒。磨粒硬度與金屬材料硬度比較如圖5所示。

       （3）磨導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)活性大的工件材料時(shí)，選用化學(xué)穩(wěn)定性好的磨料。

       （4）磨線膨脹系數(shù)大的工件材料時(shí)，選用破碎性好的磨料。

       1.2 磨料粒度的選擇

       粒度的選擇主要考慮磨加工表面粗糙度和磨削效率。一般來說，用粗粒度磨具磨削時(shí)生產(chǎn)效率高，但工件表面質(zhì)量差，用細(xì)粒度磨具磨削時(shí)工件表面質(zhì)量較好，但生產(chǎn)效率低。磨料粒度與表面粗糙度的關(guān)系如圖7所示。總之在滿足工件表面粗糙度要求的前提下，應(yīng)盡量選用粗粒度的磨具，以保證較高的磨削效率。

       2.磨具結(jié)合劑的選擇

       結(jié)合劑是磨粒的粘接材料，本身固化后具有很高的硬度和強(qiáng)度，又與磨粒有良好的粘接力，因此可以使磨具能在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中及在重載荷條件下對(duì)被磨工件進(jìn)行高效磨削。結(jié)合劑本身也有一定的脆性，在磨削過程中能與磨鈍了的磨粒一起適時(shí)從磨具表面產(chǎn)生局部崩碎或脫落，使磨具表面重新露出鋒利的磨粒。這種特性稱為磨具的自銳性。

       普通磨具結(jié)合劑的種類主要可分為陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑。結(jié)合劑選擇主要應(yīng)根據(jù)磨削方法、磨具使用速度、工件表面磨加工要求等。

       陶瓷結(jié)合劑：代號(hào)V，適用于內(nèi)圓磨、外圓磨、無心磨、平面磨、螺紋磨、成型磨、刃磨、珩磨、超精磨及自由磨等。適用磨削普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金、有色金屬等。

       樹脂結(jié)合劑：代號(hào)B，廣泛用于粗磨、荒磨、切斷和自由磨削，可制造高速、高表面質(zhì)量、重載荷、切斷以及各種特殊要求的磨具。

       橡膠結(jié)合劑：代號(hào)R，多用于無心磨、精磨、拋光和切割等。可制造超薄型磨具。

       3.磨具組織的選擇

組織是指磨具內(nèi)磨料、結(jié)合劑、氣孔三者之間的體積比例關(guān)系。磨具組織號(hào)是指磨料在磨具中占有的體積百分?jǐn)?shù)。組織號(hào)數(shù)值越小，磨粒率越大，磨具組織越緊密，組織號(hào)數(shù)值越大，磨粒率越小，磨具組織越疏松。組織疏松的磨具，磨粒間的氣孔多，容屑較多，排屑方便，減少堵塞，加速冷卻液循環(huán)，降低磨削熱，反之，組織緊密的磨具，氣孔小，容屑較少，排屑困難，氣孔易堵塞，組織緊密的磨具，能保持較好的幾何形狀，有利于減低表面粗糙度和提高加工精度，如圖8所示，所以磨具組織的正確選擇也是磨具選擇的主要部分之一。

       （1）在不同壓力下磨削時(shí)，應(yīng)選用不同的組織，平面磨削應(yīng)選擇松組織磨具，無心磨、工具磨、外圓磨、內(nèi)圓磨等一般工件的磨削，選用中等組織磨具，在重壓力下磨削時(shí)，選用緊密組織磨具。

       （2）成型磨削和精密磨削時(shí)，為保持磨具的幾何形狀和得到較低的粗糙度值，選用緊密組織磨具。

       （3）粗磨和磨削韌性大而硬度不高的材料時(shí)，磨具易堵塞，應(yīng)選用疏松組織的磨具。

       （4）磨削機(jī)床導(dǎo)軌和硬質(zhì)合金工具時(shí)，為減少工件熱變形，避免燒傷裂紋，宜采用疏松組織磨具。

       （5）磨削薄壁、細(xì)長(zhǎng)工件或磨具與工件接觸面積較大時(shí)，應(yīng)選用疏松組織磨具。

       （6）磨削熱敏性大的材料（如磁鋼、鎢銀合金等），有色金屬（如鋁、銅等），非金屬材料（如塑料、橡皮等），宜采用大于12號(hào)組織的磨具。

       4.磨具硬度的選擇

       磨具硬度是指磨具表面的磨粒在外力的作用下脫落的難易程度，即磨具結(jié)合劑把持磨粒的牢固程度。若磨粒易脫落，磨具硬度就低，反之硬度就高。

磨具硬度的選擇主要考慮磨削效率和加工表面質(zhì)量，磨具選得過硬，磨鈍的磨粒不易脫落，砂輪易堵塞，磨削熱增加，工件易燒傷，影響工件表面質(zhì)量，磨削效率低，磨具若選得過軟，磨粒還在鋒利時(shí)就脫落，增加了磨具損耗，同時(shí)易失去正確的磨具幾何形狀，影響工件加工精度，所以磨具硬度選擇要適中。磨具硬度與表面粗糙度的關(guān)系如圖9所示。

       磨具硬度選擇原則：

       （1）磨硬材料時(shí)，選較軟的磨具，磨軟的材料時(shí)，選較硬的磨具。

       （2）磨削軟而韌性大的有色金屬材料時(shí)，硬度應(yīng)選得軟一些。

       （3）磨削導(dǎo)熱性差的材料（合金鋼、硬質(zhì)合金等），應(yīng)選較軟的磨具。

       不同磨削方式下磨具硬度的選擇

       切入磨削外圓比縱向進(jìn)給磨削外圓所選用磨具硬度軟些，切入法磨削小邊角、圓弧或直角和母線等幾何形狀要求高的工件，其磨具硬度要高1-2小級(jí)。

       （1）成型磨削和磨削斷續(xù)表面時(shí)，磨具硬度要選高些。

       （2）平面磨削時(shí)磨具硬度應(yīng)選軟些，端面磨比圓周磨削時(shí)，磨具硬度應(yīng)選軟些。

       （3）內(nèi)圓磨削較外圓、平面磨削所選磨具硬度要高些。

       （4）刃磨刀具時(shí)，選用硬度較軟的磨具。

       （5）高速磨削的磨具硬度要比普通磨削磨具硬度低1-2小級(jí)。

       5.磨具的平衡

       磨具靜不平衡是指磨具的實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線與其通過質(zhì)量中心的旋轉(zhuǎn)軸線偏離的狀態(tài)。其不平衡的原因：

       （1）磨具的組織不均勻。

       （2）磨具幾何形狀不準(zhǔn)確，如兩個(gè)端面不平行、孔徑與外圓有不同軸度。

       （3）安裝時(shí)有偏心現(xiàn)象等。

       磨具在使用前都需要按照國(guó)標(biāo)GB/T2492—2017《固結(jié)磨具 交付砂輪允許的不平衡量測(cè)量》進(jìn)行檢測(cè)，如果使用超過國(guó)標(biāo)的不平衡磨具，在磨削使用中，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏離軸心的離心力，使工件表面質(zhì)量差，出現(xiàn)棱角、震痕或燒傷，或使磨具主軸與軸承迅速磨損，甚至造成磨具破裂事故。

       6.磨具轉(zhuǎn)速的選擇

磨具的轉(zhuǎn)速是指磨具每分鐘轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)，單位是r/min，磨具的線速度是指磨具外圓任意一點(diǎn)每秒鐘走過的路程，單位是m/s，磨具的速度檢測(cè)是國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB/T2493—2013《砂輪的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法》，凡是外徑為150毫米及更大的陶瓷、樹脂、橡膠結(jié)合劑磨具，除個(gè)別特殊磨具外，均需要按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

       磨具的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，因而工件表面的粗糙度就越小，同時(shí)，磨具速度越高，就有可能使表面金屬塑性變形的傳播速度大于切削速度，工件材料來不及變形，致使表層金屬的塑性變形減小，磨削表面粗糙度值也將減小。磨具速度與表面粗糙度的關(guān)系，如圖11所示。

       7.磨具的修整

       磨具在磨削過程中逐漸磨鈍，切削能力顯著下降，此時(shí)須進(jìn)行磨具修整，以恢復(fù)磨削能力。

       7.1 磨具磨鈍的特征

       （1）第一次使用，磨削需要修型或修銳。

       （2）磨具無法切削，磨具表面被堵塞或磨粒磨鈍。

       （3）磨具形狀失真。

       7.2 磨具修整的原則

       （1）工件表面精度要求高，磨具要修整得平細(xì)，反之可修得粗糙些。

       （2）材料硬，接觸面積大，修整得要粗糙些。

       （3）粗磨比精磨修整得要粗糙，以利提高生產(chǎn)效率。

       （4）橫向、縱向進(jìn)給量小時(shí)，修整得要平細(xì)，反之可以粗糙些。

       7.3 磨具修整的主要方法

       磨具修整有手動(dòng)和設(shè)備在線修整，磨具分為金剛石筆、碳化硅磨具和超硬修整滾輪。

        8.磨削液的選擇

       磨削液有三重任務(wù)：排屑、冷卻、潤(rùn)滑。磨削液對(duì)磨削力、磨削溫度及磨具磨損等方面的影響，最終會(huì)影響工件表面粗糙度。切削液良好的潤(rùn)滑清洗作用，有利于減小表面粗糙度值。

       通過以上分析，磨具的各種特性與磨削出的工件表面質(zhì)量有重要關(guān)系與影響，需要認(rèn)真選擇，才能通過磨削過程，生產(chǎn)出符合精度要求的軸承產(chǎn)品。