在模具零件和较精密机械零件制造过程中，形状加工后的平滑加工和镜面加工称为零件表面的研磨与抛光，是提高表面质量的重要工序。研磨主要用于表面粗糙度值要求很低，磨削又难以达到要求的压铸模和塑料模零件表面。钳工研磨一般都是手工操作。
1.研磨的作用与研磨余量
1）研磨的基本原理
研磨过程中的物理作用即磨料对工件的切削作用，研磨时，要求研具材料比被研磨的工件软，这样受到一定压力后，研磨剂中微小颗粒（磨料）被压嵌在研具表面上。这些细微的磨料小颗粒具有较高的硬度，成为无数个刀刃。由于研具和工件的相对运动，半固定或浮动的磨粒则在工件和研具之间作运动轨迹很少重复的滑动和滚动，因而对工件产生微量的切削作用，均匀地从工件表面切去一层极薄的金属。借助于研具的精确型面，使工件逐渐得到准确的尺寸精度及合格的表面粗糙度。
当研磨剂采用氧化铬、硬脂酸等化学研磨剂进行研磨时，与空气接触的工件表面很快形成一层极薄的氧化膜，而且氧化膜又很容易被研磨掉，这就是研磨的化学作用。在研磨过程中，氧化膜迅速形成（化学作用），又不断地被磨掉（物理作用）。经过这样的多次反复，工件表面就很快地达到预定要求。
2）研磨的作用
研磨在机械零件加工中的作用，主要有：
①降低零件表面粗糙度。各种不同加工方法所得表面粗糙度的比较，如表9-1所示，经过研磨后的表面粗糙度最小。在模具零件制造过程中，采用研磨加工，可降低压模具的型腔或型芯零件表面的粗糙度。
表9-1 各种不同加工方法能达到的表面粗糙度
②提高尺寸精度。通过研磨后的机械零件，其尺寸精度可以达到0.001～0.005mm。
③提高几何形状的准确性。机械零件在机械加工中产生的形状误差，可以通过研磨的方法校正。
④延长零件的使用寿命。经过研磨后，机械零件的表面粗糙度很小，零件的耐蚀性、抗腐蚀能力和抗疲劳强度等也相应得到提高，从而延长零件的使用寿命。
3）研磨余量
研磨的切削量很小，每研磨一遍一般所能磨去的金属层不能超过0.002mm，研磨余量不能太大，否则，会使研磨时间增加，并且研磨工具的使用寿命也要缩短。通常研磨余量在0.005～0.03mm范围内比较适宜，有时研磨余量保留在工件的公差以内。
研磨余量应根据如下主要方面来确定：工件的研磨面积及复杂程度；零件的精度要求；零件是否有工装及研磨面的相互关系等。一般情况下的研磨余量，如表9-2所示。
表9-2 研磨余量 （单位：mm）
2.研磨工具
研磨工具，一般称研具。在研磨加工中，研具是保证研磨工件几何形状正确的主要因素，因此对研具的材料和几何精度要求较高，而表面粗糙度值要小。
1）研具材料
研具材料应满足如下技术要求：材料的组织要细致均匀，要有很高的稳定性和耐磨性，具有较好的嵌存磨料的性能，工作面的硬度应比工件表面硬度稍软。常用的研具材料有如下几种。
①灰铸铁。润滑性好，磨耗较慢，硬度适中，研磨剂在其表面容易涂布均匀，是一种研磨效果较好、廉价易得的研具材料，因此得到广泛应用。
②球墨铸铁。比一般灰铸铁更容易嵌存磨料，并且更均匀、牢固、适度，同时还能增加研具的耐用度。采用球墨铸铁制作研具已得到广泛应用，尤其用于精密工件的研磨。
③软钢。韧性较好，不容易折断，常用来制作小型的研具，如研磨螺纹和小直径工具、工件等。
④铜。性质较软，表面容易被磨料嵌入，适于制作研磨软钢类工件的研具。
2）研具的类型
生产中需要研磨的工件是多种多样的，不同形状的工件应用不同类型的研具。常用的研具有以下几种：
①研磨平板。主要用来研磨平面，如研磨块规、精密量具的平面等，分为有槽的和光滑的两种，如图9-1所示。有槽的研磨平板用于粗研，研磨时易于将工件压平，可防止将研磨面磨成凸弧面；精研时，则应在光滑的平板上进行。
②研磨环。主要用来研磨外圆柱表面。研磨环的内径应比工件的外径大0.025～0.05mm，其结构如图9-2所示。当研磨一段时间后，若研磨环内孔磨大，拧紧调节螺钉3，可使孔径缩小，以达到所需间隙，如图9-2（a）所示。图9-2（b）所示的研磨环，孔径的调整则靠右侧的螺钉。
图9-1 研磨平板
图9-2 研磨环
1—开口调节圈；2—外圈；3—调节螺钉
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，如图9-3所示。固定式研磨棒制造容易，但磨损后无法补偿，多用于单件研磨或机修中。对工件上某一尺寸孔径的研磨，需要两三个预先制好的粗、半精、精研磨余量的研磨棒来完成，有槽的粗研磨棒用于粗研，光滑的用于精研。
图9-3 研磨棒
（a）固定式光滑研磨棒；（b）固定式带槽研磨棒；（c）可调节式研磨棒
3.研磨剂
研磨剂是由磨料和研磨液调和而成的混合剂。
1）磨料
磨料是一种粒度很小的粉状硬质材料，在研磨中起切削作用，研磨加工的效率和精度都与磨料有直接的关系。常用的磨料一般有以下三类：
①氧化物磨料。常用的氧化物磨料有氧化铝（白刚玉）和氧化铬等，有粉状和块状两种。它具有较高的硬度和较好的韧性，主要用于碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和铸铁工件的研磨，也可用于研磨铜、铝等各种有色金属。
②碳化物磨料。碳化物磨料呈粉状，常见的有碳化硅、碳化硼，它的硬度高于氧化物磨料，除用于一般钢铁制件的研磨外，主要用来研磨硬质合金、陶瓷和硬铬之类的高硬度工件。
③金刚石磨料。金刚石磨料有人造和天然两种，其切削能力、硬度比氧化物磨料和碳化物磨料都高，研磨质量也好。但由于价格昂贵，一般只用于特硬材料的研磨，如硬质合金、硬铬、陶瓷和宝石等高硬度材料的精研磨加工。
磨料系列及其特性、适用范围如表9-3所示。
JB/T8002—1999超硬磨料制品人造金刚石或立方氮化硼研磨膏
表9-3 磨料系列及其特性、适用范围
续表
磨料的粗细用粒度表示，有磨粒、磨粉和微粉3个组别。其中，磨粒和磨粉的粒度以号数表示，一般是在数字的右上角加“#”表示，如100#、240#等。这类磨料系用过筛法取得，粒度号为单位面积上筛孔的数目。因此，号数大，磨料细；号数小，磨料粗。而微粉的粒度则是用微粉尺寸（μm）的数字前加“W”表示，如W10、W15等。此类磨料系采用沉淀法取得，号数大，磨料粗；号数小，磨料细。磨料的颗粒尺寸如表9-4所示。
表9-4 磨料的颗粒尺寸
续表
2）研磨液
研磨液在加工过程中起调和磨料、冷却和润滑的作用，它能防止磨料过早失效和减少工件（或研具）的发热变形。常用的研磨液有煤油、汽油、10号和20号机械油、锭子油。
4.零件表面的研磨
1）研磨场地的要求
①温度。研磨场地温度应维持20℃的恒温。
②湿度。场地要求干燥，防止工件表面生锈，同时禁止场地有酸性物质溢出。(www.daowen.com)
③尘埃。保持场地洁净，必要时配备空气过滤装置。
④振动。要求场地和研磨设备本身都不应有振动，避免影响研磨质量。精密研磨场地应选择在坚实的防震基础上。
⑤操作者。操作者必须注意自身清洁卫生，不把尘埃带入场地。精研时，手渍会造成工件的锈蚀，要采取必要的措施加以避免。
2）手工研磨
研磨分手工研磨和机械研磨两种。手工研磨时，要使工件表面各处都受到均匀的切削，应合理选用运动轨迹，这对提高研磨效率、工件表面质量和研具的耐用度都有直接影响。
手工研磨的运动轨迹有直线形、摆动式直线形、螺旋形、8字形或仿8字形等多种，如图9-4所示。其共同特点是工件的被加工面与研具的工作面在研磨中始终保持相密合的平行运动。这样的研磨运动既可获得比较理想的研磨效果，又能保持平板的均匀磨损，提高平板的使用寿命。
①直线形研磨运动轨迹。图9-4（a）所示为直线形研磨运动轨迹，由于直线运动的轨迹不会交叉，容易重叠，使工件难以获得较小的表面粗糙度，但可获得较高的几何精度，常用于窄长平面或窄长台阶平面的研磨。
图9-4 手工研磨的运动轨迹
（a）直线形；（b）摆动式直线形；（c）螺旋形；（d）8字形
②摆动式直线形研磨运动轨迹。图9-4（b）所示为摆动式直线形研磨运动轨迹，工件在直线往复运动的同时进行左右摆动，常用于研磨直线度要求高的窄长刀口形工件，如刀口尺、刀口直角尺及样板角尺测量刃口等的研磨。
③螺旋形研磨运动轨迹。图9-4（c）所示为螺旋形研磨运动轨迹，适用于研磨圆片形或圆柱形工件的表面，如研磨千分尺的测量面等，可获得较高的平面度和较小的表面粗糙度。
④8字形研磨运动轨迹。图9-4（d）所示为8字形研磨运动轨迹，这种运动能使研磨表面保持均匀接触，有利于提高工件的研磨质量，使研具均匀磨损，适于小平面工件的研磨和研磨平板的修整。
3）平面的研磨
平面可分为一般平面、窄平面。
①一般平面的研磨。一般平面的研磨是在平整的研磨平板上进行。粗研时，在有槽研磨平板上进行，因为有槽研磨平板能保证工件在研磨时整个平面内有足够的研磨剂并保持均匀，避免使表面磨成凸弧面。精研时，则应在光滑研磨平板上进行。
研磨前，先用煤油或汽油把研磨平板的工作表面清洗干净并擦干，再在研磨平板上涂上适当的研磨剂，然后把工件需研磨的表面（已去除毛刺并清洗过）合在研板上。沿研磨平板的全部表面，以8字形或螺旋形的旋转与直线运动相结合的方式进行研磨，并不断变更工件的运动方向。由于周期性的运动，使磨料不断在新的方向起作用，工件就能较快达到所需要的精度要求。
研磨时，要控制好研磨的压力和速度。对较小的高硬度工件或进行粗研时，可用较大的压力和较低的速度进行研磨。有时为减小研磨时的摩擦阻力，对于自重大或接触面积较大的工件，研磨时，可在研磨剂中加入一些润滑油或硬脂酸起润滑作用。
在研磨中，应防止工件发热，若稍有发热，应立即暂停研磨，避免工件因发热而产生变形。同时，工件在发热时所测尺寸也不准确。
②窄平面的研磨。在研磨窄平面时，应采用直线研磨运动轨迹。为保证工件的垂直度和平面度，应用金属块作导靠，使金属块和工件紧紧地靠在一起，并跟工件一起研磨，如图9-5（a）所示。导靠金属块的工作面与侧面应具有较高的垂直度。
若研磨工件的数量较多时，可用C形夹将几个工件夹在一起同时研磨。对一些易变形的工件，可用两块导靠将其夹在中间，然后用C形夹头固定在一起进行研磨，如图9-5（b）所示，这样既可保证研磨的质量，又提高了研磨效率。
图9-5 窄平面的研磨
（a）使用靠件；（b）使用C形夹
4）曲面的研磨
①外圆柱面的研磨。外圆柱面的研磨一般采用手工和机械相配合的研磨方法进行，即将工件装夹在车床或钻床上，用研磨环进行研磨，如图9-6所示。研磨环的内径尺寸比工件的直径略大0.025～0.05mm，其长度是直径的1～2倍。
外圆柱面的研磨方法是将研磨的圆柱形工件牢固地装夹在车床或钻床上，然后在工件上均匀地涂敷研磨剂（磨料），套上研磨环（配合的松紧度以能用手轻轻推动为宜）。工件在机床主轴的带动下作旋转运动（直径在80mm以下，转速100r/min；直径大于100mm时，转速为50r/min为宜），用手扶持研磨环，在工件上作轴向直线往复运动。研磨环运动的速度以在工件表面上磨出45°交叉的网纹线为宜。研磨环移动速度过快时，网纹线与工件轴线的夹角小于45°，研磨速度过慢则网纹线与工件轴线的夹角大于45°，如图9-7所示。
图9-6 外圆柱面的研磨
1—工件；2—研磨环
图9-7 外圈柱面移动速度和网纹线的关系
（a）太快；（b）太慢；（c）适当
②内圆柱面的研磨。研磨圆柱孔的研具是研磨棒，分为固定式和可调式两种，将工件套在研磨棒上进行研磨。研磨棒的直径应比工件的内径略小0.01～0.025mm，工作部分的长度比工件长1.5～2倍。圆柱孔的研磨方法同圆柱面的研磨方法类似，不同的是将研磨棒装夹在机床主轴上。对直径较大、长度较长的研磨棒同样须用尾座顶尖顶住。将研磨剂（磨料）均匀涂布在研磨棒上，然后套上工件，按一定的速度开动机床旋转，用手扶持工件在研磨棒上沿轴线作直线往复运动。研磨时，要经常擦干挤到孔口的研磨剂，以免造成孔口扩大，或采取将研磨棒两端都磨小尺寸的办法。研磨棒与工件相配合的间隙要适当，配合太紧，会拉毛工备件表面，降低工件研磨质量；配合过松会将工件磨成椭圆形，达不到要求的几何形状。间隙大小以用手推动工件不费力为宜。
③圆锥面的研磨。圆锥面的研磨包括圆锥孔的研磨和外圆锥面的研磨。研磨圆锥面使用带有锥度的研磨棒（或研磨环）进行研磨，也有不用专门的研具，而用与研磨件相配合的表面直接进行研磨的。研磨棒（或研磨环）应具有同研磨表面相同的锥度，研磨棒上开有螺旋槽，用来储存研磨剂，螺旋槽有右旋和左旋之分，如图9-8所示。
圆锥面的研磨方法是将研磨棒（或研磨环）均匀地涂上一层研磨剂（磨料），然后插入工件孔中（或套在圆锥体上），要顺着研具的螺旋槽方向进行转动（也可装夹在机床上），每转动4～5圈后，便将研具稍稍拔出些，之后再推入旋转研磨。当研磨接近要求时，可将研具拿出，擦干净研具或工件，然后再重新装入锥孔（或套在锥体上）研磨，直到表面呈银灰色或发亮为止，如图9-9所示。
图9-8 圆锥面的研磨
（a）右旋；（b）左旋
图9-9 圆锥面的研磨
5.研磨缺陷分析
研磨时，产生缺陷的形式、原因及预防措施如表9-5所示。
表9-5 研磨产生缺陷的原因及预防措施
6.模板上下表面的研磨加工实训
研磨平行面，其零件图如图9-10所示。
图9-10 模板零件图
1）实训准备
①工具和量具：研磨平板、千分尺、千分表、量块等。
②辅助材料：研磨剂等。
③备料：经刮削或磨削的100mm×100mm×35mm铸铁平板（HT150）；模板零件坯料，两个平面的平行度为0.02mm，表面粗糙度为Ra1.6μm，每人一块。
2）操作要点
①研磨剂每次上料不宜太多，并要分布均匀。
②研磨时要特别注意清洁工作，不要使杂质混入研磨剂中，以免划伤工件。
③注意控制研磨时的速度和压力，应使工件均匀受压。
④应使工件的运动轨迹能够均匀地遍布于整个研具表面，以防研具发生局部磨损。在研磨一段时间后，应将工件调头轮换进行研磨。
⑤在由粗研磨工序转入精研磨工序时，要对工件和研具做全面清洗，以清除上道工序留下的较粗磨料。
3）操作步骤
①用千分尺检查工件的平行度，观察其表面质量，确定研磨方法。
②准备磨料。粗研用100#～200#范围内的磨粉；精研用W20～W40的微粉。
③研磨基准面A。分别用各种研磨运动轨迹进行研磨练习，直到达到表面粗糙度Ra≤0.8μm的要求。
④研磨另一大平面。先打表测量其对基准的平行度，确定研磨量，然后再进行研磨。保证0.010mm的平面度要求和Ra≤0.8μm的表面粗糙度要求。
⑤用量块全面检测研磨精度，送检。
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