加工和磨削之间的区别

通过铸造制造具有良好表面光洁度的复杂成型产品并不总是可行和经济的。可以对铸件进行各种二次加工，最终生产出所需的物体。此类操作包括连接（如焊接）、材料去除或机加工、热处理或性能改变、着色和涂层等。材料去除过程基本上是从工件表面去除材料以提供预期的尺寸和公差。存在大量此类工艺以满足以各种方式处理各种材料的需要并在不同级别完成它们的表面。其中，传统的加工工艺既古老又可靠；然而，各种磨料切割工艺和所谓的非传统加工（NTM）工艺也可以提供类似的设施。

根据定义，机加工或金属切削 是一种二次制造工艺，通过该工艺，材料以碎片的形式从预制坯料中逐层去除，以获得所需的形状、尺寸和光洁度。为了满足这一需求，存在各种加工工艺，如车削、螺纹加工、锥面加工、倒角加工、旋压加工、攻丝加工、颈缩加工、圆角加工、端面加工、切槽加工、切断加工、滚花加工、钻孔加工、铣削加工、成型加工、刨削加工、开槽加工、镗孔加工、滚齿加工、拉削加工等。此类工艺可以提供更高的材料去除率 (MRR)，因此对于批量去除工件材料是合适的、生产性的和经济的。硬而锋利的切削工具或刀具被强制用于通过剪切去除材料。该切削工具还应具有定义的规格和兼容的材料，以实现不间断和高效的加工。大多数这些传统工艺可以加工多种材料。但是，某些工件材料不能提供可接受的机械加工性，因此在这些情况下建议使用其他材料去除工艺（如磨削或 NTM）。

研磨 ，一种磨料切削工艺，可以满足传统加工的各种限制。这里使用砂轮代替所谓的切削工具。砂轮基本上是由尺寸较小、较硬的磨料颗粒制成，如氧化铝、二氧化硅、金刚石等，它们在合适的介质中粘结在一起。此类磨料具有任意形状，因此缺乏明确的几何形状；虽然轮子本身有特定的配置。虽然材料以芯片的形式被去除，但这里的芯片是微型尺寸的。该工艺不适用于批量去除材料；相反，它更适用于以微米级 (0.5 – 2.0µm) 精加工表面。它还可以有效地研磨坚硬和坚韧的材料。常规机加工和磨削的各种区别如下表所示。

表：机加工和磨削的区别

批量移除与整理过程： 材料去除率 (MRR) 定义为在任何切削过程中从工作表面去除的工件材料体积的速率。大多数传统的加工工艺（除了少数像滚花）用于去除大量材料以赋予基本形状和尺寸。它提供更高的 MRR，从而提高生产力。它还可以根据操作和相应的工艺参数对1-50μm级别的产品表面进行半精加工。另一方面，磨削主要用于精加工表面，水平要好得多。通过磨削可以轻松实现 0.5 – 2µm 的表面粗糙度。因此它可以提供高尺寸精度和紧公差。

切削工具 - 它的材料和几何形状： 每个传统的加工过程都强制使用具有特定几何形状和材料的切削工具（也称为刀具）。该刀具包含一个或多个锋利的切削刃，可有效地从工作表面剪下材料。该刀具的材料也是决定加工性能的重要因素。最重要的是刀具材料的硬度必须明显高于工件材料的硬度。从高速钢 (HSS)、硬质合金和陶瓷开始，现在可以轻松获得立方硝酸硼 (cBN) 和金刚石刀具。磨削使用砂轮代替刀具，砂轮上的磨料实际上去除了材料。与刀具不同，此类磨料没有定义的几何形状（各种角度、刃口半径、刀尖半径、刃口长度等任意变化）；但是，研磨材料可能会像氧化铝、二氧化硅或金刚石一样被固定。

前角和后角： 切削刀具的前角表示前刀面相对于参考平面的倾斜度。它是影响剪切变形、切屑流向、切屑厚度、切削力、剪切应变、功耗等的重要因素之一。常规加工中使用的刀具前角可能有正、负甚至为零，其值通常会变化在 +15° 到 –15° 之间。砂轮的磨料具有陡峭的前角，可以在 +60° 到 –60° 之间变化，有时甚至超过这个限制。如此大的前角通常是不可取的，因为它会导致切削不平衡并增加切削功率消耗（高正值）或刀具故障（高负值）。与前角不同，刀具的后角不能为负数或零 - 它应该具有正值。成品表面的质量和公差取决于这个角度。对于刀具，后角通常在 +3° 到 +15° 之间；而对于磨料，它可以是任意的（可以是零或高达 +90°）。

切削刃的剪切和参与： 刀具可以由一个或多个切削刃组成，因此它们可以是单点刀具或多点刀具。无论数量多少，每个切削刃都平等地参与材料去除动作。此外，在机加工中，当刀具施加足够的压缩力时，通过剪切薄层材料来去除材料。在砂轮中，只有少量外露磨料（有时甚至低于 1%）参与材料去除作用。其余的磨料要么不接触工作表面（注意进给量非常低，甚至低于 10µm），要么导致刮擦、犁地或摩擦而不是剪切。然而，材料只能通过剪切来去除；其他人只是不希望地增加了法向力。

具体能耗： 去除单位体积材料所需的切削能量称为比能量，单位为 J/mm ³ .数学上的功率除以 MRR 给出了比能量。传统加工提供高材料去除率 (MRR)，因此比能量相对较低。另一方面，在磨削中，MRR 较低，大部分能量因刮擦、犁地或摩擦而不是剪切而浪费。因此比能急剧增加；甚至可以高出 5 到 20 倍。

发热造成的表面损坏： 在传统加工中，大部分切削热产生在二次变形区，在该区发生切屑和前刀面之间的剧烈摩擦。初级剪切带在一定程度上也有贡献。然而，大部分产生的热量（70 - 80%）被连续流动的切屑带走，只有极少部分进入刀具或工件内部。因此，工件和刀具的热损伤通常是微不足道的，尤其是在使用适当的切削液时。在磨削中，产生热量的原因主要是刮擦、犁削和摩擦。由于磨料是热绝缘体并且微芯片的体积非常小，因此这种热量会在工件内积聚。极端的热量积累可能导致成品表面出现各种热损伤，包括表面烧伤、机械性能变化、热膨胀引起的尺寸不准确等。

加工坚硬的材料： 此类材料在通过传统加工工艺进行加工时面临许多挑战，例如高刀具磨损、碎屑等，最终导致可加工性差。无论被加工材料的韧性和硬度如何，都可以有利地进行磨削。

本文介绍了传统加工和磨削之间的科学比较。作者还建议您阅读以下参考资料以更好地理解该主题。

• A. B. Chattopadhyay 的加工和机床（1 ^st 版，威利）。
• 制造工程和技术：S. Kalpakjian 和 S. R. Schmid 的 SI 版（第 7 ^th 版，Pearson Ed Asia）。
• differ.minaprem.com 上的机加工和磨削之间的区别。