盡管研磨工藝已廣泛用于機械制造工作中,并且獲得了較佳的工藝效果,可是人們對于研磨為什么能達到高精度這一實質問題的理論闡述,還遠不像“切削原理”、“磨削原理”那樣系統而完整,對研磨過程的本質認識,至今其說不一。茲簡介如下:
(1)純切削說
這種說法認為:研磨和拋光同磨削一樣,是一種純磨削過程(或稱為擦磨過程)。之后精度的獲得是由很多微小的硬磨粒,對工件表面不斷切削,靠磨粒的尖劈、沖擊、刮削、擠壓作用,像“耘地”那樣,形成無數條切痕重迭、互相交錯、互相抵消的加工面。它與磨削的差別只是磨料顆粒較細,切削運動不盡相同而已。
這種說法在實際工作中能夠解釋許多現象。也能指導工作。例如,研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細,而獲得的精度和表面光潔度則一序比一序高。
但是,這種說法解釋不了用軟磨料加工硬材料,用大顆粒磨粒(如W5白剛玉磨粒)卻能拋光出鏡面光潔度的實例,因而,這種說法顯然不全面。
(2)塑性變形說
這種說法認為:工件在研磨或拋光時,表面發生了塑性變形。即在工件與研具表面接觸運動中,粗糙高凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”,填充了低凹處,使結構產生了滑移,形成了表面的塑性流動,從而逐漸獲得了表面的平滑。
這種說法在研磨或拋光極軟材料(如鉛、錫等)時,產生塑性流動是有可能的。而用軟基體拋光硬材料(如光學玻璃)時,則很難解釋為塑性變化。實際上,工件在研磨或拋光前后都有重量變化,這說明不是簡單的壓平過程。
3、熱熔說
這種說法認為:在拋光時,由于產生較高的溫升,使工件表面溶化成液體并流滿表面,待凝固后,便在工件表面形成一層平坦的無晶體玻璃狀金屬層(或稱貝勒比層),這一表面層具有_的物理化學性質。
對于這種說法,很多人做了大量的試驗和研究工作,提出了不同的論點。如有人用高倍電子顯微鏡、電子衍射和電阻試驗等方法,說明拋光和干研磨過程中發生了熔化現象,但沒有發現非結晶層的存在。有人認為,拋光不是靠切削材料同工件材料的硬度差來實現的,而是以工件材料的熔點是否低于拋光材料的溶點(即溶點差別)來實現的,并列表作了說明。相反,有人則列舉出不同實例說明工件表面既不發生熔化,也沒發現非結晶層??磥?,這種說法尚需探討。
4、化學作用
這種說法認為:拋光是活性物質(如氧、硫、硬脂酸等)的化學作用出現化學變化的過程。當工件表面活性物質在化學作用下,很快_形成了一層化合物薄膜,這層薄膜具有化學保護作用(表面薄膜一旦形成,很難在深化),但能被軟質磨料除掉。這給拋光和加工創造了很好的條件。因此,這種說法則認為拋光過程,是被拋光表面高凸部位形成的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成的過程。并認為被拋光表面沒有受到_切削破壞作用。
按照這種說法,被拋光表面粗糙不平度峰值,應相當于薄膜的厚度。但這與實際不符,因氧化膜厚度為14A,形成的化合物薄膜約為20A~70A(1A=10微米,20A~70A為0.002~0.007微米),而被拋光表面的粗糙不平度峰值則大大_過它。另外,通過顯微分析表明,經拋光或研磨的表面層約有微米深度的破壞層。這說明拋光或研磨不僅是磨料去除化和薄膜的不斷形成過程,并且對表面層有切削作用,而化學作用則加速了拋光和研磨過程。顯然,純化學作用說法也不全面。
綜上所述,研磨和拋光過程不可能由一種說法能解釋通。事實上,研磨是磨粒對工件表面的切削、活性物質的化學作用及工件表面擠壓變形等綜合作用的結果。其每一作用的主次,則要根據加工性質,加工過程的進展階段而有所不同。對于研磨,特別是嵌砂研磨,它符合純切削說法,并能正確的指導研磨的實際工作。而對于拋光,它符合化學作用說法和純切削手法兩者的綜合作用,其中以化學作用為主要影響,其它像磨粒的切削、溫升的變化等,則促進了化學作用的加劇,起著輔助作用。