超精研磨加工工艺：刀具设计与实际应用
德国索菲纳凭借数十年超精研磨技术积累，结合传统制造工艺与前沿创新，致力于以客户为中心的技术研发。公司推出的《超精研磨加工工艺》系列内容，系统介绍核心技术与设备，本期聚焦刀具设计与实际应用。
刀具功能与材料构成
超精研磨刀具主要用于降低工件表面波纹度，修正前道工序（如磨削）导致的形状误差和圆度偏差，显著提升表面粗糙度及接触面积。常规刀具由粘结磨料颗粒制成，形成固态结构；研磨膏为特例，采用悬浮微粉实现镜面级光洁度。
一级与多级超精研磨工艺
根据前道加工质量，可选择单级或多级超精工艺。多级工艺通常包含粗超与精超两个阶段：先用较粗粒度油石去除热影响层及表面缺陷，再以细粒度油石进行精密整平，有效降低表面峰值，提升表面承载率和光洁度。
上图：不同加工工艺形成的表面结构对比
超精油石的结构与关键技术参数
油石组成与制造工艺
现代超精油石由陶瓷、树脂、玻璃陶瓷、聚乙烯或石墨等结合剂与磨料颗粒复合而成，需通过精密烧结与压实确保组织均匀性，保障加工稳定性。
图39：油石内部组织结构
磨粒类型与性能影响
磨粒直接影响刀具寿命、切削能力、耐热性及加工质量。主要分为常规磨料（如熔融氧化铝、碳化硅、烧结刚玉）与超硬磨料（如CBN、金刚石）。选择依据包括工件材质、去除效率与表面要求。
超精油石边缘示意图
磨粒尺寸与分级标准
磨粒大小决定加工深度、精度及材料去除率。国际标准规定了粒度分类方法：常规磨料常用“目数”表示（每平方英寸筛孔数量），数值越小颗粒越粗；超硬磨料则按微米（μm）直接标注，数值越大颗粒越粗。
单个磨粒形态
内部组织与孔隙度
油石内部气孔分布影响其软硬特性：大量小气孔形成较软结构，利于自锐；少量大气孔则增强磨粒固定，提高强度。疏松结构有助于散热和排屑，但气孔过大易导致过度磨损，降低加工效果。
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（图40：超精油石的致密与疏松组织对比）
油石硬度与材料匹配
硬度反映磨粒在结合剂中的牢固程度。硬质油石适用于软材料，防止过快磨损；软质油石用于硬材料，确保自锐性。若油石过硬，难以释放钝化磨粒；过软则导致磨粒脱落过快，影响表面质量。选型需综合考虑工件材质、余量、粗糙度及节拍要求。
初始参数对加工结果的影响
前道工序的表面状态（如峰谷高度）直接影响超精效果。延长加工时间可显著改善表面质量。以下案例展示了轴承套圈在不同预处理条件下的超精结果变化：
表2：前道工序参数对超精加工结果的影响
常见问题与解决方案
超精过程中可能出现表面划伤、粗糙度不达标等问题，合理调整工艺参数可有效解决：
表3：油石超精研磨常见问题及应对措施
实际应用场景与设备配置
当前超精工艺广泛使用油石、杯形砂轮、衬套及成型块。平面或圆角加工多采用杯形砂轮，轴承滚道及滚动体连续加工则常用油石。经过多年发展，已形成多样化规格体系。
（图41：各类规格油石）
典型加工案例：圆锥滚子轴承超精研磨
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工件材质：轴承钢 100Cr6 HRC>60 |
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工件外圆：160mm |
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前道工序： |
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加工工艺：磨削 |
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表面粗糙度：Ra0.4μm |
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表面粗糙度：Rz3.5μm |
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滚道对数曲线 |
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超精研磨结果： |
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表面粗糙度：Ra0.04μm |
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表面粗糙度：Rz 0.5μm |
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滚道对数曲线 |
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加工工艺：采用油石进行二级超精研磨 挡边端面：用砂带进行抛光 |
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加工时间：18秒； 换型时间：< 20分钟 |
图42：圆锥滚子轴承超精研磨加工案例
索菲纳RACE超精研磨机床