磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨（mó）粒流工（gōng）藝

磨料流加工（gōng）(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺方法，特別是對於複雜的內部形狀（zhuàng）和有挑戰的表麵加工要求。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術，起源於20世紀60年代（dài），是一種區別於傳統機械加工的（de）光整加工方法。利用具有一（yī）定黏性的流動磨料（liào）介質，在一定壓力作用下，通過引導流過工件的待加工表（biǎo）麵，磨料對材料形成擠壓並進行微量去除，可以達到去除毛刺飛邊、孔口倒圓等（děng）加工效果，重要的是可（kě）以降低待加工表麵的粗糙度值，實現光整加工目的。得益於塑（sù）性極強的磨料（liào），這（zhè）種加工技術幾乎可以對任意形狀的表麵進行光整加工，尤其是針對難以加（jiā）工的複雜內腔表麵，能取得較（jiào）好（hǎo）的光整加工效果，近年來這種技術在航空、航天、汽車和模具等行業得到了廣泛應用。

1—活塞　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係統

磨粒流（liú），簡單來（lái）說，就是一（yī）種通過半流（liú）體介質進行拋光去毛刺的工（gōng）藝，主要麵向內孔、以及不規則（zé）形狀的中小型工件（jiàn）。磨粒流拋光工藝包含三個核心要素，即軟磨料、夾具與PLC係（xì）統：

軟磨料

　　軟磨料是由（yóu）非常細小的硬質顆粒，混合相關液體，調製而成的半流體狀態的介質，磨料顆粒的（de）大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱後是否會黏貼工件，是影響拋光去毛刺質量的關鍵。磨料通常選材有碳化矽、白剛玉、金剛石等（děng），根據各自的（de）硬度，對應（yīng）不同材質的工件。例如鋁製品、銅製品工（gōng）件，選用碳化矽磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白剛玉或金剛石更為合適。

工裝夾具

選用夾具的原因是，為了提高工件（jiàn）拋光去毛刺的效率。一來，一款夾具上可以同時夾（jiá）持多個工件，一次性加工。二來（lái），使用工裝夾具後，退模換工件時，不必每次校準，大大（dà）減少了停機時間（jiān）。

工裝夾具設（shè）計的關鍵在於，在提升效率（lǜ）的前提下，如何保持工件均勻受力，而不（bú）致於使工件壓傷。

PLC係統

　　PLC係統是整個磨粒流設備的控製中心，PLC係統（tǒng）設計地簡潔、規範，既可以（yǐ）讓操作（zuò）人員更快上手，減少培訓磨合時間，又可以減少設備故障率，延長設備使用壽命。

1.2磨粒流特點

(一)可加（jiā）工內腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性好

(三)可實現自動化生產

(四)生產效率高

(五)可控性及可預測（cè）性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研磨是將研（yán）磨工具(以下簡稱研具（jù）)表麵嵌人磨料（liào）或敷塗磨料並添加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具（jù）接觸並做相對運動，通過磨料作用，從工件表麵切去一層極薄的切屑，使工件具有精確的尺寸、準確的幾何形狀和很高的表麵粗糙（cāo）度，這種對工件表麵進行最終（zhōng）精密加工的方法，叫做（zuò）研磨。

1.1研磨的種類（lèi）

濕研將液（yè）狀研磨劑（jì）塗敷（fū）或連續加注（zhù）於（yú）研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不斷地滑動與（yǔ）滾動，從而實現（xiàn）對工件的切削（xuē）。濕（shī）研應用較多。

幹研將磨（mó）料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌在研（yán）具表層（céng）上（shàng），研磨時需在（zài）研具表麵（miàn）塗以少量的潤滑劑。幹研多用於精研。

半幹研（yán）所用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的特點及應用範圍

設備簡單，精度要（yào）求高。

加工質量可靠。可獲得很高的精（jīng）度和很低的Ra值。但一般不能（néng）提高加工麵與其他表麵之（zhī）間的位置精度。

可加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及其合金、硬質合金、陶瓷、玻璃及（jí）某些（xiē）塑料製品等。

研磨廣（guǎng）泛用於單件小批生產中加工各種高精度型麵（miàn），並可用（yòng）於（yú）大批大量生產中。

1.3研磨（mó）機（jī）理

研磨的實質是用遊離的磨粒通過研具對工件表麵進行包括物理和化學綜合作用的微量切（qiē）前，其速度很低（dī），壓力很小，經過（guò）研磨的工件可獲得0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗糙度一般能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表麵幾何形狀精（jīng）度和一些（xiē）位置精度也可進一步提高。 

盡管研磨已廣泛應用於（yú）機械（xiè）加工（gōng）中（zhōng），並且獲得了最佳的工藝效果,但人們對研磨過程的機理有多種觀點。

純切削說

這（zhè）種觀點認為:研磨和磨削一樣，是一種純切削過（guò）程。最終精度（dù）的獲得（dé）是由很多（duō）微（wēi）小的硬磨粒對工件表麵不斷（duàn）切削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作用,形成無數條切痕重疊、互相交錯、互相抵消的加工（gōng）麵。它與磨削的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動不盡相同而已。這種觀點在實際過程中可以解釋許多現象，也能指導工作。例如，研（yán）磨過（guò）程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則一序比（bǐ）一序高。但這種觀（guān）點解釋不了用軟磨料加工硬材料，用大顆（kē）粒磨粒卻能加（jiā）工出低粗糙度表麵的實例，顯然這種觀點不全麵。

塑性變形說

這種觀點認（rèn）為在研磨時，表（biǎo）麵（miàn）發生了級性變形（xíng）。即在工件與研具表麵接觸運動中，粗糙高（gāo）凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填（tián）充（chōng）了低四處，而後形成極低（dī）的表麵粗糖度。住然而在研磨（mó）極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性變形是有可能的;而用軟基體拋光硬（yìng）材料(如光學玻璃)時，則很難解釋為塑性變形。實際上，工件在研磨前（qián）後有質量變化，這說明不是簡（jiǎn）單的壓平過程。

化（huà）學（xué）作用說

這種觀點認為:被研磨表麵（miàn）出現了化學變（biàn）化過程。工（gōng）件表麵活性物質在化（huà）學作用下，很快就形成了一層（céng）化合物（wù）薄膜;這層薄膜具有化學保（bǎo）護作用，但能被軟（ruǎn）質磨（mó）料除掉。研磨過程就是工件表麵（miàn）高凸部位形成的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成的（de）過程,最後獲得較低（dī）的表麵粗糙度。然（rán）而，顯（xiǎn）微分析表明，經研磨的表（biǎo）層約有微米程度的破壞層。這（zhè）說明研磨不僅是磨料去除化合物薄（báo）膜的不斷形成過程，並且（qiě）對表麵層有切削作用，而（ér）化學作用則加（jiā）速（sù）了研磨過程。顯然（rán）化學作用說也不全麵（miàn）。

綜上所述，研（yán）磨過程不可能由一種觀（guān）點來解釋。事實上，研磨是磨（mó）粒（lì）對工件表麵的切削、活性物質的化學作（zuò）用及工件表麵擠壓變形等綜（zōng）合（hé）作（zuò）用的結果。某一作用（yòng）的主次程度取決於加（jiā）工性（xìng）質（zhì）及加工過程的進展階段。

2、拋（pāo）光

拋光是指利用機械、化學或電化學的作用（yòng），降低工件表麵粗（cū）糙度，獲（huò）得（dé）光（guāng）亮、平整表麵的加工方法。主要是利用拋（pāo）光工具（jù）和磨料顆粒等對工件表麵進行的（de）修飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械（xiè）拋光是靠切削或（huò）使材料表麵發生塑性變形而去掉工件表麵凸出（chū）部得到平（píng）滑麵的拋光方法，一般使（shǐ）用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，表（biǎo）麵質量要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采用特製的磨具，在含有磨料的研拋液中，緊壓在工（gōng）件被加工表麵上，作（zuò）高速旋轉運動。利用該技術可（kě）達到Ra0.008 μm的表麵（miàn）粗糙度，是各種拋光方（fāng）法（fǎ）中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具（jù）常采用這種方法。

化學拋光

化學拋光是材料在化學（xué）介質中（zhōng）讓表麵微觀凸出的部分較凹部分（fèn）優先溶解，從而得到（dào）平滑麵。該方法可以拋光形狀複雜的工件，可以同時拋光很多工件，效率高。化學拋光得到的表麵粗糙度（dù）一般為（wéi）Ra10 μm。

電解拋光

電（diàn）解拋光基本原理與化學拋光相同，即（jí）靠選擇性溶解材料表（biǎo）麵（miàn）微小凸出部分，使（shǐ）表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極反應的影響（xiǎng），效果較好。

超聲波拋光（guāng）

超聲拋光（guāng）是利用工具斷麵作超聲波振動，通過磨料懸（xuán）浮液（yè）拋光脆硬材料的一種加工方（fāng）法。將（jiāng）工件放入磨料懸浮液中（zhōng）並一起置於超聲波場中，依靠超（chāo）聲波的振蕩作用（yòng），使磨料在（zài）工（gōng）件表麵磨削拋光（guāng）。

流體拋光

流體拋光（guāng）是依靠流動的液體及（jí）其攜帶的磨粒衝（chōng）刷工件（jiàn）表（biǎo）麵達到拋光的目（mù）的。流體動力研磨是由液壓驅（qū）動，介質主要采用在較低壓力下流過性好的特殊化合（hé）物(聚（jù）合物（wù）狀物質)並摻入磨料製成，磨（mó）料可（kě）采用碳化（huà）矽粉末。

磁研磨拋光

磁研磨拋光是利用（yòng）磁性磨料在磁場作用下形成磨料刷，對工件磨削加工（gōng）。這種方法加工效率高，質量好，加（jiā）工條件容（róng）易控製（zhì）。。

電火花超聲複合拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為（wéi）1.6 μm以上工件的拋光（guāng）速度，采用（yòng）超聲波與專用（yòng）的高頻窄脈衝高峰值電流的脈衝電（diàn）源進行複合拋光，由超聲振（zhèn）動和電脈衝的腐蝕同時作用於工（gōng）件表麵（miàn），迅速降（jiàng）低其表麵粗糙度。

2.2拋（pāo）光的工藝過程（chéng）

粗拋

精銑、電火花加工、磨削等工藝後的表麵可以選擇（zé）轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉表麵拋（pāo）光機進（jìn）行（háng）拋光。然後是（shì）手工（gōng）油石研磨，條狀（zhuàng）油石加煤油作為潤滑劑（jì）或冷卻（què）劑。使用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精（jīng）拋

半精拋主要使用砂（shā）紙和煤油（yóu）。砂紙的（de）號數依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際上#1 500砂紙隻用適於淬硬的模具鋼(52 HRC以（yǐ）上)，而不適用於預硬鋼（gāng），因為這樣可能會（huì）導致預硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨（mó）膏。若用拋光布輪（lún）混（hún）合鑽石研磨粉或研磨膏進行研磨，則通常（cháng）的研磨順序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石研磨膏和拋光布（bù）輪可用來去除1 200#和1 50 0#號砂紙留下的發狀磨痕。

4、珩磨

在對（duì）零件（jiàn）加工的過程中，會使用到（dào）多（duō）種（zhǒng）工藝，其中珩磨加工是對孔進行精整加（jiā）工的一種加工方式（shì）。

珩磨工藝是一種以被加工（gōng）麵為導向（xiàng），在一定進給壓（yā）力下，通過（guò）工（gōng）具和零件的相對運動去除加工餘量，其切削軌跡為（wéi）交叉網紋的精孔加工工（gōng）藝。

3.1珩磨（mó）原理

珩磨是利用安裝於珩磨頭圓周上的一條（tiáo）或多條油石，由（yóu）漲開機構將油石沿徑向漲開（kāi），使（shǐ）其壓向工件孔壁，以便產生一定的接觸（chù）麵。同時珩（héng）磨頭旋轉和往複運動。零件不動；或者（zhě）珩磨頭隻做旋轉運動，工（gōng）件往複運動，從而實現珩磨。

珩磨的切削有（yǒu）三種（zhǒng）模式：定壓進給珩磨、定量進給珩（héng）磨、定壓（yā）-定量進給珩（héng）磨。

3.2珩磨加工的特點：

加工精度高：特別（bié）是一些（xiē）中小型通孔，圓柱度能達到0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉網紋，有利（lì）於潤滑油的存儲及油膜的保持。

加工範圍廣：主要（yào）加工各（gè）種圓柱形（xíng）孔（kǒng）：通孔、軸向和徑向（xiàng）有間斷的孔

切削餘量少。

糾孔能力強：采用珩磨加工工藝可以通過去除最少加工餘量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓（yuán）柱度和表麵粗糙度。

3.3珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓進給中，進給機構以恒定的壓力（lì）壓向孔壁，分三個（gè）階段。

第一個階段是脫落切（qiē）削階段，這種定壓珩磨，開（kāi）始時（shí）由於孔壁粗糙，油石與孔壁接觸麵積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表麵因接觸壓力大，加上切屑對油石粘結劑（jì）的磨耗，使磨粒與粘結劑的結合強度下降，因而有的磨粒在切削壓力的（de）作（zuò）用下自行脫落，油石麵即露出新（xīn）磨（mó）粒，此即油石自（zì）銳。

第二階段是破碎切削階（jiē）段，隨著珩磨的進行，孔表麵（miàn）越（yuè）來越光，與油石接觸麵積越來越大，單位麵積的接觸（chù）壓力下降，切削效率降低。同時切下的切屑（xiè）小而細，這些切屑（xiè）對粘結劑的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落（luò）很少，此時磨削不是靠新磨粒，而（ér）是由磨粒尖（jiān）端切（qiē）削。因而磨粒尖端（duān）負荷很大，磨粒（lì）易破裂、崩碎而形（xíng）成新的切削（xuē）刃。

第三階段為堵塞切削階段（duàn），繼續珩磨時油石和孔表麵（miàn）的接觸麵積越來越大，極（jí）細的切屑堆積於油（yóu）石與（yǔ）孔壁之間（jiān）不易排除，造成油石堵塞，變（biàn）得很光滑。因（yīn）此（cǐ）油石切削（xuē）能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨（mó），油（yóu）石堵塞（sāi）嚴重而產生粘結性堵塞時，油石完全失去切削能力並（bìng）嚴重（chóng）發熱，孔（kǒng）的精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡（jìn）快結（jié）束珩磨。

定量進給珩磨

定量進給珩磨時，進給機構以恒定的速度擴張進給，使（shǐ）磨粒強製（zhì）性地切入工件。因此珩磨過程隻存在脫落切削和破碎切削（xuē），不可能產生堵塞切（qiē）削現象。

因為當油石產（chǎn）生堵（dǔ）塞切削力下降時，進給量大於實際磨削量，此時珩磨壓（yā）力增高，從而（ér）使磨粒脫落、破碎，切削作用增強。

用（yòng）此種方法珩磨時，為了（le）提高孔精度和表（biǎo）麵粗糙度，最後可（kě）用不進給珩磨一定時間。

定壓－－定量進給珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當油（yóu）石進入堵塞切削階段時，轉換為定量進給珩磨，以提（tí）高效率。最後可用不進給珩磨（mó），提高孔的精（jīng）度（dù）和表麵粗糙度。