磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝

磨料流加工（gōng）(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺（cì）方（fāng）法，特別是（shì）對於複雜（zá）的內部形狀和有挑戰的表（biǎo）麵加工（gōng）要求。

磨粒流（liú）加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術，起源於20世紀（jì）60年代，是一種區別於傳統機械加工的光整加工方（fāng）法。利用具有一定黏性的（de）流動磨料介質，在一定壓力作用（yòng）下，通過引導流過工件的待加工表麵，磨料對材（cái）料形成擠壓並進行微量去（qù）除，可以達到（dào）去（qù）除毛（máo）刺飛邊、孔（kǒng）口（kǒu）倒圓等加工效果，重要的是可以降低待加工表麵的粗糙度值，實現光整加（jiā）工目的。得益於塑（sù）性極強的磨料，這種加工技術幾乎（hū）可以對任（rèn）意形狀的表麵進（jìn）行光整加工，尤其是針對難以加工的（de）複雜內腔表麵，能取得較好的光整加工（gōng）效果（guǒ），近年來這種技術在航（háng）空、航天、汽車和模具等行業得到了廣泛應用。

1—活塞　2—工（gōng）件　3—夾具　4—缸（gāng）體

1.1工藝係統

磨粒流，簡單來說，就是一種通過半流體介質進行拋（pāo）光去毛刺的工藝，主要麵向內孔、以及（jí）不規則形（xíng）狀的中小型工件。磨粒（lì）流拋（pāo）光工藝包含三個核心要素，即軟磨料、夾具與（yǔ）PLC係統：

軟磨料

　　軟磨料（liào）是由非常細小的硬（yìng）質顆粒，混合相關液體，調製而成（chéng）的半流體狀態的介質，磨料顆粒的大小（xiǎo）、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱後是否會（huì）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，根據各自的硬度，對應不同材（cái）質的工件。例如鋁製品、銅製品工件（jiàn），選用（yòng）碳（tàn）化矽磨料（liào）即可（kě）。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白剛玉（yù）或金剛石更為合適。

工裝夾具

選用夾具的原因是，為（wéi）了提高工件拋光去毛刺的（de）效率。一來，一款夾具上（shàng）可以同時夾持（chí）多個工件，一次性加工（gōng）。二來（lái），使用工裝夾（jiá）具後，退模（mó）換工件（jiàn）時（shí），不必每次校準，大大減少了停機時間。

工裝夾具設計的關鍵在於，在提升效率的前提下，如何保持工件均勻受（shòu）力，而不致（zhì）於使工件（jiàn）壓（yā）傷。

PLC係統

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

1.2磨粒流特點

(一)可（kě）加工（gōng）內腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性（xìng）好

(三)可實現自動化（huà）生產

(四)生產效（xiào）率高

(五)可控性及可預測性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研（yán）磨是將研磨工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨料或敷塗磨（mó）料並添（tiān）加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸並（bìng）做相對運動，通過（guò）磨料作用，從工件表麵切去一層極薄的切（qiē）屑，使工件具有精確的尺寸、準確的幾何形狀和很高的表（biǎo）麵（miàn）粗糙度，這（zhè）種對工件表麵進行最終精密加工的（de）方法，叫做研磨。

1.1研磨的種類（lèi）

濕研將液狀研磨劑塗敷或連續加注於研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工（gōng）的產品與研具間不（bú）斷地滑動與（yǔ）滾動，從而實現對工件的切削。濕（shī）研應用較多。

幹研將磨料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌在研（yán）具表層上，研磨時需在研具表麵塗以少量的潤滑（huá）劑。幹研多用於精研。

半（bàn）幹（gàn）研（yán）所用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精研（yán）均可采用（yòng）。

1.2研磨的特點及應用範圍

設備簡單，精度要求高。

加工（gōng）質量（liàng）可靠。可（kě）獲得很高的精度和很低的Ra值。但（dàn）一般不能提高加工麵與其他表麵之間的位置精度。

可（kě）加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵（tiě）、銅鋁及（jí）其合金、硬質合金、陶瓷、玻璃及某些塑料製品等。

研磨廣泛用於單件小批生產中加工（gōng）各種高（gāo）精度（dù）型麵，並可用於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的實（shí）質是用遊離的磨粒通（tōng）過研具對工件表（biǎo）麵進行包括物理和化學（xué）綜合作用的微量（liàng）切前，其速（sù）度很（hěn）低，壓（yā）力很小，經過研磨的工件可獲（huò）得0.001mm以內的尺寸（cùn）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（biǎo）麵（miàn）幾何形狀精度和一些（xiē）位置精度也可進一步提高。 

盡管研磨已廣泛應用於機械加工中，並且（qiě）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

這種（zhǒng）觀（guān）點認為:研磨和磨削（xuē）一樣，是一種純切削過程。最終精度的獲得是由（yóu）很多（duō）微小的硬磨粒對工件表麵不斷切削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作（zuò）用,形成無數條切痕重疊、互相交錯、互（hù）相（xiàng）抵（dǐ）消的加工麵。它與磨削的差別隻是磨粒顆（kē）粒較（jiào）細，切削運動不盡相（xiàng）同（tóng）而已。這（zhè）種觀點在實（shí）際（jì）過程中可以解釋許多現象，也能指導工（gōng）作。例如，研磨過程（chéng）中使用（yòng）的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度（dù）則一序比一序高。但這種觀點解釋不了用軟磨料加工硬材（cái）料，用大顆粒磨粒卻能加工出（chū）低（dī）粗糙度（dù）表（biǎo）麵的實例，顯然這種觀點不（bú）全麵。

塑性變形說

這種觀點認（rèn）為在研磨時，表麵發生了級性變形。即在工件與研具表麵（miàn）接觸運動中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填充了低四處，而後形成極低的表麵粗糖度。住然（rán）而在研磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性（xìng）變形是有可能的（de）;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形（xíng）。實際上，工件在研磨前（qián）後有質量（liàng）變化，這說明不是簡單的壓平過程。

化學作用說

這種觀點認為:被研磨表麵（miàn）出現了化學變化過程。工件表麵（miàn）活性物質在化（huà）學作用下，很快就形成了一層化合物薄膜;這層薄膜具有化學保護作用，但（dàn）能被軟質磨料除掉。研磨過（guò）程就是工件表麵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,最後獲得較低的表麵（miàn）粗糙度（dù）。然而，顯微分（fèn）析表明，經研磨的（de）表層約有微米程度的（de）破壞層。這（zhè）說明研磨（mó）不僅是磨料（liào）去除化合物薄膜的不斷形成過程，並且對表麵層有切削作用，而化學作用則加速了研磨過程。顯然化（huà）學（xué）作用說也不全麵。

綜上所（suǒ）述，研（yán）磨過程不可能（néng）由一種觀（guān）點來解釋（shì）。事實上（shàng），研磨是（shì）磨粒（lì）對工（gōng）件表麵（miàn）的切削、活性物質的（de）化學（xué）作用及（jí）工件表麵擠（jǐ）壓變（biàn）形等綜合作用的結果。某一作用的主（zhǔ）次程度取（qǔ）決於加工性質及加工（gōng）過程的進展階段。

2、拋光

拋（pāo）光是指利用（yòng）機械、化學或電化學的作用，降低工件表麵粗糙度，獲得光（guāng）亮、平整表麵（miàn）的加（jiā）工方（fāng）法。主要是利用拋光工具和磨（mó）料顆粒等對工件表麵進行的修（xiū）飾加（jiā）工（gōng）。

2.1拋光的分（fèn）類

機械拋光

機械拋光是靠切削或使（shǐ）材料表麵發生塑性變形而去掉工件表麵（miàn）凸出部得到平滑麵的拋（pāo）光方法，一般使用油石條、羊毛輪、砂（shā）紙等，以手工操作為主，表麵質（zhì）量要求高的可采用（yòng）超精研拋的方法。超（chāo）精研拋是采用特製的磨具，在（zài）含（hán）有磨料的研拋液中，緊（jǐn）壓在工件被加工表麵上，作高速旋轉運動。利用該技術可達（dá）到Ra0.008 μm的表麵粗糙（cāo）度（dù），是各種拋光方法中（zhōng）表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具常采用這種方法。

化學拋光

化學拋光是材料在化學介質中讓表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶（róng）解，從而得到平滑麵。該方法可以拋光形狀複（fù）雜的工（gōng）件，可以同時拋光很（hěn）多工件，效率高。化學拋光得（dé）到的（de）表（biǎo）麵粗糙度一般為Ra10 μm。

電解拋（pāo）光

電解拋光（guāng）基本原理與化學拋光相同，即靠選擇性溶解材料表麵微小凸（tū）出部分，使（shǐ）表麵光滑（huá）。與化學拋光相比，它可消除（chú）陰極反應的影響（xiǎng），效（xiào）果較好。

超聲波拋光

超聲拋光是利用工具斷麵作（zuò）超（chāo）聲波振動，通過磨料懸（xuán）浮液拋光脆硬材料的一種（zhǒng）加工方法。將工件放入磨料懸浮液中（zhōng）並一起（qǐ）置於超聲波場中，依靠超聲波的振蕩作（zuò）用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體（tǐ）拋光

流體拋光是依靠流（liú）動的液體及其攜帶的磨（mó）粒衝刷工件表（biǎo）麵達到拋光的目的（de）。流體動力研磨是由液（yè）壓驅動，介質主要采用在較（jiào）低壓力下流過性好的特殊化（huà）合物(聚合物狀物質)並摻入（rù）磨料（liào）製（zhì）成，磨料可采用碳化矽粉末。

磁（cí）研磨拋（pāo）光（guāng）

磁研（yán）磨拋光是（shì）利用（yòng）磁性磨料（liào）在磁場作用下形成磨料刷，對工件（jiàn）磨削加工。這種（zhǒng）方法加工效率高，質量好，加工條件容易控製。。

電（diàn）火（huǒ）花超聲複合拋光

為了提高（gāo）表麵（miàn）粗糙度Ra為1.6 μm以上工件的拋光速度，采用超聲（shēng）波與專用的高頻窄脈（mò）衝高（gāo）峰值電流的脈衝電源進行複合拋光，由超聲振動和電脈衝的腐蝕同時作用於工件（jiàn）表麵，迅速（sù）降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火花加工、磨削等工藝後的表（biǎo）麵可以選擇（zé）轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉表麵拋（pāo）光機進行拋光。然後是手工油石研（yán）磨，條狀油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑。使（shǐ）用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精（jīng）拋

半精（jīng）拋主要使用砂紙和煤油。砂紙（zhǐ）的號（hào）數依（yī）次（cì）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以上)，而不適用於（yú）預硬鋼，因為這樣可能會導致（zhì）預（yù）硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果（guǒ）。

精拋

精拋（pāo）主要使用鑽（zuàn）石研磨（mó）膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉或研磨膏進行研磨，則通常的研磨順（shùn）序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的（de）鑽石研磨膏和拋（pāo）光布輪可用來去除1 200#和（hé）1 50 0#號砂紙（zhǐ）留下的發狀磨痕（hén）。

4、珩磨

在對零件加工的過程中（zhōng），會使用到多種工藝，其（qí）中珩磨加工是（shì）對孔進行精整加工的一種加工方式。

珩磨工藝是（shì）一種以被加工（gōng）麵為導向，在一定進給（gěi）壓力下，通過工具（jù）和零件的相對運（yùn）動去除加工餘量，其切（qiē）削軌跡為交叉網紋的精孔加工工藝。

3.1珩磨原（yuán）理

珩磨是利用安裝於珩磨頭圓周上的一條或多條油石（shí），由漲（zhǎng）開機構將油石沿徑向漲開，使其壓向工件孔壁，以便產生一定的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往複運動。零件不動；或者珩磨頭隻做旋轉運動，工件往複運動，從而實現珩磨（mó）。

珩磨的切削有三種模式：定（dìng）壓進給珩磨、定量進給珩磨、定壓（yā）-定量進給珩磨。

3.2珩磨加工的特點：

加工精度（dù）高：特別是一些中小型通孔（kǒng），圓柱度能達到0.001mm

表（biǎo）麵質（zhì）量好（hǎo）：表麵為交叉網紋，有利於潤滑油的存儲（chǔ）及油膜的保持（chí）。

加工範圍廣：主要加工各種圓柱形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的孔

切削餘量少。

糾孔能力強（qiáng）：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（yuán）的尺寸精度、圓度、直線度、圓柱（zhù）度和（hé）表麵粗糙度。

3.3珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓（yā）進給中，進給機構以恒定的壓力（lì）壓向孔壁，分三個階段。

第（dì）一個階段（duàn）是脫落切削階段，這種定壓珩磨，開（kāi）始時由於孔壁粗糙，油石與孔壁接觸（chù）麵積很小，接觸（chù）壓（yā）力大，孔壁的凸（tū）出部（bù）分很快被磨去（qù）。而油石表麵因接觸壓力大，加上切屑對油石粘結劑的磨耗，使磨粒與粘結劑的結合強度下降，因而有的磨（mó）粒在切削壓力的作用（yòng）下自行（háng）脫落，油石麵即（jí）露出（chū）新磨粒，此即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩磨的進行，孔表麵越來越光，與油石接觸麵積越來越大，單位麵積的接（jiē）觸（chù）壓力下降，切削效率降（jiàng）低。同（tóng）時切下（xià）的切屑小而細，這些（xiē）切（qiē）屑對粘結劑的磨耗也很小。

因此，油石（shí）磨粒脫落很少，此時磨削不是靠新磨粒，而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端負荷很大，磨粒易破裂（liè）、崩碎而形成新的切削刃。

第三階段為（wéi）堵塞切（qiē）削階段（duàn），繼續珩磨時油石和孔表麵的接觸麵積越來越大，極細的切屑堆積於油石與孔壁之間不易排除（chú），造成油石堵塞，變得很光滑。因此油（yóu）石（shí）切削能力（lì）極低，相當於拋光（guāng）。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘結性堵塞時，油石完全失去切削能力並嚴重發熱，孔的精度和表麵（miàn）粗（cū）糙度均會（huì）受（shòu）到影響。此時（shí）應盡快結束珩（héng）磨。

定量進給珩磨

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

因為當油石產生堵（dǔ）塞切削力（lì）下降時（shí），進給量大於實際（jì）磨削（xuē）量，此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎，切削作用增強（qiáng）。

用此種方（fāng）法珩磨時（shí），為了提高孔（kǒng）精度和（hé）表麵（miàn）粗糙度，最後可用不進給珩磨一定時間（jiān）。

定壓－－定量進給珩磨（mó）

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，以提高效率。最（zuì）後可用不進給珩磨，提高孔的精（jīng）度和表麵粗糙度。