磨削之研磨拋光、磨粒流與（yǔ）珩磨的區別

1、磨粒流工藝

磨料流加工(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺方法，特（tè）別是對於複雜的內部形（xíng）狀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，是（shì）一種區別於傳統機械加工的光整加工方法。利用具有一定黏性的流動磨料介質，在一定壓力作用（yòng）下，通（tōng）過引導流過工件的待加（jiā）工表麵，磨料對材料形成擠（jǐ）壓並進行（háng）微量去除，可以達到去除毛刺飛邊、孔口倒圓等加工效果，重要的是可以降低待加工表麵的粗（cū）糙度值，實現光整（zhěng）加工目的。得益（yì）於（yú）塑（sù）性極強的磨料（liào），這種加工（gōng）技術（shù）幾乎可（kě）以對任意形狀的表麵進行光整加工，尤其是針對難以加工的複雜內腔表麵，能取得較好的光整加工效果，近（jìn）年來這種技術在航空、航天、汽車和模具等行業得（dé）到了（le）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，簡單來說，就是一（yī）種通過（guò）半流體介質進行拋光去毛刺的工（gōng）藝，主要麵向內孔、以及不規則形狀的中小型工件。磨粒（lì）流（liú）拋光（guāng）工藝包含三個核心要素，即軟磨料、夾具與PLC係統：

軟磨料

　　軟磨料是由非常細小的硬質顆粒（lì），混合相關液體，調製而成的半（bàn）流體狀態的介質，磨料顆粒的大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱（rè）後（hòu）是否（fǒu）會黏貼工件，是影響（xiǎng）拋（pāo）光去（qù）毛刺質量的關鍵。磨料（liào）通常選材有碳化（huà）矽、白剛玉、金剛石等，根據各（gè）自（zì）的硬度，對應不同材質（zhì）的工件（jiàn）。例如鋁（lǚ）製品、銅製品工件，選用碳化矽磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用（yòng）白（bái）剛玉或金剛石更為合適。

工裝夾具（jù）

選用夾具的原因（yīn）是，為了提高工件拋光去毛刺的效率。一（yī）來，一款（kuǎn）夾具（jù）上可（kě）以同時夾持多個（gè）工件，一次性加工。二來，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）。

工裝夾具設計的關鍵在於，在提升效率的前提下，如何保（bǎo）持工件（jiàn）均勻受力，而不致於使工件壓傷。

PLC係統（tǒng）

　　PLC係統是整個磨粒流設（shè）備的（de）控製中心，PLC係（xì）統設計（jì）地簡潔、規（guī）範（fàn），既可以讓操作人員更快上手，減少培（péi）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（kě）加工內腔（qiāng）複雜的零（líng）件

(二)均勻性和重複性好

(三)可實現自動化生產（chǎn）

(四（sì）)生產效率高

(五)可控性及可預測性好

(六)加工表（biǎo）麵質好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡稱研具)表（biǎo）麵嵌（qiàn）人磨料（liào）或敷塗磨料並添加潤（rùn）滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸並做相（xiàng）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（chǐ）寸、準（zhǔn）確的幾何形狀和很高的表麵粗糙度，這種對工件表麵（miàn）進行最終精密加工的方法，叫做研磨。

1.1研磨的種類

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)在被加工的產品與研（yán）具間不斷（duàn）地滑動與滾動（dòng），從而實（shí）現對工件的切削。濕研應用較多。

幹研將磨料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌（qiàn）在研具（jù）表層上，研磨時需（xū）在研具（jù）表麵塗以（yǐ）少（shǎo）量的潤滑劑。幹研多用於精研。

半幹研（yán）所用研磨（mó）劑為（wéi）糊狀的研磨膏，粗、精研均（jun1）可采用。

1.2研磨的特點及應（yīng）用範圍

設備（bèi）簡單，精度要求高。

加工質量可靠（kào）。可獲得很高（gāo）的精度和很低的Ra值。但一般不能提高加工麵與其他表麵（miàn）之間的位置精（jīng）度。

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

研磨廣泛用於單件小批生產中加工各種高精度型麵，並可（kě）用於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的（de）實質是用遊離的磨粒通過研具對工件（jiàn）表麵進行包（bāo）括物理和化學綜合作用的微量切前（qián），其速（sù）度很低，壓力很小，經過研磨的工件可獲得（dé）0.001mm以（yǐ）內的尺寸誤差，表麵粗糙度一（yī）般能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表麵幾何形狀精度和一些位置精度也可進一步（bù）提高。 

盡管研磨已廣泛應用於機械加工中，並且獲得了最佳的工藝效果,但人們（men）對研磨過（guò）程的機理有多種觀點。

純切削（xuē）說

這種觀點認為:研磨和磨削一樣（yàng），是一種純切削過程。最終精度的獲得是由很多微小的硬磨粒對工件（jiàn）表麵不斷切削，靠（kào）磨（mó）粒（lì）的尖劈、衝（chōng）擊、刮削和擠壓作用,形成無數條切痕（hén）重疊（dié）、互相交錯、互相抵消的加工麵。它與磨削（xuē）的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動不盡相同而已。這種觀（guān）點在（zài）實際過程中可以解釋許多現象，也能指導（dǎo）工作。例如，研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細，而（ér）獲得的精（jīng）度則一序比一序高（gāo）。但這種觀點解釋不了用軟磨料加工硬材（cái）料，用（yòng）大顆粒磨粒卻能加（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

這種觀點認為在研磨（mó）時，表麵發生了（le）級性變（biàn）形。即（jí）在工件與研具表麵接觸運動中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠（jǐ）壓作用下被“壓平”，填充了低四處，而（ér）後形成極低的表麵粗糖度。住然而在研磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑（sù）性變形是有可能的;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形。實際上，工件在研磨前後有質（zhì）量變（biàn）化，這（zhè）說明不是簡單的壓平過程。

化學作用說

這種觀點認為:被（bèi）研磨表麵出現了化學變化過程。工（gōng）件（jiàn）表麵活性（xìng）物質在化學作用下，很快就形成了一層化合物薄膜;這層（céng）薄（báo）膜具有化（huà）學（xué）保護（hù）作用，但能被軟質磨料除掉。研磨（mó）過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（xíng）成的過程,最後（hòu）獲得較低的表麵粗糙（cāo）度。然而，顯微（wēi）分析表明，經研磨的表層約有（yǒu）微米程度的破壞層。這說明研磨不僅是磨料去除化合物薄膜的不斷形成過程，並且對（duì）表麵層有切削作（zuò）用，而化學作（zuò）用則加速了（le）研磨（mó）過程（chéng）。顯然化學（xué）作用說也不全麵。

綜上所述，研磨過程不可能由（yóu）一種觀（guān）點來解釋（shì）。事實上，研磨是磨粒對工件表麵（miàn）的切削、活性物質的化學作用及工件表麵擠壓變形等綜合作用的結果（guǒ）。某一作用的（de）主（zhǔ）次程（chéng）度取決於加工（gōng）性質及加工過程的進展階段（duàn）。

2、拋（pāo）光

拋光是指利用機械、化學或電化（huà）學的作用，降（jiàng）低工件（jiàn）表麵粗糙度，獲得光亮、平整（zhěng）表麵的加工方法。主（zhǔ）要是利用拋光工具和磨料顆粒等對工件表麵進行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械拋光是（shì）靠切削或使材（cái）料表麵發生（shēng）塑性變（biàn）形而去掉工件表麵凸出部得到平滑麵的拋光方法，一般使（shǐ）用油石（shí）條、羊毛輪、砂紙等（děng），以手工操作為主，表麵（miàn）質量要求（qiú）高的可（kě）采（cǎi）用超精（jīng）研拋（pāo）的方法。超精研（yán）拋是采用特製的磨具，在含有磨料（liào）的研拋液中，緊壓在工件被加工表麵上，作高速旋轉運動。利用（yòng）該技術（shù）可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是各（gè）種拋光方法中表麵（miàn）粗糙度最（zuì）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（zài）化學介質中（zhōng）讓表麵微觀凸（tū）出的部分較凹部分優先溶解，從而得到平滑麵（miàn）。該方法可以拋光形狀複雜的工件，可（kě）以同（tóng）時拋光很多工件，效率高。化學拋光得到的表麵粗糙（cāo）度一般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理與化學拋光相同，即靠選擇性溶（róng）解材料表麵微小凸出部分，使表（biǎo）麵光滑。與化學拋光相比，它可（kě）消除陰（yīn）極反應的影響，效果較好。

超聲波拋光

超聲拋光是利用工具（jù）斷麵作超聲波振動，通（tōng）過（guò）磨料懸浮（fú）液拋光脆硬材料的一種加工方法。將工件放入磨料懸浮液中並一起（qǐ）置於超聲波場中，依靠（kào）超聲波（bō）的振蕩作（zuò）用，使磨（mó）料在工件（jiàn）表麵磨削拋光。

流體拋光

流體拋光是依靠流動的液體及其攜帶的磨（mó）粒衝刷工件（jiàn）表麵達到拋光的目的。流體動力研磨是由液壓驅動，介質主要采（cǎi）用在較低壓力下（xià）流過性（xìng）好的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料製成，磨料可采（cǎi）用（yòng）碳化矽粉末。

磁研磨拋（pāo）光（guāng）

磁研磨拋光是利用磁性（xìng）磨料在磁（cí）場作用（yòng）下形成磨（mó）料刷，對工件磨削加工。這種（zhǒng）方法加工效（xiào）率高，質量好，加工條件容易（yì）控製。。

電火花超聲複合拋光

為（wéi）了提高（gāo）表麵粗糙度Ra為1.6 μm以上工件（jiàn）的拋光速度，采用（yòng）超聲波與專用的高頻窄脈衝高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表麵，迅速降低其表（biǎo）麵粗糙度。

2.2拋光（guāng）的工藝過程

粗拋

精銑、電（diàn）火花加（jiā）工（gōng）、磨（mó）削等工藝後的表（biǎo）麵可以選擇轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉（zhuǎn）表麵拋光機進行拋光。然後是（shì）手工油石（shí）研（yán）磨，條狀油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑。使用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

半精拋（pāo）主要使用砂紙和（hé）煤油。砂（shā）紙的號數依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際上#1 500砂紙隻用適於淬硬（yìng）的（de）模具鋼(52 HRC以上)，而不適用於預硬鋼，因為這樣可能會導致預（yù）硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果。

精拋（pāo）

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

4、珩磨

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

珩（héng）磨工藝是一種以被加工麵為導向，在一定進給壓力下，通過工具和零件的相對運動去除加工餘量，其切削軌跡為交叉網紋的精孔加（jiā）工工藝。

3.1珩磨原（yuán）理

珩磨是利用安裝於珩磨頭圓周上（shàng）的一（yī）條或（huò）多條油石（shí），由漲開機構（gòu）將油石沿徑向漲開，使其壓向工件孔（kǒng）壁，以便產生一定的接觸麵。同時珩磨頭（tóu）旋轉和（hé）往複運（yùn）動。零件不動；或者珩磨頭隻做旋轉運動，工件往複運動（dòng），從而實現珩磨。

珩（héng）磨的切削有三（sān）種模式：定壓進給珩磨、定量（liàng）進給珩磨、定壓-定量進給珩（héng）磨。

3.2珩磨加工的特點：

加（jiā）工精度高：特別（bié）是一些中小型通孔（kǒng），圓柱度能達到0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉網紋（wén），有利於潤滑油的存儲及油膜的保持。

加工範圍廣：主（zhǔ）要加工各種圓柱形孔（kǒng）：通孔、軸（zhóu）向和徑（jìng）向有間斷的孔

切削餘量少。

糾孔能力強：采用珩磨（mó）加工工藝（yì）可以通過去除最少加工餘量而極大地改善孔和（hé）外圓的尺寸精度、圓度、直（zhí）線（xiàn）度、圓柱度和表麵粗糙度。

3.3珩磨的切削過（guò）程

定壓進給（gěi）珩磨

定壓（yā）進給中，進給機構以恒定的壓力壓向孔壁，分三個階段。

第一個階段是脫落切削階段，這種定壓珩磨，開始時由於孔壁粗糙，油石與孔壁（bì）接（jiē）觸麵積很小（xiǎo），接觸壓（yā）力大，孔壁的凸出部分（fèn）很快被磨去。而油石表麵因接觸壓力大，加上切屑對（duì）油石粘結劑的磨耗，使磨粒與粘（zhān）結劑的結合強度下降，因（yīn）而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫（tuō）落，油石麵即露出新磨粒，此即（jí）油石自銳。

第二階段是破碎（suì）切削階段，隨著珩磨的進行，孔表（biǎo）麵（miàn）越來越光，與油石接（jiē）觸麵積越來越大，單位麵積的接觸壓力（lì）下降，切削效率降低。同時切下（xià）的切屑小而細，這（zhè）些切屑對粘（zhān）結劑的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落很少，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、崩（bēng）碎而形成新的切削刃。

第三階段為（wéi）堵塞切（qiē）削階段，繼續珩磨時油石和（hé）孔表麵的接觸麵積越來越（yuè）大，極細的切屑堆積於油石（shí）與孔壁之（zhī）間不易（yì）排除，造成油（yóu）石堵塞，變得（dé）很光滑。因此油石切削能力極低，相當（dāng）於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重（chóng）而產生粘結性堵塞時，油石完全失去切削能力並嚴重發熱，孔的精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡快結（jié）束珩磨。

定（dìng）量進給珩磨（mó）

定量進給珩磨（mó）時，進給機構（gòu）以恒定的速度擴張進給，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削，不（bú）可能產生（shēng）堵塞切削現（xiàn）象。

因為當油石（shí）產生堵塞切削力下降時，進給（gěi）量大於實際磨削量，此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落（luò）、破碎（suì），切削作（zuò）用增強（qiáng）。

用此種方法珩磨時，為了提高（gāo）孔精度和表麵粗糙度，最後可用不進給珩（héng）磨一定時間。

定壓－－定量進給珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當油石進入堵塞切削階段時，轉（zhuǎn）換為定（dìng）量進給珩磨（mó），以提高效率（lǜ）。最後可用不進（jìn）給珩磨，提高孔（kǒng）的精度（dù）和表（biǎo）麵粗糙度。