磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝

磨料（liào）流加工（gōng）(AFM)工藝是理（lǐ）想的拋光和去毛刺方法，特別（bié）是（shì）對於複雜（zá）的內部形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，是一種區別於傳統機械加工的光整加工方法。利（lì）用具有一定黏性的流動磨料介質，在一定壓力作（zuò）用下，通過引導流過工件的待加工表麵，磨料對材料形成（chéng）擠壓並進行微量去（qù）除，可以達到去（qù）除（chú）毛刺飛邊、孔口倒（dǎo）圓等加工效（xiào）果（guǒ），重要的是可以降低待（dài）加（jiā）工表麵的粗糙度值，實現光（guāng）整（zhěng）加工目的。得益於塑性極強的磨料，這種加工技術幾乎可以對任意（yì）形狀的表麵進行光整加工，尤其是針對難以加工的複（fù）雜內（nèi）腔表麵，能取得較好的光整加工（gōng）效果，近年來這（zhè）種技術在航（háng）空、航天、汽車和模（mó）具等行業得到了廣泛應用。

1—活（huó）塞　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係統

磨粒（lì）流，簡（jiǎn）單來說，就是一種通過半流體介質進行拋光去（qù）毛刺的工藝，主要麵（miàn）向內孔、以及（jí）不規則形狀的中小型（xíng）工件（jiàn）。磨粒流拋光工藝（yì）包（bāo）含三（sān）個（gè）核心要素（sù），即軟磨料、夾（jiá）具與PLC係統：

軟磨料

　　軟磨（mó）料是由非常細（xì）小的硬質（zhì）顆粒，混合相關液體（tǐ），調製而成的半流（liú）體狀態的介質，磨（mó）料顆粒的大小（xiǎo）、硬度，以（yǐ）及半流體的粘稠度、遇熱後是否會黏貼工件，是影響拋光（guāng）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（gè）自（zì）的硬度，對應（yīng）不（bú）同材（cái）質的工件。例（lì）如鋁製品、銅（tóng）製品工件，選用碳化矽磨料即可。而硬度較（jiào）高的鎢鋼、合金鋼，選（xuǎn）用白（bái）剛玉或金剛石更為合適。

工裝夾具（jù）

選用夾具的原因是，為了提高工件拋（pāo）光去毛刺的效率。一來，一款夾具上可以同時夾（jiá）持多個（gè）工件，一次（cì）性加工。二來，使用工裝（zhuāng）夾具（jù）後（hòu），退模換工件時，不必每次校準，大大減少了停機時間。

工裝夾（jiá）具設計的（de）關鍵在（zài）於（yú），在提升效率的（de）前提下，如何保持工件均勻受力（lì），而不致於使工件壓傷。

PLC係統

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

1.2磨（mó）粒流特點

(一)可（kě）加工內腔複雜的零件

(二（èr）)均勻性和重複性（xìng）好

(三)可實現自動化生產

(四)生產效率高

(五)可控性及（jí）可預測性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨料或敷（fū）塗磨料並添（tiān）加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸並做相對運動（dòng），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度，這（zhè）種對工件表麵（miàn）進行最終精密加工的方法，叫（jiào）做（zuò）研磨（mó）。

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（jù）表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品與研（yán）具間不斷地滑動（dòng）與滾動，從而實現對工件的切（qiē）削。濕研應用較多。

幹（gàn）研將磨料(W3.5～W0.5)均勻（yún）地壓嵌在研（yán）具表層上，研磨時（shí）需在研具表麵塗以少量的潤滑劑。幹（gàn）研多（duō）用於精研。

半幹研所用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研（yán）磨的特點及應用範圍

設備簡單，精度要求高。

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

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

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

1.3研磨機（jī）理

研磨的實質是用遊離的磨粒通過研具對工（gōng）件表麵進行（háng）包括物理和（hé）化學綜（zōng）合作用的微量切（qiē）前，其速度很低，壓（yā）力很小，經過研磨的工（gōng）件可（kě）獲得（dé）0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗（cū）糙度一般（bān）能達到R.=0.4~0.1μm,最小（xiǎo）可（kě）達Ra=0.012μm,表（biǎo）麵幾何形狀精度和一些位置（zhì）精度也可進一步提高。 

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

純切削說

這種觀（guān）點認為:研磨和磨削一樣，是一種純切削過程。最終精度（dù）的獲（huò）得是由很多微小的硬（yìng）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（xíng）成無數條切（qiē）痕重疊、互相交（jiāo）錯、互相抵消的加工麵。它與磨削的差（chà）別隻是（shì）磨粒顆粒（lì）較細，切削運動（dòng）不盡相同（tóng）而已。這種觀（guān）點在實際過程中（zhōng）可以解釋許多現象，也能指導工作。例如，研磨過程中使用的磨（mó）料粒（lì）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（guān）點解釋不了用軟磨料加（jiā）工硬材料，用大顆粒磨粒卻（què）能加工（gōng）出低粗（cū）糙度表麵的實例，顯然這（zhè）種觀點不全（quán）麵。

塑性變形說

這種觀（guān）點認為在研（yán）磨時，表麵發生了級性變形。即在工件與研具表麵接（jiē）觸運動中，粗糙高凸（tū）的部位在摩擦（cā）、擠壓作用下被“壓平”，填充了（le）低四處，而後形成極低（dī）的表麵粗糖度。住（zhù）然而在研磨極軟材（cái）料(如鉛、錫等（děng）)時，產生（shēng）塑（sù）性變形是有可能的;而用軟（ruǎn）基體拋光（guāng）硬材料(如光學玻璃)時，則很難解釋為塑性變形（xíng）。實（shí）際上，工件在研磨前後有質量變化（huà），這說明不是簡單的壓平過程（chéng）。

化學作用說

這種觀點認為:被研磨表麵出現了化學變化過程。工件表麵活性物質在化學作用下，很快就形（xíng）成了一（yī）層化合物薄膜;這層薄膜（mó）具有化（huà）學保護作用，但能（néng）被軟質磨料除掉（diào）。研磨過程就是工件表麵高（gāo）凸部位形成（chéng）的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成的過程,最後獲得較低的表麵粗糙度。然而，顯微（wēi）分析表（biǎo）明，經研磨的（de）表層約有（yǒu）微米程度的破壞（huài）層。這說明（míng）研磨不僅是磨料去除化合物薄膜的不（bú）斷形成過程，並且對表麵層有切削（xuē）作用，而化學作用則加速（sù）了研磨過（guò）程。顯然化學作用說也不全麵。

綜上所述，研磨過程不可能由一種觀點（diǎn）來解釋。事（shì）實上，研磨是磨粒對工（gōng）件表麵的切削、活性物質的化（huà）學作用及工件表麵擠壓變形等綜合作用的結果。某一作用的主次程度取決於加工性質及加工過（guò）程的進展階段。

2、拋光

拋光是（shì）指利用（yòng）機械、化學或電化學的（de）作用，降低工件表麵粗糙度，獲得光亮、平整表麵的加工方法。主要是利用拋光工具（jù）和磨料顆粒等對工件表麵進行的修飾加（jiā）工。

2.1拋光（guāng）的分類

機械拋光（guāng）

機械拋光是靠切削或使材料表麵發生（shēng）塑性變形而去掉工件表麵凸出部得到平滑（huá）麵的拋光方法，一般使用（yòng）油石條（tiáo）、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，表麵質量要求高的可采用超精研拋的（de）方法。超精研拋是采（cǎi）用特製的磨（mó）具，在含有磨料的研拋液中，緊壓在工（gōng）件被加工表麵（miàn）上，作高速旋轉運動。利用該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是各（gè）種拋光方法中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具常采用這種方（fāng）法（fǎ）。

化學拋光

化學拋光（guāng）是材料在化學介質（zhì）中讓表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶解，從（cóng）而得到平滑麵。該方法可以（yǐ）拋光形狀複雜的工件，可以同時拋（pāo）光很多工件，效率高。化學拋光得到的表麵（miàn）粗糙度一般為（wéi）Ra10 μm。

電解拋光

電解拋（pāo）光基本原理與化學拋光相同，即靠選擇性溶解材料表麵微小（xiǎo）凸出部分，使表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極反應的影（yǐng）響，效果較好。

超聲波拋光

超聲拋（pāo）光是利用工具斷麵作超聲波振動，通過磨料懸浮液（yè）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置於超（chāo）聲波場中，依（yī）靠超聲波（bō）的振蕩作用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

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

磁研（yán）磨拋光

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

電火花超聲（shēng）複合拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為（wéi）1.6 μm以上工件的拋光速度，采用超聲波與專用的高（gāo）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（dòng）和電脈衝的腐蝕（shí）同時作用於工件表麵，迅（xùn）速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火花加工、磨（mó）削等工藝後（hòu）的表麵可以選擇轉速（sù）在35 000～40 000 r/min的旋轉表麵（miàn）拋光機進行拋光。然後（hòu）是手工（gōng）油石研磨，條狀油石加煤油（yóu）作為潤滑劑或冷卻劑。使（shǐ）用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

半精拋主要使用砂紙和煤油。砂紙的號數依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際上#1 500砂紙隻用適於淬硬的模具鋼(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（yòng）鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉（fěn）或研磨膏進行（háng）研磨，則通常的（de）研磨順序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的（de）鑽石研磨膏（gāo）和拋（pāo）光（guāng）布輪可用來（lái）去除1 200#和1 50 0#號砂紙留下的發狀磨痕。

4、珩磨

在對零件加工的過（guò）程中，會使用到多種工藝，其中珩磨加工是對孔進行精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（jìn）給壓力下（xià），通過工具和（hé）零件的相對運動去（qù）除加（jiā）工餘量，其切削軌（guǐ）跡為交叉網紋的精孔加工工藝。

3.1珩磨原理

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

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

3.2珩（héng）磨加工的特點：

加工精度高：特別是（shì）一些中小型（xíng）通孔，圓柱度能達到0.001mm

表麵（miàn）質（zhì）量好：表麵為交叉網紋，有利於潤（rùn）滑油的存儲及（jí）油膜的保持。

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（shǎo）。

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

3.3珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓進給（gěi）中，進給機（jī）構以恒定的壓力壓向孔壁，分三個階段（duàn）。

第（dì）一個階段是脫落切削階段，這種定壓珩（héng）磨，開（kāi）始時由（yóu）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（chū）部分很快被磨去。而油石（shí）表（biǎo）麵因接觸壓力大，加上切屑對油石（shí）粘結劑的磨耗，使磨粒與粘結劑的結合強（qiáng）度下降，因而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落，油石麵即（jí）露出新磨粒，此即油石自銳。

第二階段是破碎（suì）切削階（jiē）段，隨著珩磨的進行，孔表（biǎo）麵（miàn）越來越光，與油石接觸麵積越來越大，單位麵積的接觸壓力下降，切（qiē）削效率降（jiàng）低。同時切下的切屑小而（ér）細，這些切屑對粘結劑的磨（mó）耗也很（hěn）小。

因此，油石磨粒脫落很少，此時（shí）磨（mó）削不是靠新磨（mó）粒，而是由磨粒尖（jiān）端切削（xuē）。因而磨粒尖端（duān）負荷（hé）很大，磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削（xuē）刃。

第三階段為堵塞切削階段（duàn），繼續珩（héng）磨時（shí）油石和孔表麵（miàn）的接觸麵積越來越大（dà），極細的切屑（xiè）堆積於油石與孔壁之間不易排除，造成油石堵塞，變得很光滑。因此油石切削能力極（jí）低（dī），相當於拋光。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（néng）力並嚴重發熱，孔的精（jīng）度和表麵粗糙度均會受到影響。此時（shí）應盡快結束珩磨。

定量進給珩磨

定量進給（gěi）珩磨時，進給機構以恒定的速度擴張進給，使磨粒強製性地切入工件。因（yīn）此珩磨過（guò）程隻存在脫落切削和破碎切削，不可能產生堵塞切削現象。

因為當（dāng）油石產生堵塞切削力下降時，進（jìn）給（gěi）量大於實際磨（mó）削量，此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎，切削作用增強。

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

定壓－－定（dìng）量進給珩磨

開始時以定壓進（jìn）給（gěi）珩磨，當（dāng）油石進入堵塞切削階段時，轉換為定量進給珩磨，以（yǐ）提高效率。最後可用不進給珩磨，提高孔的（de）精度和表麵粗糙度。