磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝（yì）

磨料流加工(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（bù）形狀（zhuàng）和有挑戰的表麵加工要（yào）求。

磨粒流加工（gōng）技（jì）術（shù）（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為（wéi）擠壓珩磨技術，起源於20世紀60年代，是一種區別於（yú）傳統機械加工的光（guāng）整加工方法。利用具有一定黏性的流動磨料介質，在一定壓力作用下，通過引導流過工（gōng）件的待加工表（biǎo）麵，磨料對材料形成擠（jǐ）壓並進行微量去除，可以達到去除（chú）毛刺飛（fēi）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糙度值，實現光整加工（gōng）目的。得益於塑性（xìng）極強的磨料，這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（yǐ）加工的複雜內腔表麵，能取得較好的光整加（jiā）工效果（guǒ），近年來這種技（jì）術在航空、航天、汽車和模具等行業得到（dào）了廣泛應用。

1—活塞　2—工（gōng）件　3—夾具　4—缸體

1.1工（gōng）藝係統

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

軟磨料

　　軟磨料（liào）是由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，磨料顆粒的大（dà）小、硬度，以及（jí）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（zhì）量的關鍵（jiàn）。磨料通常選材有（yǒu）碳（tàn）化矽、白剛玉、金剛（gāng）石等，根據各自（zì）的硬度，對應（yīng）不同材質（zhì）的工件。例（lì）如（rú）鋁製品、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，為了提高工件拋光去毛刺的效率。一來，一款夾具上可以同時夾持多個工（gōng）件，一次性加工。二來，使用工裝夾具後，退模（mó）換工件時，不必每次校準，大大減少（shǎo）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（jiàn）均勻受力，而不致於（yú）使工件壓傷。

PLC係統

　　PLC係統是（shì）整個磨粒流設備的控製中心，PLC係統（tǒng）設計地簡潔（jié）、規範，既可以讓操作人員更快上手，減（jiǎn）少培訓磨（mó）合時間（jiān），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)可加工內腔（qiāng）複雜的（de）零件

(二)均勻性和（hé）重複性好

(三)可實現自動化生（shēng）產

(四)生產效率高

(五)可控（kòng）性及可預測性好（hǎo）

(六)加工表麵（miàn）質好

1、研磨

研磨是（shì）將研磨工具(以下簡稱研具)表麵（miàn）嵌人磨料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（de）尺寸、準（zhǔn）確的幾何形狀和很高（gāo）的表麵（miàn）粗糙度，這種對工件表麵進行最終精密加工的方法，叫做研磨。

1.1研磨的種（zhǒng）類

濕研將液狀研（yán）磨劑塗敷或連續（xù）加注於（yú）研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的（de）產品（pǐn）與研（yán）具間不斷地滑動與滾動（dòng），從而實現（xiàn）對工件（jiàn）的切削。濕研應用較多（duō）。

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

半幹研所（suǒ）用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精（jīng）研均可采用。

1.2研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（kě）獲（huò）得很高的精度和（hé）很低的Ra值。但一般不能提（tí）高加工麵與其他表麵之間（jiān）的位置精度。

可（kě）加（jiā）工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅（tóng）鋁及其（qí）合金、硬質合金、陶瓷、玻璃及某些塑料製品等。

研（yán）磨廣泛用於單（dān）件小批生產中加工各種（zhǒng）高精度型麵，並可用於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的實質是用遊離的（de）磨粒通過研具對工件表麵進行包括物理和化學綜合作用（yòng）的微量切前，其速度很低，壓力很小，經過研磨的工件（jiàn）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,表麵幾何形狀精度和一些位置精度也可進一步提高（gāo）。 

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

純切削說

這種觀點認為:研磨和磨削一樣，是一種純切削過程。最（zuì）終精度的獲得是由很多微小的硬磨粒對工（gōng）件表麵不斷切（qiē）削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作（zuò）用,形成無（wú）數（shù）條切痕重疊、互相交錯、互相抵消的加（jiā）工麵。它與磨削的差別（bié）隻是磨粒顆粒較細，切削運（yùn）動不盡相同而已。這（zhè）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，研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精（jīng）度則一序比一序高。但這種觀點解釋不了用（yòng）軟磨料加工硬材料，用大（dà）顆粒磨粒卻能加工出低粗（cū）糙度表麵的實例，顯然（rán）這種觀點不全麵。

塑性變形說

這種觀點認為在研磨時，表麵發生了級性變形。即在工件與研具表麵接觸運動中，粗（cū）糙（cāo）高凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填充了低（dī）四處，而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（biàn）形是有可能的;而用（yòng）軟基體（tǐ）拋（pāo）光硬材料(如光學（xué）玻（bō）璃)時，則很難解釋（shì）為塑性變（biàn）形。實際上（shàng），工件在研磨前後有質量變化（huà），這說明不是簡單（dān）的壓平過程。

化學作用說

這種觀點認為:被研磨表麵出（chū）現了化學變化過程。工件表麵活（huó）性物質在（zài）化學作用下，很快就形成了一（yī）層化合物薄膜;這層薄膜具有（yǒu）化（huà）學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨過程就是工件表麵高凸（tū）部位形成（chéng）的化合物（wù）薄膜（mó）不斷被除掉（diào）又很（hěn）快形成的過程（chéng）,最後獲得較低的（de）表麵粗糙度。然而，顯微分析表明（míng），經研磨的（de）表層約（yuē）有微米程度的破壞層。這說明研磨（mó）不僅是磨料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（huà）學作用則加速了研磨過程。顯然化學作用說也不全麵。

綜（zōng）上所述，研磨過程不可能由（yóu）一種觀點來解釋。事（shì）實上，研（yán）磨是磨粒對工件表麵的切削、活性物質的化學（xué）作用及工件表麵擠（jǐ）壓變形等綜合作用的結果。某一作（zuò）用的主次程度（dù）取決於加（jiā）工性質及加工過程的進展階（jiē）段。

2、拋光

拋光是指利用機械、化學（xué）或電化學的作用，降低工件表麵粗糙（cāo）度，獲得光亮、平整表麵的加工方法。主要是利用拋光工具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（fèn）類

機械拋光（guāng）

機械拋光是靠切削或使材料表麵發（fā）生塑性變形而去掉工件表麵凸出部得到平滑麵的拋光方法，一（yī）般（bān）使用油石條、羊（yáng）毛輪（lún）、砂紙（zhǐ）等，以手工操作為（wéi）主，表（biǎo）麵質量要求高的（de）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，緊壓在工件被加工表麵上，作高速旋轉運（yùn）動。利用（yòng）該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗（cū）糙度，是各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（zhǒng）方法（fǎ）。

化學拋（pāo）光

化學拋光是材料在化學介質中讓表麵（miàn）微觀凸出的部（bù）分較凹部（bù）分優先溶解（jiě），從而（ér）得到（dào）平滑麵（miàn）。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一般為Ra10 μm。

電解拋光

電解（jiě）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（shǐ）表麵光滑。與化學拋光相比（bǐ），它可消除陰極反應的影響，效果較好。

超聲波拋光

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

流體（tǐ）拋光

流（liú）體（tǐ）拋光是依（yī）靠流動的液體及（jí）其攜帶的磨粒衝刷（shuā）工件表麵達到拋（pāo）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（hǎo）的特（tè）殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料製成，磨（mó）料可采用碳（tàn）化矽粉末。

磁研磨拋光

磁（cí）研磨拋光是利用磁性磨料在磁場作用下形成磨料刷，對工件磨削加工。這種方法加工效（xiào）率高，質量好，加工條件容易控製。。

電火花超聲複合拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為1.6 μm以上工件的拋光（guāng）速度，采用超聲（shēng）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，迅速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火花加工、磨削（xuē）等工（gōng）藝後的表麵可（kě）以選擇轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉表（biǎo）麵拋光機進行拋光。然後是手工油石研磨（mó），條（tiáo）狀油石加煤油作為潤滑劑或冷（lěng）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（gāng）(52 HRC以上)，而不適用於預硬鋼（gāng），因為這樣可能（néng）會導致預硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果（guǒ）。

精拋

精拋主要使用鑽石研（yán）磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉（fěn）或研磨膏進行研磨，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（zuàn）石研磨膏和拋光布輪可用來去除1 200#和1 50 0#號砂紙留下（xià）的發狀磨（mó）痕。

4、珩磨

在（zài）對零件加工的過程中，會使用到多種工（gōng）藝，其中珩磨加工是對孔進行（háng）精整加工（gōng）的一種（zhǒng）加工方式。

珩磨工藝是一種以被加工麵為導向，在一定進給壓力下，通（tōng）過工具和零件（jiàn）的相對運動去除加工（gōng）餘量，其切削軌跡為交叉網紋的精孔（kǒng）加工工藝。

3.1珩磨原理

珩磨是利用安裝於珩磨（mó）頭圓周上的一條或多條油石（shí），由（yóu）漲開機構將油石沿（yán）徑向漲開，使其壓向工件孔壁，以便產（chǎn）生一定的接（jiē）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：定壓進給（gěi）珩磨、定量進給珩磨、定壓-定量進給珩磨。

3.2珩（héng）磨加工的特點：

加（jiā）工精（jīng）度高（gāo）：特別是一些中小型通孔，圓柱（zhù）度能達到0.001mm

表麵質（zhì）量好：表（biǎo）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（guǎng）：主要加工各種圓柱形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的（de）孔

切削餘量少。

糾（jiū）孔能力強：采用（yòng）珩磨加工工（gōng）藝可（kě）以通過（guò）去除最少加（jiā）工餘量而極大地改善（shàn）孔和外圓的尺（chǐ）寸精（jīng）度、圓度、直線度、圓柱度和表（biǎo）麵粗糙度。

3.3珩磨的切削過（guò）程

定壓進給珩磨

定壓進給中，進給機構（gòu）以恒定的壓力壓向（xiàng）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（cāo），油石與孔壁接觸麵積很小，接觸壓（yā）力（lì）大，孔壁的凸（tū）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的磨耗，使（shǐ）磨粒與粘（zhān）結（jié）劑的結（jié）合強（qiáng）度下（xià）降，因而（ér）有的磨粒在切削壓力的（de）作用下自（zì）行脫落（luò），油石麵即（jí）露出新磨粒，此即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩（héng）磨的進行，孔表麵（miàn）越來越光，與油石接觸（chù）麵積越來越大，單位麵積的（de）接觸壓力下降，切削效率降低。同時切下的切屑小而細，這些切屑對粘（zhān）結劑的磨耗也很（hěn）小。

因此，油石磨粒脫（tuō）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（fù）荷很大，磨粒易破（pò）裂（liè）、崩碎而形成（chéng）新的切削刃。

第三階段為（wéi）堵（dǔ）塞切削（xuē）階段，繼續珩磨時油石和孔表麵的接（jiē）觸麵積越來越大，極（jí）細的切屑堆積於油石與孔壁之間不易排（pái）除，造成油石堵塞，變得很光滑。因（yīn）此油石切削能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘結（jié）性堵塞（sāi）時，油石完全失去切削能力並嚴重發熱（rè），孔的（de）精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡快結束（shù）珩（héng）磨（mó）。

定量進給珩磨

定量進給珩磨時，進給機構以恒定的（de）速度擴張進（jìn）給，使磨粒強製性地切入工件（jiàn）。因此珩磨過程隻存（cún）在脫（tuō）落（luò）切（qiē）削和破碎（suì）切削，不可能（néng）產（chǎn）生堵塞切（qiē）削現象（xiàng）。

因為（wéi）當油（yóu）石產生堵塞切削力下降時（shí），進（jìn）給量大於實際磨削量（liàng），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，最後可用（yòng）不（bú）進給珩磨一（yī）定時間。

定壓－－定量（liàng）進給珩磨

開（kāi）始時以定壓進給（gěi）珩磨，當油石進入堵塞切削（xuē）階段時，轉（zhuǎn）換為定量進給珩磨，以（yǐ）提（tí）高效率。最後（hòu）可用不進給（gěi）珩磨，提高孔的精度和表麵粗糙（cāo）度（dù）。