磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝

磨（mó）料流加工(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺方（fāng）法，特（tè）別是對於複雜的內部形狀和有挑戰的表麵加工要求（qiú）。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓（yā）珩磨技術，起源於20世紀60年代，是一種區別於傳統機械（xiè）加工的光整加工方法。利用具有一定黏性的（de）流動磨料介質，在一定壓（yā）力作用下，通（tōng）過引導流過工（gōng）件的待加工（gōng）表麵，磨料對材料形成擠壓並進行微量去除，可以達到去除（chú）毛刺飛邊、孔（kǒng）口倒圓等加（jiā）工效果，重要（yào）的是可（kě）以降低待加工表麵的粗糙度值，實現光整加工目（mù）的。得（dé）益於塑性極強的磨（mó）料，這（zhè）種加工（gōng）技術幾乎可以對任意形狀的表麵（miàn）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（dé）較好的光整加工效果，近年來這種技（jì）術在航空（kōng）、航天、汽車和模具等行業得到了廣泛應用。

1—活（huó）塞　2—工件　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（guò）半流體介質進行拋光去毛刺的工藝，主要麵向內孔、以及不規則（zé）形狀的中小型工件。磨粒流拋（pāo）光工藝包含三個核心要（yào）素，即軟磨料、夾具（jù）與PLC係（xì）統：

軟磨料

　　軟磨料是由非常（cháng）細小（xiǎo）的硬質顆粒，混合（hé）相（xiàng）關液體，調製而成的半流體（tǐ）狀態（tài）的介質，磨料顆粒的大小、硬（yìng）度，以（yǐ）及半流體的粘稠度、遇熱後是否會黏貼工件，是影響拋光去毛刺質量的關鍵。磨料（liào）通常選材有碳化矽、白剛玉、金剛石等，根據各自的硬度，對應不同材質的工件。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，選用白剛玉或金剛石更（gèng）為合適。

工（gōng）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持多個工件，一次性加工。二來，使用工（gōng）裝（zhuāng）夾（jiá）具後，退模換工件時（shí），不必每次校準，大大減少了停機時間。

工裝夾具設（shè）計的關鍵在於，在提升效率的前提下，如何保持（chí）工件均勻受力，而（ér）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（zhì）中心，PLC係統設計地簡潔、規範，既可以讓操作人員更快上手，減少培訓磨（mó）合時間，又可以減少設備故障率，延長設備（bèi）使（shǐ）用壽命。

1.2磨粒流特點

(一)可加工內腔複雜的零件

(二)均勻性和重（chóng）複性好

(三)可實現自（zì）動化生產

(四（sì）)生產效率高

(五)可控性及可預（yù）測性好（hǎo）

(六)加工表（biǎo）麵質（zhì）好

1、研磨

研磨（mó）是將研磨工具（jù）(以下簡稱（chēng）研具)表麵（miàn）嵌人磨料或（huò）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（xiàng）對運動，通過磨料作（zuò）用，從工件表麵切去（qù）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，這種對工件表麵進行最終精密加（jiā）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（yán）具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不斷地（dì）滑動與（yǔ）滾動，從而實現對（duì）工件的切削。濕研應用較多。

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

半幹研（yán）所用研（yán）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，精度要求高。

加工質量可靠。可獲得很高的精度和很低的Ra值（zhí）。但一般不能提高加工麵與其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（jí）某些塑料製（zhì）品等。

研磨廣（guǎng）泛（fàn）用於單件小批生產中加工各種高精（jīng）度型（xíng）麵，並可用於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的實質（zhì）是用遊（yóu）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前，其速度很低，壓力很小，經過研磨（mó）的（de）工件可獲得0.001mm以（yǐ）內的尺寸誤差，表麵粗糙度一般能達到R.=0.4~0.1μm,最小（xiǎo）可達Ra=0.012μm,表麵幾何形狀精度（dù）和一些位置精度也可進一步提高。 

盡管研磨已（yǐ）廣（guǎng）泛應用於機械加工中（zhōng），並（bìng）且獲得（dé）了最佳的工藝效果,但人們對研磨過程的機理有多（duō）種觀點。

純切削說

這種觀點認（rèn）為:研磨和（hé）磨削一樣，是一種（zhǒng）純切削過程。最終精度的獲得是（shì）由很多微小的硬磨粒對工件表麵不斷切削，靠（kào）磨粒（lì）的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作用,形（xíng）成無數條切痕重（chóng）疊、互相交錯、互相抵（dǐ）消（xiāo）的加工麵。它與磨削的（de）差別隻是磨粒顆粒（lì）較細，切削（xuē）運動不（bú）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（liào）粒度一序比一序細，而獲得的精度則一序比一（yī）序高。但這種觀點解釋不（bú）了用（yòng）軟磨料加工硬材料，用（yòng）大顆（kē）粒磨粒卻能加工出低粗糙度表（biǎo）麵的實例，顯然這種觀點不全麵。

塑性變形（xíng）說

這種觀（guān）點認為在研（yán）磨時，表麵發生了級性變形（xíng）。即在工件與研具表麵接觸運動中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠（jǐ）壓（yā）作用下被“壓平”，填充了低四處，而後（hòu）形成極低的表麵粗糖度。住然而在研（yán）磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產（chǎn）生塑性變形是有可能的;而用軟基體拋光（guāng）硬材料(如光學玻璃（lí）)時，則很難（nán）解釋為塑性變形。實際上，工件在研磨前後有質量變化，這說明不是簡單的壓平過程。

化學作用說

這種觀點認為:被研磨表麵出現了化學變化（huà）過程。工件表麵活性物質在化學作用下（xià），很快就形成了一層（céng）化合物薄膜;這層薄（báo）膜具有化學保（bǎo）護作用，但能被軟質磨料（liào）除掉。研磨過程就是工件表（biǎo）麵高凸部位形（xíng）成的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成（chéng）的過程,最後獲得較（jiào）低的表麵粗糙度。然而，顯微分析表明，經（jīng）研磨的表層約有微米程度的破壞層。這（zhè）說明研磨不僅是（shì）磨料去除（chú）化合物薄（báo）膜（mó）的不斷形成過程，並且對表麵層有（yǒu）切削作（zuò）用，而化學作用則加速了研（yán）磨過程。顯然化學作（zuò）用說（shuō）也不全麵。

綜上所述，研磨過程不可能由（yóu）一種觀點（diǎn）來解釋。事實上，研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（miàn）擠壓（yā）變形等綜合作用的結果。某一作（zuò）用的（de）主次程度取決於（yú）加工性質（zhì）及加工過程的進展（zhǎn）階段。

2、拋光

拋光是（shì）指利用機械（xiè）、化學或電化學的作用（yòng），降低工件表（biǎo）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和（hé）磨料顆粒等（děng）對工（gōng）件表（biǎo）麵進行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械拋光是靠切削或（huò）使材料表麵發生塑（sù）性（xìng）變形而去掉工件表麵凸出部得到平滑麵的拋光方法，一般使用油石（shí）條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主（zhǔ），表（biǎo）麵質量要求高的可采用超精（jīng）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，作高速旋轉運動。利用該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙（cāo）度，是各種拋光方（fāng）法中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具常采用這種方法（fǎ）。

化學拋光（guāng）

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解，從而得到平滑麵。該方法可（kě）以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粗糙（cāo）度一般為Ra10 μm。

電（diàn）解拋光

電解（jiě）拋光基本原理與化（huà）學拋光相同，即靠（kào）選擇（zé）性溶解材料（liào）表麵微小凸出部分，使表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極（jí）反應的影響，效（xiào）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（zhèn）動，通過磨料懸浮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置於超聲波場中，依（yī）靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

流體拋（pāo）光是（shì）依靠流動（dòng）的液體及其（qí）攜帶的磨粒（lì）衝刷工件表麵達到拋光的目的。流（liú）體動力研磨是由液壓驅動，介質主要采用在較低壓力（lì）下（xià）流過（guò）性好的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料製成，磨料（liào）可采用碳化（huà）矽粉末。

磁研磨拋光

磁研（yán）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（fāng）法加工效率高，質量好，加工條件容易（yì）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以上工件的拋光速度，采用超聲波與專用的（de）高頻窄脈衝高峰（fēng）值電流的脈衝（chōng）電源進行複合拋光（guāng），由超（chāo）聲振動和電脈衝的腐蝕同時作用（yòng）於工件表麵，迅速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的（de）工藝過程（chéng）

粗（cū）拋

精銑、電火花加工（gōng）、磨削等工藝後的表麵可以選擇轉（zhuǎn）速在35 000～40 000 r/min的旋（xuán）轉表麵拋光機進行拋光。然後是手工油石研磨（mó），條狀油石加煤油作為（wéi）潤滑劑或冷卻劑。使用順（shùn）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（shù）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（jù）鋼(52 HRC以上)，而不適用於預硬（yìng）鋼，因為這樣可能會導致預硬鋼件表（biǎo）麵損傷，無法達到預期拋光效果。

精拋

精拋主要使用鑽（zuàn）石研磨膏。若用拋光（guāng）布輪混合（hé）鑽石（shí）研磨粉或研磨膏進行研磨，則通（tōng）常的研磨順序（xù）是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石研磨（mó）膏和拋（pāo）光布輪可用來去除1 200#和1 50 0#號砂紙留下的發狀磨痕。

4、珩磨

在對零件（jiàn）加工的過程（chéng）中，會使用到多種工藝（yì），其中珩磨加工（gōng）是對孔進行精整加工的一種加工方（fāng）式。

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

3.1珩磨原（yuán）理

珩磨是利用安（ān）裝於珩磨頭圓周上的（de）一（yī）條或多（duō）條油石，由漲開機構將油（yóu）石沿徑向（xiàng）漲（zhǎng）開，使其壓向工件孔壁，以便產生一定（dìng）的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往（wǎng）複運（yùn）動（dòng）。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。

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

3.2珩磨加工的特點：

加工精度高：特別是一些中小型通孔，圓柱（zhù）度能達（dá）到0.001mm

表麵質量（liàng）好：表麵為交叉網紋，有利於潤滑油的存儲及油膜的保持。

加工範圍廣：主要加工各（gè）種圓柱（zhù）形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的孔（kǒng）

切（qiē）削餘量少。

糾孔能（néng）力強：采用珩磨加工工（gōng）藝可（kě）以通過去除最（zuì）少加工餘量而（ér）極大地改善孔和外圓的尺寸（cùn）精度、圓度、直線度、圓柱度（dù）和表麵粗糙度（dù）。

3.3珩磨的（de）切削過程

定壓進給珩磨

定壓進給中，進給機構以恒定的壓（yā）力壓向孔壁，分三個階段。

第一個階段（duàn）是脫落切削階段，這種定壓珩磨，開始時由於（yú）孔（kǒng）壁粗糙，油石與孔壁接觸麵積很小，接（jiē）觸（chù）壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表麵（miàn）因接（jiē）觸壓力（lì）大，加上切屑對（duì）油石（shí）粘結劑的磨耗（hào），使磨粒與粘結劑的結合強（qiáng）度下（xià）降，因而有的磨粒在切削（xuē）壓力的作用下自（zì）行（háng）脫落，油石麵即露出新磨粒，此（cǐ）即油（yóu）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（chù）麵積越來越大，單位（wèi）麵積的接觸壓力下降，切削效率降低。同時切下的切屑小而（ér）細，這些切屑對（duì）粘結劑的磨耗也很小。

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

第三階段為堵塞切削（xuē）階段，繼（jì）續珩磨時油石和孔表麵的接觸（chù）麵（miàn）積越來越大，極細的切屑（xiè）堆積於（yú）油石與孔壁（bì）之間不易排除，造成油石堵塞，變得很光滑（huá）。因此油石切削能力極低，相（xiàng）當於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘（zhān）結性堵塞時，油石完全失去切削能力並嚴（yán）重發熱，孔的精度和表（biǎo）麵粗糙度均會受到影響。此時應盡快結束珩磨。

定量進給珩磨

定（dìng）量進給珩磨時，進給（gěi）機構以恒定的速度擴張進給，使（shǐ）磨粒強製性地切入工件。因此珩磨過程隻存（cún）在脫落切削和（hé）破碎切削，不可能產生堵塞切削現象。

因為當油石產（chǎn）生堵塞切削力下降時，進給量大於實際磨削量，此時珩（héng）磨（mó）壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎（suì），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（hòu）可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（héng）磨，當油石進入（rù）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（gěi）珩磨，提高孔的精度和表麵粗（cū）糙度。