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(AFM)工（gōng）藝是理想的拋光和去毛刺方法，特別是對於複雜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（shì）紀60年代，是一種區別（bié）於（yú）傳（chuán）統機械加（jiā）工的光（guāng）整加工方法（fǎ）。利用具有一定黏性的流（liú）動磨料介質，在一定壓力作用下，通過（guò）引（yǐn）導流過工件的待加（jiā）工表麵，磨料對材料形成擠（jǐ）壓並進行微量去除，可以達到去除毛刺飛（fēi）邊、孔口倒圓等加工效果，重要的是（shì）可以降低（dī）待加工表麵的粗糙度值，實現光整加工目的。得益於塑（sù）性極強的磨（mó）料，這種加（jiā）工技術幾乎可（kě）以（yǐ）對任意形狀的（de）表麵進行光整加工，尤其是針對（duì）難以加工的複雜內腔表麵，能取得較好的光整加工效（xiào）果，近年來這（zhè）種（zhǒng）技術在航空、航天、汽車和模具等行業得到了（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，就是一種通過半流（liú）體介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（gōng）件。磨粒流拋光工藝包（bāo）含三個核（hé）心要素，即軟磨料、夾具（jù）與PLC係統：

軟磨（mó）料

　　軟磨料是由非常細小的（de）硬質顆粒，混合相關液（yè）體，調製而成的半流體狀態的介質，磨（mó）料顆粒的大小、硬度，以及半（bàn）流體的粘稠度、遇熱後是否會黏（nián）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（tàn）化矽、白（bái）剛玉、金剛石等，根據各自的硬度，對應不同材質的工件。例如鋁製品、銅製（zhì）品工件，選用碳（tàn）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（qù）毛刺的效率。一（yī）來，一款（kuǎn）夾具上可（kě）以同時夾（jiá）持（chí）多個工件，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（yún）受力，而不致於使工件壓傷（shāng）。

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、規範，既可（kě）以讓操作人員更快上手，減（jiǎn）少培訓磨合（hé）時間，又可以減少設備故障率，延長設備使用壽命。

1.2磨（mó）粒流特點

(一)可加工內腔複雜的零件

(二（èr）)均勻性和（hé）重複（fù）性好

(三)可實現自動化生產

(四)生產效率高

(五)可控性及可預測性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨料或敷塗磨料並添加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使工件（jiàn）和研（yán）具接觸並做（zuò）相對運動，通過磨料（liào）作用，從工件表麵切去一層極（jí）薄的切屑，使工件具有精確的尺寸、準確的幾何（hé）形（xíng）狀和很高的表麵粗糙度，這種對工件表麵進行最終精密加工（gōng）的方法，叫（jiào）做研磨。

1.1研磨的種類

濕研將液狀（zhuàng）研磨劑塗敷或連續加（jiā）注於研具表麵，使磨（mó）料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不（bú）斷地滑動與滾（gǔn）動（dòng），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（miàn）塗以（yǐ）少（shǎo）量（liàng）的潤滑劑。幹研多用於精研。

半幹研所用研（yán）磨劑為糊狀的研（yán）磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的特（tè）點（diǎn）及應用範圍

設備簡單，精度要求高（gāo）。

加工質（zhì）量可靠。可獲得很高的精度和很低的Ra值。但一般不能提高加工麵與其他（tā）表麵之間（jiān）的位置精度。

可加工（gōng）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（yán）磨廣泛用於單件小（xiǎo）批生產中加工（gōng）各種（zhǒng）高精度型麵，並可用（yòng）於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的實質是用遊離的磨（mó）粒通過研具對工件表麵進行包括物理（lǐ）和化學（xué）綜合作用的微量切前，其速度很低（dī），壓力很小，經過研（yán）磨（mó）的（de）工（gōng）件可獲（huò）得0.001mm以（yǐ）內的尺寸誤（wù）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（zhuàng）精度和一些位置精（jīng）度也可進一步提高。 

盡管研磨已廣泛應用於機械加工中，並且獲得了最佳的工藝效果,但人（rén）們對研磨過程的機理有多種（zhǒng）觀（guān）點。

純切削說

這種觀點認為:研磨和（hé）磨（mó）削一樣，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表麵不斷切（qiē）削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和（hé）擠壓作用,形成無數條切痕（hén）重疊、互相交錯、互相抵消的加工（gōng）麵（miàn）。它與磨削的差別（bié）隻是磨粒顆粒較細（xì），切削（xuē）運動不盡相同而已。這種觀點在實際過程中可以解釋許多（duō）現象，也能指導工作。例如（rú），研磨過程中使用的磨料粒度一（yī）序比一序細，而獲（huò）得的精度則（zé）一序比（bǐ）一序高（gāo）。但這種觀點解釋不了用軟磨料加工硬材料，用大顆粒磨粒卻能加工出低粗糙度表麵的實（shí）例，顯然這種觀點不全麵。

塑性變形（xíng）說

這種觀點認為在研磨時，表麵發生了級性（xìng）變形。即在工件與研具表（biǎo）麵接觸運動中，粗糙高凸（tū）的部位在摩擦、擠壓作用（yòng）下被“壓平”，填充了低四處，而（ér）後形成極低的（de）表麵粗糖度。住然而在研磨（mó）極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性變形是有可能的;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（qián）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過程。工件表麵活性（xìng）物質在化學作用下，很快就形成了（le）一層化合物薄膜;這層薄膜具有化學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨過程就是工件表麵高凸部位形成的化合物薄（báo）膜不（bú）斷被除掉又很快形成的過程,最後獲得較低的表（biǎo）麵粗（cū）糙度。然而，顯微分析表明（míng），經研磨的表層約有微米程度的破壞層。這說明研磨不僅是磨料去除化合物薄膜的不斷形成過程，並且對表麵層有切削作（zuò）用，而化學作用則加速了研磨過程。顯然化（huà）學作用說也不全麵。

綜上所述，研（yán）磨過程不可能由一（yī）種觀點來解釋。事實上，研磨是磨粒對（duì）工件表麵的切（qiē）削、活性物質的化學作（zuò）用及工件表麵擠壓（yā）變（biàn）形等綜合作用的結果。某一作用的主（zhǔ）次程度取決（jué）於（yú）加工性質及加工過程的進展階段。

2、拋光

拋光是指利用機械（xiè）、化學或電化學的作用，降低工（gōng）件（jiàn）表麵粗糙度，獲得光亮、平整表（biǎo）麵的加工方法。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飾加工。

2.1拋光的分（fèn）類

機（jī）械拋光

機械拋光是靠（kào）切削或使材料表麵發生塑性變形而去掉工件表麵凸出（chū）部得到平滑麵的拋光方（fāng）法，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，表麵質（zhì）量要求（qiú）高（gāo）的可采用超精（jīng）研拋的方法。超精研拋是采用特製的磨（mó）具，在含有（yǒu）磨料的（de）研拋液中，緊壓在工件被加工表麵（miàn）上（shàng），作高（gāo）速旋轉（zhuǎn）運動。利用該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是各種拋光方法中表麵粗（cū）糙度最好的。光學鏡（jìng）片模具常采用這種方法。

化學拋光

化（huà）學拋光是材料在化學介質中讓表麵微觀（guān）凸出的部分較凹部分優先溶解，從而（ér）得到平滑麵。該方法可以（yǐ）拋光形狀複（fù）雜的工件，可以同時拋光很（hěn）多工件，效率高。化（huà）學拋光得到的表麵粗（cū）糙度一般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理與化學拋光相同，即靠（kào）選擇性溶解材料表麵微小凸出部分（fèn），使表麵光（guāng）滑。與化學拋光（guāng）相比，它可消除（chú）陰極反應的影響，效果較好。

超聲波拋光

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

流（liú）體拋光

流體拋光是依靠流動的液體及（jí）其（qí）攜帶的（de）磨粒衝（chōng）刷工（gōng）件表麵達到拋光的目的。流體動力研磨（mó）是由液壓驅動，介質主（zhǔ）要采用（yòng）在較低壓力下流過（guò）性好的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料製（zhì）成，磨料可采用碳化（huà）矽粉末。

磁研磨拋光

磁研磨拋光（guāng）是利用磁（cí）性磨料（liào）在（zài）磁場作用下形（xíng）成磨料（liào）刷，對工（gōng）件磨削加工。這種方法加工（gōng）效率高（gāo），質量好，加工條件容易控製。。

電火花超聲複合拋光

為（wéi）了提高表麵粗糙度Ra為1.6 μm以上工件的拋光速度，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（chāo）聲振動和電脈（mò）衝的腐蝕同時作用於工件表麵，迅速（sù）降低（dī）其表麵粗糙度（dù）。

2.2拋（pāo）光的工藝過程

粗拋

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

半精拋

半精拋主要使（shǐ）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（shàng）#1 500砂紙隻用適於淬（cuì）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（yìng）鋼件表麵損傷，無（wú）法（fǎ）達到預期拋光效果。

精拋

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

4、珩磨

在對零件加工的過程中，會使用到多（duō）種工藝，其（qí）中珩磨（mó）加（jiā）工是對孔進行精整加工的一種加工方式。

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條或多條油石（shí），由漲開機構（gòu）將油（yóu）石沿徑向漲（zhǎng）開，使其壓向工件孔壁，以便產生一定的接觸麵（miàn）。同時珩磨頭旋轉和往複運（yùn）動（dòng）。零件不動；或者珩（héng）磨頭（tóu）隻做旋轉運動，工件往複運動，從而實現珩磨。

珩磨（mó）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珩磨加工的特點：

加工精度高：特別是一些中小型通（tōng）孔，圓柱度能達到（dào）0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉（chā）網紋，有利於潤滑（huá）油的存儲及油膜的保（bǎo）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（qiē）削餘量少。

糾（jiū）孔能力強：采用珩磨加工工藝可以通過去除最少加工餘量而極（jí）大地改善孔和外圓的（de）尺寸精度、圓度、直線度（dù）、圓柱度和表麵粗糙度（dù）。

3.3珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓進給中，進給機構以恒定的壓力壓（yā）向孔壁，分三個階段。

第一（yī）個（gè）階段（duàn）是脫落切削階段，這種定壓珩磨，開始時由（yóu）於孔壁粗糙，油石（shí）與孔壁接觸麵積很（hěn）小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油（yóu）石表麵因（yīn）接觸壓力大，加上切屑對油（yóu）石粘結劑的（de）磨耗，使磨粒（lì）與粘結劑的結合強度下降，因而有（yǒu）的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落，油石麵即露出（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（miàn）越來（lái）越光，與（yǔ）油石接觸麵積越來（lái）越大，單位麵積的接觸壓力下（xià）降，切削效率降低。同時切下的切（qiē）屑小而細，這些切屑（xiè）對（duì）粘結劑的磨（mó）耗也很小。

因此（cǐ），油石磨粒脫落（luò）很少，此時（shí）磨（mó）削不是靠新磨粒，而是由磨粒尖端（duān）切削。因而磨（mó）粒尖（jiān）端負荷很大，磨粒易破裂、崩碎而形成新（xīn）的切削刃。

第三階段為堵塞切削階段，繼續珩磨時油石和孔（kǒng）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，造成油石（shí）堵塞，變得很光（guāng）滑。因此（cǐ）油石切削能力（lì）極低，相當（dāng）於拋光。若繼（jì）續珩磨，油石堵塞嚴重而（ér）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（kǒng）的（de）精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡快結束珩（héng）磨（mó）。

定量進給珩磨

定量進給珩磨時，進給機構以恒定的速度擴張進給，使磨粒強製性地切入工件。因此珩磨過程（chéng）隻存（cún）在（zài）脫落切削和破（pò）碎切削，不可能（néng）產生堵塞切削現象。

因為（wéi）當油石產生堵塞切削力下降時，進給量大於實際（jì）磨削量，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，最後可用不進給珩磨一定時間。

定壓－－定量進（jìn）給珩磨

開（kāi）始時以定壓（yā）進給珩磨，當油石進（jìn）入堵塞切削階段時，轉換為定量（liàng）進給珩磨，以提高（gāo）效率。最後可用不進給（gěi）珩磨，提高孔的精度和表麵粗糙度。