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（liú）加工（gōng）(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形狀和有挑戰的表麵（miàn）加工要求。

磨粒流（liú）加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為（wéi）擠壓（yā）珩磨技術，起（qǐ）源於20世紀60年代（dài），是一種（zhǒng）區別於傳統機械加工的光整加（jiā）工方法。利用具有一定（dìng）黏性的流動磨料介質，在一定壓力作用下，通過引（yǐn）導流過工件的待加工表麵，磨料對（duì）材料形成擠壓並進行微量（liàng）去除，可以達到去除毛刺飛邊、孔口倒圓等加工效果，重（chóng）要的是可以降低待加工表麵的粗糙度值，實現光整加工目的。得益於塑性極強（qiáng）的磨料，這種加工技術（shù）幾（jǐ）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（qǔ）得較好的光整加工效果（guǒ），近年來這種技術（shù）在航空、航天、汽車和模具等行業得到了廣泛應用。

1—活（huó）塞（sāi）　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係統

磨粒流，簡單來說，就是一種通過半流體（tǐ）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件。磨粒（lì）流拋光工藝包含三（sān）個核心要素，即軟磨（mó）料、夾具與PLC係統：

軟磨料

　　軟（ruǎn）磨料是（shì）由（yóu）非（fēi）常細（xì）小（xiǎo）的硬質顆粒（lì），混（hún）合相關液體，調製而成的半流體狀態的介質，磨料顆粒的（de）大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱後是否會黏貼工件，是影響拋光去毛刺質量的關鍵。磨（mó）料通常選材有碳化矽、白剛玉、金剛石等，根據各自的硬度，對應（yīng）不同材質的工件。例（lì）如鋁製品、銅製品工件，選用碳化矽磨料即可。而硬度（dù）較高（gāo）的鎢（wū）鋼、合金鋼，選用白剛玉或金剛石（shí）更為合適。

工裝夾具

選用夾具的原因是，為了提高工件（jiàn）拋光去毛刺的效（xiào）率。一來，一款夾具上可以同時夾持多個工（gōng）件，一次性（xìng）加工。二來（lái），使用工裝夾具（jù）後，退模換工件時，不必每次校準，大大減少（shǎo）了停機時間。

工裝夾具設計（jì）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（lì），而不致於使工件壓傷。

PLC係統

　　PLC係統是整（zhěng）個磨粒流設（shè）備的（de）控製中心，PLC係統設（shè）計地簡潔、規範，既可以讓操作（zuò）人員更快上手，減（jiǎn）少培訓磨合時間，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）加工內腔複雜（zá）的零件

(二)均勻（yún）性和重複性（xìng）好

(三)可實現自動化生產

(四)生（shēng）產（chǎn）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（mó）是將研（yán）磨工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨料（liào）或敷塗磨料並添加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使（shǐ）工件和（hé）研具（jù）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（báo）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（cāo）度，這種對工件表（biǎo）麵進（jìn）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（yán）具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的（de）產（chǎn）品與研具（jù）間不斷地滑動與（yǔ）滾動，從而（ér）實現對工（gōng）件的（de）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（huá）劑。幹研多用於精研。

半幹研所用研磨（mó）劑為糊狀的（de）研磨膏，粗、精研均可采用（yòng）。

1.2研磨（mó）的特點及（jí）應用範圍（wéi）

設備（bèi）簡單，精度要求（qiú）高。

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

可加工各（gè）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。

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

1.3研磨機理

研磨的實（shí）質是用遊離（lí）的磨粒通過研具對（duì）工（gōng）件表麵進行包括物理和化學（xué）綜合作用的微量切前，其速度很低，壓力很小，經過研磨的工件可獲得0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗糙度一般（bān）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。 

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

純切削說

這種觀點認為:研磨和磨削一樣（yàng），是一（yī）種純切削（xuē）過程。最終精度的獲得是由很多微（wēi）小的硬磨粒對（duì）工件表麵不斷切削，靠磨粒的尖劈、衝擊（jī）、刮（guā）削和擠壓作用,形成無數條切痕重疊、互相交錯、互相抵消的加工麵。它與磨削的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動（dòng）不盡相同而已。這種觀點在實際過程（chéng）中可以解釋許多現象，也能指導工作（zuò）。例如，研磨過程中（zhōng）使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則（zé）一序比一（yī）序高。但這種（zhǒng）觀點解（jiě）釋不了用軟磨料加工（gōng）硬材料，用大顆粒磨粒卻能加工出低粗糙度表麵的實例，顯然這種觀點（diǎn）不全麵。

塑性變形說（shuō）

這種觀點認為在研磨時，表麵發生（shēng）了級性變形。即在（zài）工件與研具表麵接觸運動中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠壓作（zuò）用下被“壓平”，填（tián）充了（le）低四處，而（ér）後（hòu）形（xíng）成極低的表麵（miàn）粗糖度。住然而在研磨極軟材料(如鉛、錫等（děng）)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（xué）玻璃)時，則很難解釋為塑性變形。實際上，工件在研磨前後有（yǒu）質量變化，這（zhè）說明不是簡單的壓平過（guò）程。

化學作用說（shuō）

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（xià），很快就形成了一層化合物薄膜;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（shì）工（gōng）件表麵高凸部位（wèi）形成（chéng）的化（huà）合物薄膜不斷被除掉（diào）又很快形成的過程,最（zuì）後獲得較低的表麵粗糙度。然而，顯微分析表明，經研磨的表層約有微米程度的破（pò）壞層。這說明研磨不僅是磨料去除化合物薄（báo）膜的不斷形成過（guò）程，並且對表麵層有切削作用，而（ér）化學作用則加速（sù）了研磨過程。顯然化學作用說也不全麵。

綜上所述，研磨過程不可能由（yóu）一種觀點來解釋。事實上，研磨是磨粒對工件表麵（miàn）的切削、活（huó）性物質的化學作用及（jí）工件（jiàn）表麵擠壓變形等綜合作用的結（jié）果。某（mǒu）一作用的主次程度取決於加工性（xìng）質及加（jiā）工（gōng）過程的進展階（jiē）段。

2、拋光

拋光是（shì）指利用機械、化學或電化學的作用，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和磨料顆（kē）粒等對工件（jiàn）表麵進行的（de）修（xiū）飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械拋光是靠切削或使材料表麵發生（shēng）塑性（xìng）變形而去掉工件表麵（miàn）凸出部得到平滑麵的拋光方（fāng）法，一（yī）般使（shǐ）用油石條、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（fāng）法。超精研拋是采用特製的磨具，在含有磨（mó）料的研拋液中，緊壓在工件被加工表麵上，作（zuò）高速旋轉運動（dòng）。利（lì）用該（gāi）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糙度（dù）最好的。光（guāng）學鏡片模具常采用這（zhè）種方法。

化學拋光

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（fèn）優先溶解，從而（ér）得到平滑麵。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（dào）的表麵粗糙（cāo）度一般為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（liào）表（biǎo）麵微小凸出部分，使表麵光滑。與化學拋光（guāng）相比，它可消除陰極反應的影響，效果較好。

超（chāo）聲波拋光

超聲（shēng）拋光是（shì）利用工（gōng）具斷麵作超聲波振動，通（tōng）過磨（mó）料懸浮液拋光脆硬材料的一種加工方法。將工件放入（rù）磨料懸浮液中（zhōng）並一起置於超聲波場中，依靠超聲波的振（zhèn）蕩作用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

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

磁研磨拋光

磁研磨拋光是利用磁性磨料在磁（cí）場作（zuò）用下形成磨料刷，對工件磨削加（jiā）工。這種方法加工效率高，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（dù）Ra為1.6 μm以上工件的拋光速度，采用超聲波（bō）與專用的高頻窄脈衝高峰值（zhí）電流（liú）的脈衝電源進（jìn）行（háng）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（sù）降低其表麵粗糙（cāo）度。

2.2拋光（guāng）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（pāo）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（shàng）#1 500砂紙隻用適於淬硬的模具鋼(52 HRC以上)，而不適用於（yú）預硬鋼，因（yīn）為這樣可能會導致預硬鋼（gāng）件表麵（miàn）損傷，無法達到預期拋光效果。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨膏。若用拋（pāo）光布輪混（hún）合鑽（zuàn）石研磨粉或（huò）研磨（mó）膏進行研（yán）磨，則通（tōng）常的研（yán）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用來去除（chú）1 200#和1 50 0#號砂紙留下（xià）的發狀（zhuàng）磨痕。

4、珩磨

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

珩磨工藝是一種以被加工麵為導向，在（zài）一定進給壓力下，通過工具和（hé）零件的相（xiàng）對運動去除加工餘量，其切削（xuē）軌跡為交叉網紋的精孔加工工藝。

3.1珩（héng）磨原理

珩磨是（shì）利用安裝於珩磨頭圓周上的一條或多條油石（shí），由漲開機構將油（yóu）石沿徑（jìng）向漲開（kāi），使（shǐ）其壓向工（gōng）件孔壁，以便（biàn）產生一定的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往複運動。零件不動；或者（zhě）珩磨頭隻做旋（xuán）轉運動，工件往複運動，從（cóng）而實現珩磨。

珩磨的（de）切削有（yǒu）三種模式：定壓進給珩磨、定（dìng）量進給（gěi）珩磨、定壓-定量（liàng）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（xiǎo）型通孔，圓柱度（dù）能達到0.001mm

表麵質量好：表麵（miàn）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：主要加工各種（zhǒng）圓柱形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的孔

切削餘量少（shǎo）。

糾孔（kǒng）能（néng）力（lì）強：采用珩磨加工工藝（yì）可以通過去（qù）除最少（shǎo）加工餘量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度（dù）、圓柱度和表麵粗糙度。

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（lì）壓向（xiàng）孔壁，分三個階段。

第一個（gè）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（kǒng）壁接觸麵積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表麵因接觸（chù）壓力大，加上切屑對油石粘結劑（jì）的磨耗，使磨粒與粘結劑的結合強度下降，因而有的磨粒在切削壓力的作用下自（zì）行脫落，油石（shí）麵即露出新磨粒（lì），此即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩磨的進行，孔表麵越來越光，與（yǔ）油石接觸麵積越來越大，單位麵積的接觸壓力下降，切削效率降低（dī）。同（tóng）時切下的切屑小而細，這些切屑（xiè）對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（xīn）磨（mó）粒，而是由磨粒尖端切削（xuē）。因而磨（mó）粒尖端負（fù）荷很大，磨粒易破（pò）裂、崩碎而形（xíng）成新的切削刃。

第三階段為堵塞切削階段，繼續珩磨時油石和孔表麵的接觸麵積越來越大（dà），極細的（de）切屑堆積於油石與孔壁之間不易排除（chú），造（zào）成油石堵塞，變得很光滑。因此（cǐ）油石切削能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨（mó），油石堵塞嚴重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（dù）和（hé）表麵（miàn）粗糙度均會受到影響。此時（shí）應（yīng）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（gòu）以恒定的速度擴張進（jìn）給，使磨粒強製性地切入工（gōng）件。因（yīn）此珩磨過程隻存在脫落（luò）切削和破碎切削，不可能產生堵塞切削現象。

因為當油石產生堵塞切削力下降時，進給量大於實際磨削量，此時珩磨（mó）壓力（lì）增高，從而使磨粒脫落、破碎，切削作用增強（qiáng）。

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

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（jiē）段時，轉換為定量（liàng）進給珩磨，以（yǐ）提高效率（lǜ）。最後可用不進給珩磨，提高孔的精度和表麵粗糙度（dù）。