磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝（yì）

磨（mó）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（zá）的內部形狀和有挑戰的表麵加工（gōng）要（yào）求。

磨粒流加工（gōng）技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠（jǐ）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（gōng）的光整（zhěng）加工方法。利用具有一定黏性的流動磨料介質，在一定壓（yā）力作用下（xià），通過（guò）引導流過工件的待加工表麵，磨料對（duì）材料形成擠壓並進（jìn）行（háng）微量去除，可以達（dá）到去除毛刺飛邊、孔口倒圓等加工效果，重要（yào）的（de）是可以降低待加工表麵（miàn）的粗糙度值，實現光整加（jiā）工目的。得益於塑性極強的磨料，這種加工技術（shù）幾乎可以對任意形狀的表麵進（jìn）行光整加工，尤其是針對難以加工的複雜內腔表麵，能取得較好的光整加工效果，近年來這種技術在航（háng）空、航天、汽車和模具等行業得到（dào）了（le）廣泛應用。

1—活（huó）塞　2—工件（jiàn）　3—夾具　4—缸體

1.1工（gōng）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。磨粒流拋光工藝包含三個核心要素，即（jí）軟磨料（liào）、夾具與PLC係統：

軟磨料

　　軟磨料是（shì）由非常細（xì）小的（de）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（kē）粒的大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱（rè）後是否會黏貼工件，是影響拋光去毛刺質量（liàng）的（de）關鍵。磨料通常選材有碳化矽、白剛玉、金剛石等，根據各自的硬度，對應不同材質的（de）工件。例如（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（jīn）鋼，選用白剛玉（yù）或金剛石更為合適。

工（gōng）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（tóng）時夾持多個工件，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（tíng）機時間（jiān）。

工裝夾具設計（jì）的（de）關鍵在於，在提升效（xiào）率的前提下，如何保持工件均勻受力，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中心，PLC係統設計地簡潔、規範，既可以讓操作人（rén）員（yuán）更快上手，減少培訓磨合時間，又（yòu）可以減少設備故障率，延長（zhǎng）設備使用壽命。

1.2磨粒流特點

(一)可加工內腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性（xìng）好

(三)可實現自動化生產（chǎn）

(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（liào）或敷塗磨料並添加潤（rùn）滑劑,在一定的壓力作用下（xià），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（de）幾何形狀和很高的表麵粗（cū）糙度，這種對工件表麵進行（háng）最終精密加工的方法，叫（jiào）做研磨。

1.1研磨（mó）的種（zhǒng）類

濕研將液狀研磨劑塗（tú）敷或連續加注於研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不斷地滑動與滾動，從而實現對工件的切削。濕研應用（yòng）較多。

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

半幹研所（suǒ）用研磨劑為糊狀的研磨（mó）膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的特點（diǎn）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（jīng）度和很（hěn）低的Ra值。但一般不能提高加工麵與其（qí）他表麵之間的位置精度。

可加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁（lǚ）及其合金、硬質合金、陶瓷、玻（bō）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（jīng）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（jù）對工件表麵進行包括物（wù）理和化學綜合作用的微量（liàng）切前，其速度很低，壓力很小，經過研（yán）磨的工件可獲得0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗糙（cāo）度一般能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表麵幾何（hé）形狀精度和一（yī）些位置精度也可進一步（bù）提高。 

盡管研磨已（yǐ）廣泛應用（yòng）於機械加工中，並且獲得了（le）最佳的工藝效果,但人們對研磨（mó）過程的（de）機理有多種觀點（diǎn）。

純切削說（shuō）

這種觀點認為:研磨和磨削一樣，是一（yī）種純切削（xuē）過程。最終精度的獲得（dé）是由（yóu）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（yā）作用,形成無數條切痕重疊、互相交錯、互相抵（dǐ）消的（de）加工麵。它（tā）與磨削的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動（dòng）不盡相同而（ér）已。這種（zhǒng）觀點在實際過（guò）程中可以解釋許多（duō）現象，也能指導工（gōng）作（zuò）。例如，研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度（dù）則一序比一序高。但這種（zhǒng）觀點解釋不（bú）了用軟磨料加工硬材料，用大顆粒磨（mó）粒卻能加工出低粗糙度表麵的實例，顯然這種觀（guān）點不全麵。

塑性（xìng）變形說

這種觀點認為（wéi）在研磨時，表麵發生了級性變形。即在工（gōng）件與研（yán）具表麵接觸運動中，粗糙（cāo）高凸的部位（wèi）在摩擦、擠壓作用下被“壓（yā）平”，填充了低四處，而後形成極低的表麵粗糖度。住然而在（zài）研磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性（xìng）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（shí）際上（shàng），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過程。工件表麵活性物質在化學作用下，很快就形成（chéng）了一層化合物薄膜;這層薄（báo）膜具有化學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨（mó）過程就是工件表麵高凸部位形成（chéng）的化合物薄膜（mó）不斷被除掉又很快形成的過程,最（zuì）後獲得（dé）較低的表麵（miàn）粗糙度。然而，顯微分析（xī）表明，經研磨的表層約有微米程度的破壞層。這說明研磨不僅是（shì）磨（mó）料去除化合物薄（báo）膜的不斷形成過程，並且對表麵（miàn）層有（yǒu）切削作用，而化學作用則加速了研磨過程（chéng）。顯然化學作用說（shuō）也不全麵。

綜上所述（shù），研磨過程不可能由一種觀點來解釋（shì）。事實上，研磨是磨粒對（duì）工件表麵的切削、活性物質（zhì）的化學作用及工件表麵擠壓變形等綜合作用的結果。某（mǒu）一作（zuò）用的主（zhǔ）次（cì）程度取決於加工性質及加工過程的進（jìn）展階段。

2、拋光（guāng）

拋光是指利用機械、化學或電化學的作用，降低工件表麵粗（cū）糙度，獲得光亮、平整（zhěng）表麵的加工（gōng）方法。主要是利用拋光工具和磨料顆粒等（děng）對工（gōng）件（jiàn）表麵進行的（de）修（xiū）飾加工（gōng）。

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塑性變形（xíng）而去掉工件表麵凸出部得到平滑麵的拋光方法，一般使（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（kě）采用超精研拋（pāo）的方法。超精研拋是采（cǎi）用特製的磨具，在含有磨料的研拋（pāo）液中，緊壓在工件（jiàn）被加工表麵上，作高速旋轉運動。利用該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是各種拋光方法（fǎ）中（zhōng）表麵粗糙度最好的。光（guāng）學鏡片模具常采用這種方法。

化（huà）學（xué）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（yōu）先（xiān）溶解，從而（ér）得到平滑麵。該方法可以拋光形狀複雜的工件（jiàn），可以同時拋光很多工（gōng）件，效率高。化學拋（pāo）光得到的表麵粗糙度（dù）一般為Ra10 μm。

電解拋光

電（diàn）解拋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凸出部分，使（shǐ）表麵（miàn）光滑。與（yǔ）化學拋光相比，它（tā）可消除陰極反應的影響，效果較好。

超聲波拋（pāo）光（guāng）

超聲拋光是利用工具斷麵作超（chāo）聲波振動，通過磨料懸（xuán）浮液（yè）拋光脆（cuì）硬材料的一種加工方（fāng）法。將工件放入磨料懸浮液中並一起置於超聲波場中，依靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工件（jiàn）表麵磨（mó）削拋光（guāng）。

流體拋光

流體拋（pāo）光是依靠流動的液體（tǐ）及其攜帶的磨粒衝刷（shuā）工件表麵達（dá）到拋光的目的。流體動力（lì）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（jù）合物狀物質（zhì）)並摻入磨料製成，磨料可（kě）采用碳化矽粉末。

磁研磨（mó）拋光（guāng）

磁（cí）研磨拋光是利用磁性磨料在磁場作用下形成磨料（liào）刷，對工件磨（mó）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（fù）合拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為（wéi）1.6 μm以上工件的（de）拋光速度，采用超聲波與（yǔ）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（mò）衝的腐蝕（shí）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（chéng）

粗拋

精銑（xǐ）、電火花加工（gōng）、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（yóu）石研磨，條狀油石加（jiā）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

半精拋主要使用砂（shā）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（de）模具鋼(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。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨膏（gāo）。若（ruò）用拋光布輪（lún）混合鑽石研磨粉或研磨膏進行研磨，則通常的研磨順序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石（shí）研磨膏和拋光布輪可用來去除1 200#和1 50 0#號（hào）砂紙留下（xià）的發狀磨（mó）痕。

4、珩磨

在對（duì）零件加工的過程中，會（huì）使用到多種工藝，其中珩磨加工（gōng）是對孔進行精（jīng）整加工的一種加工（gōng）方式。

珩磨工藝是一種以被加工麵為導向，在一定（dìng）進給壓力下（xià），通過（guò）工具和零件的相（xiàng）對運動（dòng）去除加工餘量（liàng），其（qí）切（qiē）削軌跡為（wéi）交叉（chā）網紋（wén）的（de）精孔加工工藝。

3.1珩磨原理（lǐ）

珩磨是利用安裝於（yú）珩磨頭（tóu）圓（yuán）周上的一條或多條油石，由漲開機構將（jiāng）油石沿徑向漲開，使其壓向工件（jiàn）孔（kǒng）壁，以便產生（shēng）一定（dìng）的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往複運動。零件不動；或者珩磨頭（tóu）隻做旋轉運動，工件往複運動，從而實現珩磨。

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

3.2珩磨加工（gōng）的（de）特點：

加工精度高：特別是一些中小型通孔（kǒng），圓柱度能達到0.001mm

表麵質量好（hǎo）：表麵為交叉網紋，有利於（yú）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。

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

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力壓向孔壁，分三個階段。

第（dì）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，油石與孔壁（bì）接觸麵（miàn）積很小，接觸壓力大，孔壁的凸（tū）出部分很（hěn）快被磨去。而（ér）油石表麵（miàn）因接觸壓力大，加上切（qiē）屑對油石粘結劑的磨耗，使磨粒與（yǔ）粘結劑的結合強度下降，因而有的（de）磨粒在切削壓（yā）力的作用下自行脫落，油石麵即露出新磨粒（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，與油石接觸麵積越來越大（dà），單位麵（miàn）積的接（jiē）觸壓力下降，切削效率降低。同時切下的切屑小而細，這些（xiē）切屑（xiè）對粘結劑的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落（luò）很（hěn）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（jiān）端負荷很大，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（miàn）的接觸麵積越來（lái）越大，極細的切屑堆積（jī）於油石與孔壁之（zhī）間不易排除，造成油石堵塞，變（biàn）得很光滑。因此油石切削能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨（mó），油石堵（dǔ）塞（sāi）嚴重而產生粘結（jié）性堵塞（sāi）時，油石完全（quán）失去切（qiē）削能力並（bìng）嚴（yán）重發熱，孔的精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡快結束珩（héng）磨。

定量進給珩磨（mó）

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（zhì）性地切入工件。因此珩磨過程隻存（cún）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（lì）下降時，進給量大於實際磨削量，此（cǐ）時珩磨壓力增高，從而使（shǐ）磨粒脫落、破碎，切削作用增強。

用此（cǐ）種方法珩磨時，為了提高孔精度和表麵粗糙度（dù），最後可用不進給（gěi）珩磨一定時間（jiān）。

定壓－－定量進給（gěi）珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當（dāng）油石進入堵塞（sāi）切削（xuē）階段時，轉換為定量進給珩磨，以提高效率。最後可用不進給珩磨，提高孔的精度和表麵粗糙度（dù）。