磨削之研（yán）磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝

磨料流加工(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺方（fāng）法（fǎ），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（liú）加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術，起（qǐ）源於20世（shì）紀60年代，是一（yī）種區別於傳統機械加工的光整加（jiā）工方法。利用具有一定黏性的流動磨料介（jiè）質，在一定（dìng）壓力作用下，通過引導流過（guò）工件的待加工表麵，磨料對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，重要的是可以降低待加工表麵的粗糙（cāo）度（dù）值，實現光整加工目的（de）。得益於塑性（xìng）極強的磨料，這種加工技術幾乎可以對任（rèn）意形狀的表麵進行（háng）光（guāng）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（zhè）種技術在航空、航天、汽車和模具等行業（yè）得到了廣泛應用。

1—活塞　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係（xì）統

磨粒流，簡單（dān）來說，就是一種通過半流體（tǐ）介（jiè）質進（jìn）行拋光去（qù）毛刺的工藝（yì），主要麵向內孔、以及不（bú）規則形狀的中小型工件。磨粒流拋光（guāng）工藝包含（hán）三個核心要素，即（jí）軟磨料、夾（jiá）具與PLC係統：

軟磨料

　　軟磨（mó）料是由非（fēi）常細小的硬質顆粒，混（hún）合相關液體，調製（zhì）而成的半（bàn）流體狀態的介質，磨料顆粒的大小、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（qù）毛（máo）刺質量的關鍵。磨料通（tōng）常（cháng）選材有碳化矽、白（bái）剛玉、金剛石等，根據各自的硬（yìng）度，對應不（bú）同材質的工件。例如鋁製品、銅製品工件（jiàn），選用碳化矽磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合（hé）金鋼，選用白剛玉或金剛石更（gèng）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（xiào）率。一來（lái），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，退模換工件時，不必每次校（xiào）準，大大減少了停機時間。

工裝夾具設計（jì）的關鍵在於（yú），在提升效率的前提下，如何保（bǎo）持工件均勻受（shòu）力，而不致於使工件（jiàn）壓（yā）傷。

PLC係統

　　PLC係統是整個磨粒流設（shè）備（bèi）的控製中心，PLC係統設計地簡潔、規範，既可以讓操作（zuò）人員更快上手，減少培訓磨合時間，又可以減少（shǎo）設（shè）備故障率，延（yán）長設備使用壽命。

1.2磨粒流特點

(一)可加工內腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性好（hǎo）

(三)可實現自動化生產（chǎn）

(四)生產效率（lǜ）高

(五)可控性及可預測性好

(六)加工表麵質好（hǎo）

1、研磨

研磨是將研磨工具(以（yǐ）下簡稱研具)表麵嵌人磨料或（huò）敷塗（tú）磨料並添加潤（rùn）滑劑,在一定的（de）壓力作用下，使工（gōng）件和研具接觸並（bìng）做相（xiàng）對運動，通過磨料作用，從工件表麵切去（qù）一層極薄的切屑，使工件具有精確（què）的尺寸、準確的幾（jǐ）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（xù）加注於研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品（pǐn）與研具間不斷地滑動與滾動，從而實現（xiàn）對工件的切削（xuē）。濕（shī）研應用較多。

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

半幹（gàn）研所用研磨劑（jì）為（wéi）糊狀的研磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的（de）特點及應（yīng）用範圍

設（shè）備簡單，精度（dù）要求高。

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

可（kě）加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及其（qí）合金、硬（yìng）質合金、陶瓷、玻璃及某些塑料製品等。

研磨廣泛用於單（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（zhōng）。

1.3研磨機理

研磨的實質是用遊（yóu）離的磨粒通過研（yán）具對工件表麵進行包括物理和化學綜（zōng）合作用的微量切前，其（qí）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（chà），表麵粗（cū）糙度一般能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表麵幾何（hé）形狀精度和一些位置精（jīng）度也可進一步提高。 

盡（jìn）管研磨已廣泛應用於機械加工中，並且獲得了（le）最（zuì）佳的工藝效果,但人們對研磨過程的機理有多種觀點。

純（chún）切削說

這種觀點認為:研磨和（hé）磨削（xuē）一樣，是一種純（chún）切削過程。最終精度的獲得是由很（hěn）多微小的硬磨粒對工件表麵不斷切削，靠（kào）磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作用,形成無數條切痕重疊、互相交錯、互（hù）相抵消的加（jiā）工麵。它與磨削的（de）差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動不盡相同（tóng）而已。這種（zhǒng）觀點在實際過程中可以解釋許多（duō）現象（xiàng），也（yě）能指（zhǐ）導工作。例如，研磨過程中使用的（de）磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則一序比一序高。但這種觀點解釋不了用軟磨料加（jiā）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（xiǎn）然這種觀點不全麵（miàn）。

塑性變形（xíng）說（shuō）

這種觀點認為（wéi）在研磨時，表麵發生了級性變形。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（jǐ）壓作用下被“壓平”，填充了低四處，而後形成極低的表麵粗（cū）糖度。住然而在研磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性（xìng）變形是有可能的;而用軟基體拋光（guāng）硬材料(如光學玻璃)時，則（zé）很難解（jiě）釋為塑性變形。實際上，工件在研磨前後有質（zhì）量變化，這（zhè）說明不是簡單的壓平過程。

化學（xué）作用說

這種觀點認為:被研磨表麵出現了化學變化過程（chéng）。工件表麵活（huó）性物質在化學作用下，很快就形成了一層化合（hé）物薄膜;這層薄膜具有化學保護作用，但能被軟質磨（mó）料除掉。研磨過程就是工（gōng）件表麵高凸部位形成的化合物薄膜不斷（duàn）被除掉又很快形成的（de）過程,最後獲（huò）得較低（dī）的（de）表麵粗糙度。然（rán）而，顯微分析（xī）表明，經研磨的（de）表層約有微米程度的破（pò）壞（huài）層。這說明研磨不僅是磨料去除化合物薄膜（mó）的不斷形成過程，並且對表麵層有切（qiē）削作用，而化學作用則加（jiā）速了研（yán）磨（mó）過程。顯然化學作用說也不（bú）全麵。

綜（zōng）上（shàng）所（suǒ）述，研（yán）磨過程不可能由一（yī）種觀點來解釋。事（shì）實上，研磨是磨粒對工件表麵的切削、活性（xìng）物質的化學作（zuò）用（yòng）及工件表麵擠壓變形等綜合作用的結果。某一作用的主次程度取（qǔ）決於加工性質及（jí）加工過程（chéng）的進展階段。

2、拋光（guāng）

拋光（guāng）是指（zhǐ）利用（yòng）機械、化學（xué）或電化學的作用，降低工件表（biǎo）麵粗糙度，獲（huò）得光亮、平整表麵的加工方法。主要是利用拋光工（gōng）具和（hé）磨料顆粒等對工件表麵進行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機（jī）械拋光

機械拋光是靠切削或（huò）使材料表麵發生塑性（xìng）變形而去掉工件表麵凸出（chū）部得（dé）到平（píng）滑麵的拋光方法，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手（shǒu）工操作為主，表麵質量要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采（cǎi）用特製的磨具，在含（hán）有磨料的研拋液中（zhōng），緊壓在工件（jiàn）被加工表麵上，作高（gāo）速旋轉運動。利用該技術可達（dá）到Ra0.008 μm的表（biǎo）麵粗糙度，是各種拋光方法中表麵粗糙度最好的。光學鏡（jìng）片模具常采用（yòng）這種方法。

化（huà）學拋光

化學（xué）拋光是（shì）材料在化學介質中讓表（biǎo）麵微觀凸出的部分較（jiào）凹部（bù）分優先溶解，從而（ér）得（dé）到平（píng）滑麵。該方法可以拋光形狀複（fù）雜的工件，可以（yǐ）同時拋光（guāng）很多（duō）工件，效率高。化學拋光得到的表麵粗糙度（dù）一（yī）般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理與化學拋光相（xiàng）同，即靠選擇性溶（róng）解（jiě）材料表麵微（wēi）小凸出（chū）部分，使表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極反應（yīng）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（shēng）波振動，通過磨料懸浮液拋光脆硬材料的一種（zhǒng）加工（gōng）方法。將工（gōng）件放入磨料（liào）懸浮液中並（bìng）一起（qǐ）置於超聲波場中（zhōng），依靠超聲波的振蕩（dàng）作用，使磨料在工（gōng）件表麵磨削拋光。

流體拋光

流體拋光是依靠流（liú）動的液體及其攜帶的磨粒衝刷（shuā）工件表麵達到拋光的目的。流體動力研磨是由液壓驅動，介質主要采用在較低壓力下流過（guò）性好的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料製成，磨料可采用碳化矽粉（fěn）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（chéng）磨料刷，對（duì）工件磨削加工。這種方法加工效率高，質量（liàng）好，加工條件容易控（kòng）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（jiàn）的拋光速度（dù），采用超聲波與專用的高頻（pín）窄脈衝高峰值電流的脈衝電源進行複合拋（pāo）光（guāng），由超（chāo）聲振動和電（diàn）脈衝的腐蝕同時作用於工件表（biǎo）麵，迅速降低其表（biǎo）麵粗（cū）糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火花加工（gōng）、磨（mó）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（gōng）油石研磨，條狀油石（shí）加煤油作為潤滑劑或冷卻劑。使（shǐ）用（yòng）順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

半精拋主要使用砂紙（zhǐ）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（yú）淬硬（yìng）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鋼件表麵（miàn）損傷，無法達到預期拋光效果。

精（jīng）拋

精拋主（zhǔ）要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研（yán）磨粉或研磨膏進行（háng）研磨，則通常的研磨（mó）順序是（shì）9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石（shí）研磨（mó）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（gōng）的過程中，會使用到（dào）多種工藝，其中珩磨加工是對孔進（jìn）行精整加（jiā）工（gōng）的一種加工方式。

珩（héng）磨工藝是一種以被加工麵（miàn）為導向（xiàng），在一定進給壓（yā）力下，通（tōng）過（guò）工具（jù）和零件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加工工藝。

3.1珩磨原理

珩磨是利用安（ān）裝（zhuāng）於珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由漲開機構將油（yóu）石沿徑向漲（zhǎng）開，使其壓向工（gōng）件（jiàn）孔壁，以（yǐ）便產生一定的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往（wǎng）複運動。零（líng）件不（bú）動；或者珩磨頭隻做旋轉運動（dòng），工（gōng）件往複運動，從而實現珩磨。

珩磨的切（qiē）削有三種模式：定壓進給珩磨、定量進給珩磨、定壓-定量進給珩磨。

3.2珩磨加工的特點：

加（jiā）工精度高：特別是一些中小型通孔，圓柱度能達到0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉網（wǎng）紋，有利於潤滑油的存儲及油膜的保持。

加工範圍廣：主要加（jiā）工各種圓柱形孔：通（tōng）孔、軸向和徑向有間斷的孔

切削餘量少。

糾孔能力強：采用珩磨加工工藝可以通過去除最少加工餘量而極大（dà）地改善孔和外（wài）圓的尺寸精度、圓度、直線（xiàn）度、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（gòu）以恒定的壓力壓（yā）向孔壁，分三（sān）個階段（duàn）。

第一個階（jiē）段（duàn）是脫落切削階（jiē）段，這種定壓珩磨，開始時由於孔壁粗糙，油石與（yǔ）孔壁接觸麵積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表麵因接觸壓力大，加上（shàng）切屑對（duì）油石粘結劑的磨耗，使磨粒與粘結劑（jì）的結合（hé）強度（dù）下降，因而有的磨粒在切削壓力的作用（yòng）下自（zì）行脫落，油石麵即露出新（xīn）磨（mó）粒，此即油石自銳（ruì）。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩磨的進（jìn）行，孔表麵（miàn）越來越光，與油石接觸麵積越來越大，單位麵積的接觸（chù）壓力下降，切削效率降低。同時切下的切屑小而細，這（zhè）些切屑對粘結劑的磨耗也很小。

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

第（dì）三階段為堵塞切削階（jiē）段，繼（jì）續珩磨時油石和孔表麵的接觸麵積越來（lái）越大，極細的切屑堆積於油石與孔壁之間不易（yì）排除，造成油石堵塞（sāi），變得很光滑（huá）。因（yīn）此油石（shí）切削能（néng）力極（jí）低，相當於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘結性堵塞時，油石（shí）完全失去切（qiē）削（xuē）能力並嚴重發熱，孔的精（jīng）度和（hé）表麵粗糙度均會受到影響（xiǎng）。此時應盡快結束珩（héng）磨。

定（dìng）量進給珩磨

定（dìng）量（liàng）進給珩磨時，進給機構以恒定的速度擴張進（jìn）給，使（shǐ）磨粒強製性地切入工件。因此珩磨過程（chéng）隻存在脫落切削和破碎切（qiē）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（shí），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（lì）脫落、破碎，切削作（zuò）用增強。

用此（cǐ）種（zhǒng）方法珩磨時，為了提高孔精度和表麵粗糙度，最後可用（yòng）不進給珩（héng）磨一定時間。

定壓－－定量進給（gěi）珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當油（yóu）石進入堵塞切削階段時（shí），轉換（huàn）為定量進給珩磨，以提高（gāo）效率。最後可用（yòng）不進給珩磨，提高孔的精度和（hé）表麵（miàn）粗糙度。