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)工藝（yì）是理想的拋光和去（qù）毛刺（cì）方法，特別是對於複（fù）雜的內部形狀和有挑戰的表麵加工（gōng）要求（qiú）。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術，起源於20世紀60年代，是一種（zhǒng）區別（bié）於（yú）傳統機械加工的光整加工方法。利用具有（yǒu）一定黏性的流動磨料介質（zhì），在一定壓力作用下，通過引（yǐn）導流過工件的待加工表麵，磨料對材料形成擠壓並進行微（wēi）量去除，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（jiā）工表麵的粗糙（cāo）度值，實現光整加工目（mù）的。得益於塑性極強的磨料，這種加工技術幾乎可以對任意形狀（zhuàng）的表麵進行光整加（jiā）工，尤其是針對難以加工的複雜內腔表麵，能取得較（jiào）好的光（guāng）整加工效果，近年來這種技術在航空、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工藝係統

磨粒流，簡單來說，就（jiù）是一種通過半流體介質進行（háng）拋光去毛刺（cì）的工藝，主要麵向內孔、以及不（bú）規則形狀的中小型工件（jiàn）。磨粒流拋光工（gōng）藝包含三（sān）個核心要素，即軟磨（mó）料、夾具與PLC係統：

軟（ruǎn）磨料

　　軟（ruǎn）磨料是由非常細小的硬質顆（kē）粒，混合相關液體（tǐ），調製而成的（de）半流體狀態的介質，磨（mó）料顆粒的大小、硬（yìng）度，以（yǐ）及（jí）半流體的粘稠度、遇熱後是（shì）否會黏貼工件，是（shì）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（zì）的硬度，對應不（bú）同材質（zhì）的工件。例如鋁製品、銅製品工件，選用碳化矽磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白（bái）剛玉或（huò）金剛石更為（wéi）合（hé）適。

工裝（zhuāng）夾具

選用夾具的（de）原因是，為了提高工件拋光去毛刺的效率。一來，一款夾具上可以同時夾持多個工件（jiàn），一（yī）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（zhǔn），大大減少了停機時間。

工裝夾（jiá）具設計的關鍵在於，在提升效率的前提（tí）下（xià），如何保持工件均勻受力，而（ér）不致於使工件壓傷。

PLC係統（tǒng）

　　PLC係統是整個（gè）磨粒流設備（bèi）的控製中心，PLC係統設計地簡潔、規（guī）範，既可以讓操作人員更快上手，減少培訓磨合（hé）時間，又（yòu）可以減少設備故障（zhàng）率，延長設備使用壽（shòu）命。

1.2磨粒流特點

(一)可（kě）加工內腔複雜的零件

(二)均勻（yún）性和重複性好

(三)可實現自動化生產

(四)生產效率高

(五（wǔ）)可控性及可預測性（xìng）好

(六)加工表（biǎo）麵質好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡稱研具（jù）)表麵嵌人（rén）磨料或敷塗磨料並添加潤滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸並做相對運動，通過磨料作用，從工件（jiàn）表麵切去一層（céng）極薄的切屑（xiè），使工件具有精確的尺寸、準確的幾何形狀和很高的（de）表麵粗糙度，這（zhè）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加注於研（yán）具（jù）表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品（pǐn）與研（yán）具間（jiān）不斷地滑動與滾動，從而實現對工件（jiàn）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（biǎo）層上，研磨時需在研具表（biǎo）麵塗以少量的潤滑（huá）劑。幹研多用於（yú）精研（yán）。

半幹研所用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精研（yán）均可采用。

1.2研磨的特點及應用範圍

設備簡（jiǎn）單，精度要求高。

加工質量可（kě）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（yǔ）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、玻璃及某些塑料製品等。

研磨廣泛用於單件小批生產中加工各種高精度型麵，並可用於大批大量生產中。

1.3研磨機理

研磨的實（shí）質（zhì）是用遊離的磨粒通（tōng）過研具對工件表麵進行包括（kuò）物理和（hé）化學綜合作用的微量（liàng）切前，其速度很低，壓（yā）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（yī）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（wèi）置精度也可進（jìn）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（xiào）果,但人們對研磨過程的機理有多種觀點。

純切削說

這種觀點認（rèn）為:研磨和（hé）磨削一樣，是一（yī）種純切削（xuē）過（guò）程。最終（zhōng）精度的獲得（dé）是由很多微小的硬磨（mó）粒對工件表麵不斷切削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠（jǐ）壓作用,形成（chéng）無數條（tiáo）切痕重疊、互相交錯（cuò）、互相抵消的加（jiā）工麵（miàn）。它與磨削的差（chà）別隻是（shì）磨粒（lì）顆粒較細（xì），切削運（yùn）動不盡相同而已。這種觀點在實際過程中可以解釋（shì）許多（duō）現象，也能指（zhǐ）導工作。例如，研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則一序（xù）比一序高。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例，顯然這種觀點不全麵。

塑性變形說

這種（zhǒng）觀點認為在研（yán）磨時，表麵發生（shēng）了級性變形。即在工件與研具表麵接（jiē）觸運動中，粗糙（cāo）高凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填充（chōng）了（le）低四處，而後形成極低的表麵粗糖度。住（zhù）然而在研（yán）磨極軟材料(如鉛、錫（xī）等)時（shí），產生塑性（xìng）變形是有（yǒu）可能（néng）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（xíng）。實際上，工（gōng）件在研磨前（qián）後有質（zhì）量變化，這說明不是簡單的（de）壓平過（guò）程。

化學作用說

這種觀點認為:被研（yán）磨表麵出現（xiàn）了化（huà）學變化（huà）過程。工件表麵活（huó）性物質（zhì）在化學（xué）作用下，很快就形成了一（yī）層化合物薄膜;這層薄膜具有化學保護作用（yòng），但能被軟質磨（mó）料除掉。研磨過程就是工件表麵高凸部位形成的化合物薄膜不斷被（bèi）除掉又很快形成的過程,最後獲得（dé）較低的表麵粗糙度（dù）。然而，顯微分析（xī）表明，經研（yán）磨的表層約有微（wēi）米程度的（de）破壞層。這說明研磨不（bú）僅是磨料去除化合（hé）物（wù）薄膜的不斷（duàn）形成過程（chéng），並且對表麵層有切削作用，而化學作用則加速了研磨過程。顯然化學作用說也不全麵。

綜上所述，研（yán）磨（mó）過程不可能由一種觀（guān）點來解釋。事實（shí）上，研磨是磨粒對工（gōng）件表麵的切削、活性（xìng）物質的化學作用及工件（jiàn）表麵擠壓變形等綜合作用（yòng）的結果。某一作用的（de）主次程（chéng）度取（qǔ）決於加工性質及加工過程（chéng）的進展階段。

2、拋光

拋光是指利用機械、化學（xué）或電化學的作用，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（pāo）光工具和（hé）磨料顆粒等對工件表麵進（jìn）行的修（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塑性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（shù）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最好（hǎo）的（de）。光（guāng）學鏡片模具常采用這（zhè）種方法。

化（huà）學（xué）拋光（guāng）

化學拋光是材料在化（huà）學介質中讓表麵微（wēi）觀凸出的部分較凹部分優先溶解，從（cóng）而得到（dào）平滑麵。該方法可以（yǐ）拋光形狀複雜的工件（jiàn），可以同時拋光（guāng）很多工件，效率（lǜ）高。化學拋光得到的表麵（miàn）粗糙度一般（bān）為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理（lǐ）與化（huà）學拋光相同，即靠選擇性溶解材料表（biǎo）麵微小凸出部分，使表麵光滑。與化學拋（pāo）光相比（bǐ），它可消除陰極反應的影響，效（xiào）果（guǒ）較好。

超聲波拋（pāo）光

超聲拋光是利用工具斷（duàn）麵作超聲波振動，通過（guò）磨料（liào）懸浮液拋光（guāng）脆硬材料的一種加工方法。將工件放入磨料（liào）懸浮液中並（bìng）一起置於超聲波場中，依靠超（chāo）聲波的振蕩作（zuò）用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

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

磁研（yán）磨拋光

磁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（gōng）件（jiàn）磨削加工。這種方法加工效率高，質（zhì）量好，加（jiā）工條件容易控製。。

電（diàn）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窄脈衝高峰值電流的脈衝電源進行複合拋光，由（yóu）超（chāo）聲振動和電脈衝的腐蝕同時作用於（yú）工件表麵，迅速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火花加（jiā）工、磨削等工藝後（hòu）的表麵可以選（xuǎn）擇轉（zhuǎn）速在35 000～40 000 r/min的旋轉表麵拋光機進行（háng）拋光。然後是手工油石研磨，條狀（zhuàng）油石加煤油作（zuò）為潤滑劑或冷卻劑。使用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

半精拋主要使用砂紙和煤油。砂（shā）紙（zhǐ）的號數依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際上#1 500砂紙隻用適於淬硬的模具鋼（gāng）(52 HRC以上)，而不適用於預硬鋼，因（yīn）為這樣可能會導致預（yù）硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果（guǒ）。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉或研磨膏進行研（yán）磨，則通常的研磨順（shùn）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（qù）除1 200#和1 50 0#號砂紙留下的（de）發狀磨痕。

4、珩磨

在對零件加工（gōng）的過程中，會使（shǐ）用到多（duō）種工藝，其（qí）中珩磨加工是（shì）對孔進行精整（zhěng）加工的一種（zhǒng）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（chú）加工餘量，其切（qiē）削軌跡為交叉網紋的精孔加工工藝。

3.1珩磨原理

珩磨（mó）是利用安裝於珩磨頭圓（yuán）周上的一條或多條油石，由漲開機（jī）構將（jiāng）油石沿徑向漲開，使其壓向工件孔壁，以（yǐ）便（biàn）產生一定的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和（hé）往複運動。零件不動；或者珩磨（mó）頭隻做旋轉運動，工件往複運動，從而實現珩磨。

珩磨的切削有（yǒu）三種模式：定壓進給珩磨、定量進給珩磨（mó）、定壓-定量進給珩磨。

3.2珩磨加工的（de）特點：

加工精度高：特別是一些中小型通孔，圓柱度能達到0.001mm

表麵質量（liàng）好：表（biǎo）麵為交叉網紋，有利於潤滑油的存儲及油膜（mó）的保持。

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

切（qiē）削（xuē）餘（yú）量少（shǎo）。

糾孔能力強（qiáng）：采用珩磨（mó）加工工藝可以通過去除最少加工餘量而極（jí）大（dà）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珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓進給中，進給（gěi）機構以恒定的壓（yā）力壓向孔（kǒng）壁，分三個階段。

第一（yī）個階段是脫落切削階段，這種定壓珩磨（mó），開始時由於孔壁粗糙，油石與孔壁接觸麵積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很（hěn）快（kuài）被磨去。而油石表麵因接觸壓力大，加上切屑對油石粘結劑的磨耗，使磨粒與粘（zhān）結劑的結合強度下（xià）降，因而（ér）有的（de）磨（mó）粒在（zài）切削壓（yā）力的作用（yòng）下自行脫落，油石麵即露出新磨（mó）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（kǒng）表麵越來（lái）越光，與（yǔ）油石接觸（chù）麵積越來越（yuè）大，單位麵（miàn）積的接觸壓力下降，切削效率降（jiàng）低。同時切下的切屑小而細（xì），這些切屑對粘結（jié）劑（jì）的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落（luò）很少（shǎo），此時磨削（xuē）不是（shì）靠新磨粒，而是由磨粒尖端切（qiē）削。因而（ér）磨粒（lì）尖端負荷很大，磨粒易（yì）破裂、崩碎而形成新的切削刃。

第三階段為堵塞切削階段，繼續珩磨（mó）時油（yóu）石（shí）和孔表麵的接觸麵積（jī）越來越大，極細（xì）的切屑堆積於油石與孔壁之間不易排除（chú），造成油石堵塞，變得很光滑。因此油石切削能力極低，相當於拋光（guāng）。若（ruò）繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘結性（xìng）堵塞時，油石完全（quán）失（shī）去切削能（néng）力（lì）並（bìng）嚴重發熱，孔（kǒng）的精度和表（biǎo）麵粗（cū）糙（cāo）度均會受到影響。此時應盡快結束珩磨。

定量進給珩磨

定量進給（gěi）珩磨時，進給機構以恒定的速度擴張進給，使磨粒（lì）強製性地切入工件。因此珩磨過程隻存在脫落切削和破碎切削，不可能產生堵塞切削現（xiàn）象。

因為當（dāng）油石產生堵塞切削力下降時（shí），進給量（liàng）大於實際磨削量，此（cǐ）時珩磨（mó）壓力增高，從而（ér）使磨粒脫落、破碎，切（qiē）削作用增強。

用此種方法珩磨時，為（wéi）了提高孔精度和表麵粗糙度（dù），最後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磨，當油石進入堵塞（sāi）切削階段時，轉（zhuǎn）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（cāo）度。