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)工藝是（shì）理想的（de）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。

磨粒流加工技術（shù）（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩（héng）磨技術，起源於20世紀60年代，是一種區別於傳統機（jī）械加工的（de）光整加工方法。利用具有一定黏性的流動磨料介質，在一定（dìng）壓力作用下，通過引導流過工件的待加工表麵，磨料對材料（liào）形（xíng）成擠壓並進行微量去除，可以達到去除（chú）毛（máo）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度值，實現光整（zhěng）加工目的。得益於塑（sù）性極強的磨料，這種加工技術幾乎（hū）可以對（duì）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，能取得較好的光整加工效果，近年來這種技術在航空、航天、汽車和模具等行業得到了（le）廣泛應（yīng）用。

1—活塞　2—工（gōng）件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係統

磨粒流，簡單來說（shuō），就是一種通過半（bàn）流體（tǐ）介質進行拋光去毛刺的工藝，主要麵向（xiàng）內孔、以及不規（guī）則形狀的中小型工件。磨粒（lì）流拋光工藝包含三個核心要素（sù），即軟磨料、夾具與PLC係統：

軟磨料（liào）

　　軟磨料（liào）是由非常細小的硬質顆粒，混合相關液體，調製而成的半流體（tǐ）狀態的介質，磨料顆粒的大小（xiǎo）、硬度，以及半流體的粘（zhān）稠度、遇熱後（hòu）是否會黏貼工件，是影（yǐng）響拋光去毛刺質（zhì）量的關鍵。磨料通常選材有碳化（huà）矽、白剛玉、金剛石等，根據各自的硬度（dù），對應（yīng）不同材質的工件。例如鋁製（zhì）品、銅製品（pǐn）工件，選用碳化矽磨料即（jí）可。而硬度較高（gāo）的鎢鋼、合金鋼，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（le）提高工件拋光去毛刺（cì）的效率。一來，一款夾具上可以同時夾持多（duō）個工件，一（yī）次（cì）性加工。二來，使用工裝夾具後，退模換工件時，不必每（měi）次校準，大大減少了停機時間。

工（gōng）裝夾具設計（jì）的關鍵在於，在（zài）提升效率的前提（tí）下，如何（hé）保持工件均勻受力，而不致於使工件（jiàn）壓傷。

PLC係（xì）統

　　PLC係統是整個磨粒流設備（bèi）的控製中心，PLC係統設計地簡潔（jié）、規範，既可以讓操作人員（yuán）更快上手，減（jiǎn）少培訓（xùn）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)可加工內腔複（fù）雜的（de）零件

(二)均勻性（xìng）和重複性好

(三)可實現自動化（huà）生產

(四)生產效率高（gāo）

(五)可控性及可預測（cè）性好

(六（liù）)加工表麵質好

1、研磨

研磨是將研（yán）磨工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨料或敷塗磨（mó）料並添加潤滑劑,在一定（dìng）的（de）壓力作用下，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（qù）一層極薄的切屑，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度（dù），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（de）種類

濕研將液狀研磨劑塗敷或連續加注於研具表麵，使（shǐ）磨料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不斷地（dì）滑動與（yǔ）滾動，從而實現對工（gōng）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（shàng），研磨時需在研具表麵塗以（yǐ）少量的潤滑劑。幹研多用於（yú）精研。

半（bàn）幹研所用研磨劑為（wéi）糊狀的（de）研磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的特點及應用範圍

設備簡（jiǎn）單，精度要求高。

加工（gōng）質量可（kě）靠。可獲得（dé）很高的（de）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精（jīng）度。

可（kě）加工各種鋼（gāng）、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及其合金、硬（yìng）質合（hé）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（xíng）麵，並（bìng）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磨粒通過研（yán）具對工件表麵進行包括（kuò）物理和化學綜合作用的微量切前，其速（sù）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，表麵粗糙度一般能達到（dào）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（yán）磨已廣泛應用於機械加工中，並且獲得了最（zuì）佳的工藝效果（guǒ）,但（dàn）人們對研磨過程的機理有多種觀點。

純切削說

這種觀點認為（wéi）:研磨（mó）和磨削一樣，是一種純切削過程。最終精度的獲得是由很多（duō）微小的硬磨粒對（duì）工（gōng）件表麵不斷切削，靠磨（mó）粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作用,形成無數條切痕重疊、互（hù）相交（jiāo）錯、互相抵消的加（jiā）工麵。它與磨（mó）削的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運（yùn）動不盡相同（tóng）而已。這種觀點在實際過程中可以解（jiě）釋許多現象（xiàng），也能指導工作。例如，研磨過程中使用的磨料粒度一序比一序細（xì），而獲得的精度則一序比一序高。但這（zhè）種觀點解釋不（bú）了用軟磨料加（jiā）工（gōng）硬材料，用大顆粒磨粒卻能加（jiā）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

這種觀點認為在研磨時，表麵發生了（le）級性變形。即在工件與研具表麵接觸運動中（zhōng），粗（cū）糙（cāo）高凸（tū）的部位（wèi）在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填充了低四處，而後形成極低的表麵粗糖度。住然而在研（yán）磨（mó）極軟（ruǎn）材料(如鉛、錫等)時，產（chǎn）生（shēng）塑性變形是（shì）有可能的;而用軟基體（tǐ）拋光硬材料(如（rú）光學玻璃)時，則很（hěn）難解（jiě）釋為塑性變形（xíng）。實際上，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（yòng）說

這種觀點認（rèn）為（wéi）:被研磨表麵出現了化學變化（huà）過程。工件表麵活性物質（zhì）在化學作用下，很（hěn）快（kuài）就形成（chéng）了一層化合物薄膜;這層薄膜具有（yǒu）化（huà）學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨過程就是工件（jiàn）表麵高凸部位形成的化合物薄膜不斷被除掉（diào）又很快形成的過程,最後獲得較低（dī）的表麵粗糙度（dù）。然（rán）而，顯微分析表明，經（jīng）研磨的表層約有微米程度的破壞層（céng）。這（zhè）說明（míng）研磨不僅是磨料去除化合物薄膜的不斷形成過（guò）程，並且對表麵層有切削作用，而化學（xué）作用則加速了研磨過程。顯然化學作用說也不全麵。

綜上所（suǒ）述，研磨過程不可能由一種觀點來解釋。事實上，研磨是磨粒對工（gōng）件（jiàn）表麵的切削、活性物質的化學作用及（jí）工件表麵擠（jǐ）壓變形等綜（zōng）合作用（yòng）的結（jié）果。某一作用（yòng）的主（zhǔ）次（cì）程度取決於加工性質及加工過程的進展階（jiē）段。

2、拋光

拋光是指利用機械、化學或電化學的作（zuò）用，降低工件表麵（miàn）粗糙度，獲得光亮、平整表麵的加工方法。主（zhǔ）要是利（lì）用拋光工具和磨料顆粒（lì）等對工件表麵（miàn）進行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械拋（pāo）光是靠切削或使（shǐ）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（xuán）轉運動。利用（yòng）該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是各種拋光（guāng）方法中表麵粗糙度（dù）最好（hǎo）的。光學鏡片模具常采（cǎi）用這種方（fāng）法。

化學拋光

化學拋光是材料（liào）在化學（xué）介質中（zhōng）讓表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶解（jiě），從而得到平滑麵。該方法（fǎ）可以拋（pāo）光形狀複（fù）雜的（de）工件，可以（yǐ）同時拋光很多工件（jiàn），效率高。化學拋光得到的表麵（miàn）粗糙度一般為Ra10 μm。

電解拋光（guāng）

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（guǒ）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（guāng）脆硬材料的一種加工方法。將工件放入磨料懸浮（fú）液中並（bìng）一（yī）起置（zhì）於超聲波場中，依靠超聲波（bō）的振蕩作用，使（shǐ）磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

流體拋光是依靠流動的液體及其（qí）攜帶的磨粒衝（chōng）刷工件表麵達到（dào）拋光的目的。流體動力研磨（mó）是由液壓驅動（dòng），介質主要采用在較低壓力下（xià）流過性好（hǎo）的特殊化合（hé）物(聚（jù）合物狀（zhuàng）物質（zhì）)並摻入磨料（liào）製（zhì）成，磨料可采用碳化（huà）矽粉末。

磁研磨拋光

磁研磨拋（pāo）光是利用磁（cí）性磨（mó）料在磁場作用下形成磨（mó）料刷，對工件磨削加工。這種（zhǒng）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Ra為1.6 μm以（yǐ）上工件（jiàn）的拋光速度（dù），采用超聲波與專用的高（gāo）頻窄脈衝高峰值電（diàn）流的脈衝電源進行複合拋光，由超聲振動和（hé）電脈衝的腐（fǔ）蝕同時作用於工件表（biǎo）麵，迅速降低其（qí）表麵粗糙（cāo）度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋

精銑、電火（huǒ）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（guāng）。然後是手工油（yóu）石研磨，條狀油石加煤油作為潤滑劑（jì）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。砂紙（zhǐ）的號數依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際（jì）上#1 500砂紙隻用適於淬硬的模具（jù）鋼(52 HRC以上)，而不適用於預（yù）硬鋼，因為這樣可能會導致預硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋光效果（guǒ）。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨膏（gāo）。若用拋光布輪混合鑽（zuàn）石研磨粉或研磨膏進行研（yán）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（de）鑽石研磨（mó）膏和拋光布輪可用來去除1 200#和1 50 0#號（hào）砂紙留下的發狀磨痕。

4、珩（héng）磨

在對零件加工的過程中，會使用到多（duō）種工（gōng）藝，其中珩磨加工是對孔進行（háng）精整加（jiā）工的一種加工方式。

珩磨工藝是一種以（yǐ）被加工麵為導向，在一定進給壓力（lì）下，通過工具和零件的相對運動去除加（jiā）工餘量，其切削軌跡（jì）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（yóu）石，由漲開（kāi）機構將油石沿徑向（xiàng）漲開，使其壓（yā）向工件孔壁，以便產生一定的接觸麵。同時珩磨頭（tóu）旋轉和往複運動。零件不（bú）動；或者珩磨頭隻做旋（xuán）轉運動，工件往複運動，從（cóng）而實現珩磨。

珩磨（mó）的切削有三種模式：定壓進給珩（héng）磨、定量進給珩磨、定壓-定量進給珩磨。

3.2珩磨加工的特點（diǎn）：

加工精度高：特別是（shì）一些中小（xiǎo）型通孔，圓柱度能（néng）達（dá）到0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉網紋，有利於潤滑油的存儲及油膜的保持。

加工範圍廣：主要加工各種圓柱形孔：通孔、軸向和（hé）徑向有間斷的孔

切削（xuē）餘量少。

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

3.3珩磨的切削（xuē）過程

定壓（yā）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。

第一個階段是脫落切削階段，這種定壓（yā）珩磨，開始時由於孔壁粗糙（cāo），油（yóu）石與孔壁接觸麵積很小，接觸壓力（lì）大，孔壁的凸出部分很（hěn）快被磨去。而油石表麵因（yīn）接觸壓力大，加上切屑對油石（shí）粘結劑的（de）磨耗，使磨粒與粘結劑的（de）結合強（qiáng）度下降（jiàng），因而有的磨（mó）粒在切（qiē）削壓力的作用下自行（háng）脫落，油石麵即露出新磨粒，此即油石自銳。

第二階（jiē）段是破碎切（qiē）削階段，隨著珩磨的進行，孔表麵越來越光，與油石（shí）接觸麵積（jī）越來越大，單位麵積的接（jiē）觸壓力下降，切削效率降低。同時切下的（de）切屑小而細，這些切屑對粘結劑的磨耗也很小。

因此，油石（shí）磨粒脫落很少，此時磨削不是靠新磨粒，而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端負荷很（hěn）大，磨粒易破裂、崩碎而形（xíng）成新（xīn）的切削刃。

第三階段為堵塞切削階段，繼續珩磨時（shí）油石和孔表麵的接觸麵積越（yuè）來越大，極細的（de）切屑堆積於油石與（yǔ）孔壁之間不易排除，造成油石堵塞，變得很（hěn）光滑。因此油石切削能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨，油石（shí）堵（dǔ）塞嚴重而產生粘結性堵塞時（shí），油石完全失去切削能力並嚴重發熱，孔的精度和（hé）表麵粗糙度均會（huì）受到影響。此時應盡快（kuài）結束珩磨。

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。因此珩磨過程隻存在脫落切（qiē）削和破碎切削，不可能產生堵塞切削（xuē）現象。

因為當油石產生堵塞切削力下降時，進給（gěi）量大於實際磨削量，此時（shí）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（fāng）法珩磨時（shí），為了提（tí）高孔精度和表麵粗糙度，最（zuì）後可用不進給珩磨一定（dìng）時間。

定壓－－定量進給珩磨

開始時（shí）以定壓進給珩磨，當油石進入堵塞切削階段時，轉換為定（dìng）量進給珩磨，以提高效率。最後可用（yòng）不進給珩磨（mó），提高（gāo）孔（kǒng）的精度和表麵粗糙度。