磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨（mó）粒流工藝

磨料流加工(AFM)工（gōng）藝是理（lǐ）想的拋（pāo）光和去毛刺方法（fǎ），特別是對於複雜的內部形（xíng）狀和有挑戰的表麵加工要求。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨（mó）技術，起源於20世紀60年代，是一種區（qū）別於傳統機械加工的光整加工方法。利用具有一定黏（nián）性的流動磨料介質，在一定壓力作（zuò）用下，通過引導（dǎo）流（liú）過工件的待加（jiā）工表麵，磨料對材（cái）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（yǐ）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（xìng）極強（qiáng）的磨料，這（zhè）種加（jiā）工技術幾乎可以對任意形狀（zhuàng）的（de）表麵進行光整（zhěng）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（jiā）工效果（guǒ），近年（nián）來這（zhè）種技術在航空、航天、汽車和模具等行業得（dé）到了廣泛應用。

1—活塞　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝（yì）係統

磨（mó）粒（lì）流，簡單來說，就是一種通（tōng）過半流體介質進行拋光去毛刺的工藝，主要麵向內（nèi）孔、以及不（bú）規則形狀的中小型工件。磨粒流（liú）拋光工藝包含三個核心要素，即軟磨料、夾具與PLC係統：

軟磨料

　　軟磨料是由非常細小的硬質顆粒，混合相關液（yè）體，調製而成的半流體狀（zhuàng）態（tài）的介質，磨料顆粒的大小、硬（yìng）度，以及半流體（tǐ）的（de）粘稠度、遇熱（rè）後（hòu）是否（fǒu）會黏（nián）貼工（gōng）件，是影響拋光去毛刺質量的關鍵。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（jiào）高的鎢鋼（gāng）、合金鋼，選用白剛玉或金剛石更為合適。

工裝夾具

選用夾具的原因是，為了提高工件拋光去（qù）毛刺的效率。一來，一款夾具上可以（yǐ）同時夾持多個工件，一次性加工。二（èr）來，使用工裝（zhuāng）夾具後，退（tuì）模換工件時，不必每次校（xiào）準，大大減（jiǎn）少了停機時間。

工（gōng）裝夾具設計的關鍵在於，在提升效率的前提下，如何保持工件均勻（yún）受（shòu）力，而不致於使工件壓傷。

PLC係統（tǒng）

　　PLC係統是（shì）整個磨粒流設備的控製中心，PLC係統設計地簡潔、規（guī）範，既可以讓操作人員更快上手，減（jiǎn）少培訓磨合時間，又可以減少設備故（gù）障率，延長設備使用壽命。

1.2磨粒流特點

(一（yī）)可加工（gōng）內腔複雜的（de）零件

(二)均勻（yún）性和重（chóng）複性好

(三)可實現（xiàn）自動化生產

(四)生產效率（lǜ）高

(五)可控（kòng）性及可預測性好

(六（liù）)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（qiàn）人磨料或敷塗磨（mó）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（mó）料作用（yòng），從工件表麵切去一層極薄的切屑，使工件具有精確的尺寸、準確的幾何形狀和很高的表麵（miàn）粗（cū）糙度，這種對工件表麵進行最（zuì）終精密加工的（de）方法，叫做研（yán）磨（mó）。

1.1研磨的種類

濕（shī）研將液狀研磨劑塗敷（fū）或連續加注於研具表麵，使磨（mó）料(W14～W5)在被加工的（de）產品（pǐn）與研具間不斷地滑動與滾（gǔn）動，從而實現對工件的切削。濕研（yán）應用較多（duō）。

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

半幹研所用研磨劑為（wéi）糊狀的研磨膏，粗、精（jīng）研均可采用。

1.2研磨的特點及應用（yòng）範圍

設備簡單，精度要求高。

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精度。

可加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及（jí）其合金、硬質合金、陶瓷（cí）、玻璃及某些塑料製品等。

研磨廣泛用於單件（jiàn）小批（pī）生產中加（jiā）工各種高精度型麵，並可用於大批大量生產中。

1.3研（yán）磨機理

研磨的實質是用遊離的磨粒通過研具對工件（jiàn）表麵進行包括物理和化學綜合作用的微（wēi）量（liàng）切前，其速度很低（dī），壓力很小，經過研磨的工件可（kě）獲得0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗糙度一般能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達（dá）Ra=0.012μm,表麵（miàn）幾何（hé）形狀精度和一些位置（zhì）精度也可進一步提高。 

盡管研磨已廣泛應用於機械加（jiā）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（guān）點。

純切削說

這種觀點認（rèn）為:研磨和磨削一樣，是一種（zhǒng）純切削過（guò）程。最終精度的獲得（dé）是由很多微小的硬磨粒對工件（jiàn）表麵不斷（duàn）切削，靠磨粒的（de）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、互相抵消的加工麵。它與磨削的差別隻（zhī）是磨粒顆粒較細，切削運動不盡（jìn）相同而已。這種觀點在實際過程中可以解釋許多現象，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，而獲得的精度則（zé）一序比一序高。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（miàn）的實例，顯然這種觀（guān）點不全麵。

塑性變形說

這種觀點認為在研磨（mó）時，表麵發生了級性變形。即在工件與研具表麵（miàn）接觸運動中，粗（cū）糙高凸的部位在（zài）摩（mó）擦、擠壓作用（yòng）下被（bèi）“壓平（píng）”，填充了低（dī）四處，而後形成極低的表麵粗糖度。住然而在研磨極軟（ruǎn）材料(如鉛、錫等)時，產生塑性（xìng）變形是有可能（néng）的;而用軟基體（tǐ）拋光硬材料（liào）(如光學玻璃)時，則很難解釋為塑性變形。實際上，工件在研（yán）磨前後有質量變化，這說（shuō）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（miàn）活性物質在化學（xué）作用下，很快就形（xíng）成了一層化（huà）合物薄膜;這層薄膜具有化學保護作（zuò）用，但能被軟質磨料除掉。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除掉又很快形成的過程（chéng）,最後獲得較低的表麵粗糙度（dù）。然而，顯微（wēi）分析表明，經研磨的表層約有（yǒu）微米程度的破壞層。這說明研磨不僅是磨料去除化（huà）合物薄膜的不（bú）斷形成過程，並且對表麵層有切削作用，而化學作用則加速了研（yán）磨過程。顯然化學作用說也不（bú）全麵。

綜（zōng）上所述，研（yán）磨過程不可（kě）能由一種觀點來（lái）解釋。事實上，研磨是磨粒對工件表麵的切削、活（huó）性物質的（de）化學作用及工件表麵擠壓變形等綜合作用的（de）結果。某一作用的主次程度取決於加工性質及加工過程（chéng）的進展階段（duàn）。

2、拋光

拋（pāo）光是指利用機械、化（huà）學或電（diàn）化學的作用，降低工件表麵粗糙度（dù），獲得光（guāng）亮、平（píng）整（zhěng）表麵的加（jiā）工方法。主要是利用拋光工具和磨料顆粒等對（duì）工件表麵進行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機械（xiè）拋光

機械拋光是靠切（qiē）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（dào）平滑麵的拋光方法，一般使用油石條、羊毛（máo）輪、砂紙（zhǐ）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）方法。超精（jīng）研（yán）拋是采用特製的磨具（jù），在含有磨料的研拋液中（zhōng），緊壓在工件被加工表麵上，作高速（sù）旋轉運動。利用（yòng）該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙（cāo）度，是各種拋光方法（fǎ）中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具常采用這種方法。

化（huà）學拋光

化（huà）學拋光是材料在化學介質（zhì）中讓表麵微觀凸出的部（bù）分較凹（āo）部分優（yōu）先溶解，從而得到平滑（huá）麵。該方法可（kě）以拋光形狀複雜的工件，可以同時（shí）拋光很多工件，效率高。化學拋光得到的表麵粗糙度一般為Ra10 μm。

電（diàn）解拋光（guāng）

電解（jiě）拋光基本原理與化學拋光相同，即靠選擇性溶解材料表（biǎo）麵微小凸出部分，使表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極反應的影響，效果較好。

超聲波拋光

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

流體（tǐ）拋光

流體拋光是依靠流動的液體及其攜帶的磨粒衝刷工件表麵達到拋光的（de）目的。流體動力（lì）研磨是由液壓驅動，介（jiè）質（zhì）主要采用在（zài）較低壓（yā）力下流過性好的特殊（shū）化合物(聚合物狀物質)並摻入（rù）磨料製成，磨料可采用碳化矽粉末。

磁研磨拋光

磁研（yán）磨拋光是利用磁性磨料在磁場（chǎng）作用下形成磨（mó）料刷，對工件磨削加工。這種方法加工效率高，質量好，加工條件容易控製（zhì）。。

電火花超聲複合（hé）拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為1.6 μm以上工件的拋（pāo）光速度，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，由超聲振動和（hé）電脈衝的腐蝕同時作用於工件表麵，迅速降（jiàng）低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過程

粗拋（pāo）

精（jīng）銑、電火（huǒ）花（huā）加工、磨削等工藝後（hòu）的表（biǎo）麵可以選擇轉速在35 000～40 000 r/min的（de）旋轉表麵拋光機進行拋光。然後是手工油石研（yán）磨，條狀油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑（jì）。使用（yòng）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。砂紙的號數依次（cì）為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實際上#1 500砂紙（zhǐ）隻用適於淬硬的模具鋼（gāng）(52 HRC以上)，而不適用於預硬鋼，因為這樣可能會（huì）導致（zhì）預硬鋼（gāng）件表麵損（sǔn）傷，無法達到預期拋（pāo）光效果。

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（fěn）或研（yán）磨膏進行研磨，則通常（cháng）的（de）研磨順序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石研磨膏和拋（pāo）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

在對零件加工的過程中，會使用到多種工藝，其中珩（héng）磨加工是對孔進行精整加工（gōng）的一種加工方式。

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（guò）工具和零件的相對運動去除加工餘量，其切削軌跡為（wéi）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石，由漲開機構將油石沿徑向漲開，使其壓向工件孔壁，以便產生一定的接觸麵。同時珩磨頭旋轉和往複運（yùn）動。零件不動；或者珩磨頭隻做旋轉運動，工件往複運動，從而實現珩磨。

珩磨的切削有三種模式：定壓（yā）進給珩磨、定量（liàng）進給珩磨、定壓-定量進給（gěi）珩磨（mó）。

3.2珩磨加工的特點：

加工精度高：特別是（shì）一些中小型通孔（kǒng），圓柱度能達到0.001mm

表（biǎo）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（zhǒng）圓柱形孔：通孔、軸向和徑向（xiàng）有間斷的（de）孔

切削餘量少。

糾孔能力強：采用（yòng）珩磨加工工藝可以通過去除最少加工餘（yú）量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓（yuán）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壓向孔壁，分三個階段。

第一個階段是脫落（luò）切削階段，這（zhè）種定壓珩磨，開始時由於孔壁粗（cū）糙，油石與孔（kǒng）壁接觸麵積很（hěn）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，加上切屑對油石粘結劑的磨耗，使磨粒與（yǔ）粘結劑的結合強度（dù）下降（jiàng），因而有的磨粒在切削壓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（de）進行，孔表麵越來越光，與油（yóu）石接觸麵積越來越大，單（dān）位麵積的接觸壓（yā）力下降（jiàng），切削效率降（jiàng）低。同時切下（xià）的切屑小而細，這些切屑對（duì）粘結（jié）劑的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落很少，此（cǐ）時磨削不是靠新磨粒，而是由磨粒尖端（duān）切削。因而磨粒尖端負荷很大，磨粒易破裂、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）時油石和孔表麵的接（jiē）觸麵積越來（lái）越（yuè）大，極細的切屑堆積（jī）於（yú）油石與孔壁之間不易（yì）排除，造成油（yóu）石（shí）堵塞，變得很光滑。因此油石切（qiē）削能力極低，相當於拋光（guāng）。若繼續珩磨，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，孔的精度和表麵粗糙度均（jun1）會受到影響。此時應（yīng）盡快結束珩磨。

定量進給珩磨

定量進（jìn）給珩磨時，進給機（jī）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削和破碎切削，不可（kě）能產生堵塞（sāi）切削現象。

因（yīn）為當油（yóu）石產生堵塞切削力下降時，進給（gěi）量大於實際磨削量，此時珩磨壓力增（zēng）高，從而使磨粒（lì）脫落、破碎，切削作用增強。

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

定壓－－定量（liàng）進給珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當油石進入堵塞切削階段時，轉換為定量進（jìn）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。