磨削之研磨拋（pāo）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（lǐ）想的拋光和去毛（máo）刺方法，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（yòu）稱為擠壓（yā）珩磨（mó）技術，起源於20世紀60年代，是一種區別於傳統機械加工的光整加工方法。利用具有一（yī）定黏（nián）性的流動磨料介質（zhì），在一定壓力作用下，通過引導流過工件的待加工（gōng）表麵，磨料對材料形成擠壓（yā）並進行微量（liàng）去除（chú），可以達到去（qù）除毛（máo）刺飛邊、孔（kǒng）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（shí）現光整加工目的。得益於塑性極（jí）強的磨料，這（zhè）種加工技術幾乎可以對（duì）任意形狀的表麵進行光整（zhěng）加工，尤其是針對難以（yǐ）加（jiā）工的（de）複雜內腔（qiāng）表麵，能（néng）取得較好的光整加工效果，近年（nián）來這種技（jì）術在航空（kōng）、航天、汽車和（hé）模具等行業得到了廣泛應用。

1—活（huó）塞（sāi）　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係統

磨粒流，簡單來說，就是一種通過半流體介質進行拋光去毛刺的（de）工藝，主要麵向內孔、以（yǐ）及（jí）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，混合相關液體，調製（zhì）而成的半流體狀態的介質，磨料顆粒的大小、硬度，以及半流（liú）體的粘稠度、遇熱後（hòu）是否會黏貼工件，是（shì）影響拋光去毛刺質量的（de）關鍵。磨料通常選材有碳化矽（guī）、白（bái）剛玉（yù）、金剛石等，根據各自的硬度，對應不同材（cái）質的工件。例如鋁製品（pǐn）、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（yòng）白剛玉或金剛石（shí）更為合適。

工裝夾具

選（xuǎn）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（jù）上可以同時夾持多個工（gōng）件，一次性加工。二來，使用（yòng）工裝夾具後（hòu），退模換工件時，不必每次校準，大大減少了停機時間。

工裝夾具設（shè）計（jì）的關鍵（jiàn）在於，在提升效率的前（qián）提下，如（rú）何保持工件均勻受（shòu）力，而不（bú）致於（yú）使工件壓傷。

PLC係統（tǒng）

　　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，既可以讓操作人員更快上手，減少培訓磨合時間，又可以（yǐ）減少（shǎo）設（shè）備故（gù）障（zhàng）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（xìng）和（hé）重（chóng）複性好

(三)可實現（xiàn）自（zì）動化生產

(四)生產效（xiào）率高

(五)可控性（xìng）及可預（yù）測性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研磨是（shì）將研磨（mó）工具(以下簡稱研具)表麵嵌（qiàn）人磨（mó）料或敷塗磨料並添加潤滑劑,在（zài）一定（dìng）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，從工件表（biǎo）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粗糙（cāo）度，這種對工件表麵（miàn）進行最（zuì）終精密加工的方法，叫做研磨（mó）。

1.1研磨的種類

濕（shī）研將液狀研磨劑塗敷或連續加注於研（yán）具表麵，使磨料(W14～W5)在（zài）被加工的產品與研具間不斷地滑動與滾動，從（cóng）而實現對工件的切削（xuē）。濕研應用較多。

幹研將磨（mó）料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌在（zài）研具表層上，研磨時需在研具表麵塗以少量的潤滑劑。幹（gàn）研多用（yòng）於精研。

半幹研所用研磨劑為糊狀（zhuàng）的研磨膏（gāo），粗（cū）、精研均可采用。

1.2研磨的特點及（jí）應用範圍

設備簡單，精（jīng）度要求高。

加工質量可靠。可獲得（dé）很高（gāo）的精度和（hé）很低的Ra值。但一般不能提（tí）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（jīn）、硬質合金（jīn）、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（gè）種高（gāo）精度型麵，並可（kě）用於大（dà）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（guò）研具對工件表麵（miàn）進行包括（kuò）物理和化學綜合作用的微量切前，其速度很低，壓力很小，經過研磨的工件可獲得0.001mm以內的尺寸誤差，表麵粗糙度一般（bān）能達到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表（biǎo）麵幾何（hé）形狀精度和一（yī）些（xiē）位置精度也可進一步提（tí）高。 

盡管研磨已廣泛應用於機（jī）械加工中，並且獲得了（le）最佳的工藝（yì）效果,但人們對（duì）研磨過程的機理有多種觀點。

純切削說

這種觀點認為:研磨（mó）和磨削一樣，是一種純切削過（guò）程。最終精度（dù）的獲得是由很多微小（xiǎo）的硬磨粒對工件表麵不斷（duàn）切削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠（jǐ）壓作用,形成無數條切痕重疊、互（hù）相交錯、互相抵消的加工麵。它與磨削的差別隻是磨粒顆粒較細，切削運動不盡相同而已。這（zhè）種觀點在實際（jì）過程中可以解釋許多現象（xiàng），也能指導工作。例如，研（yán）磨（mó）過程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則一（yī）序比一序（xù）高。但這（zhè）種觀點解（jiě）釋不了用（yòng）軟磨料加（jiā）工硬材料（liào），用大顆粒磨粒卻能加（jiā）工出低粗糙度表麵的實例，顯然這（zhè）種觀點不全麵。

塑性變形說

這種觀點認為在研磨時（shí），表麵發生了級性變形。即在工（gōng）件與研具（jù）表麵接觸運動中，粗糙高凸的部位在（zài）摩擦、擠壓作用下被（bèi）“壓平”，填充了低四處，而後形成極低的表麵（miàn）粗糖度。住然而在研磨（mó）極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性變形是有可能的;而用軟基體（tǐ）拋光硬材料(如光（guāng）學玻璃)時，則很難解釋為塑性變形（xíng）。實際上，工件（jiàn）在研（yán）磨前（qián）後（hòu）有質量變化，這說明不是簡（jiǎn）單的壓平過程。

化（huà）學作（zuò）用說

這種觀點認（rèn）為:被研磨表麵出現了化學變化過程。工件表（biǎo）麵活性（xìng）物質在化學作用下，很快就形（xíng）成了一（yī）層化合物薄膜;這（zhè）層薄膜具有（yǒu）化（huà）學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨過程就是工件表麵高凸部位形成的化合物薄膜不斷被除掉又（yòu）很快形成的過程,最後獲得較（jiào）低的表麵粗糙度（dù）。然而，顯微分析表明，經（jīng）研磨的表層約有微米程度的破壞層。這說明（míng）研磨不僅是（shì）磨料去除化合物薄（báo）膜的不斷形成過程（chéng），並且對表麵（miàn）層有切削作用，而化學作用則加速了研磨過程。顯然化（huà）學作用說（shuō）也（yě）不全麵。

綜上所述（shù），研磨過程不可能由一（yī）種觀點來解釋。事實上，研磨是磨粒對工件表麵的切削、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的結果。某一作（zuò）用的（de）主次程度（dù）取決於加工性質及加（jiā）工過程的（de）進展（zhǎn）階段（duàn）。

2、拋光

拋光（guāng）是指利用機械、化學或（huò）電化（huà）學的作用，降低工（gōng）件表（biǎo）麵粗糙度，獲（huò）得光亮、平（píng）整表麵的加工方法。主（zhǔ）要是利用拋光工具和磨料顆粒等對工件表麵進（jìn）行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機械拋光

機械（xiè）拋光是靠切削或使材料表麵（miàn）發生塑性變形而（ér）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（lún）、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（fǎ）。超精（jīng）研拋是采用特製的磨具，在含有磨料的研拋液中（zhōng），緊壓在工件被加工（gōng）表（biǎo）麵上，作高速（sù）旋轉運動。利（lì）用該技術可達到Ra0.008 μm的表麵粗糙度，是（shì）各（gè）種拋光方法（fǎ）中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模（mó）具常采用這種方（fāng）法。

化學拋光

化學拋光是材料在化學介質（zhì）中（zhōng）讓表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶（róng）解，從而得到平滑麵。該方法（fǎ）可以拋光形狀複（fù）雜的工件，可以同時拋光很多工件，效率高。化學拋（pāo）光得到的表麵粗糙（cāo）度一般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理（lǐ）與化學拋光相同，即靠選（xuǎn）擇性溶解材料表麵微小凸出部分，使表麵光滑。與化學拋光相比（bǐ），它可消除陰極反（fǎn）應的（de）影（yǐng）響，效果較好。

超聲波拋光（guāng）

超聲拋光是利用工具斷麵作（zuò）超聲波振動，通過（guò）磨料懸浮液拋光（guāng）脆硬材料的一種加工方（fāng）法。將工件放入磨料懸浮液中（zhōng）並一起置（zhì）於超聲波場中，依靠超聲波的振（zhèn）蕩作用，使磨料在工件表麵磨削拋光（guāng）。

流體拋光

流體（tǐ）拋（pāo）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目的。流體動（dòng）力（lì）研磨是由液壓驅（qū）動，介質主（zhǔ）要采用在較低壓（yā）力下流過性好的特殊化（huà）合物（wù）(聚合物狀（zhuàng）物質)並摻入磨料製成（chéng），磨料可采用碳化（huà）矽粉末。

磁（cí）研磨拋光（guāng）

磁研磨（mó）拋光是利用磁性磨料在磁場作用下（xià）形成磨料刷，對工件磨削加工（gōng）。這種方法加工（gōng）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（le）提高表麵（miàn）粗糙度Ra為1.6 μm以上（shàng）工（gōng）件的（de）拋光速度，采用超聲波（bō）與專用的高頻窄脈衝高峰值電流（liú）的脈衝電源進行（háng）複合拋光，由（yóu）超聲（shēng）振動和電脈衝的腐蝕同時作用於工件表麵，迅速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光（guāng）的工藝過程

粗拋

精（jīng）銑（xǐ）、電火花加（jiā）工、磨削等工藝後的表麵可以選擇轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉表麵拋光機進行拋光。然後是手工油石研磨，條狀油石加煤油作為潤滑劑或（huò）冷卻劑。使用順序為（wéi）180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

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

精拋（pāo）

精拋（pāo）主要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉或（huò）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的鑽石研磨膏和拋（pāo）光布輪可用來去除1 200#和1 50 0#號（hào）砂紙（zhǐ）留下的發狀磨痕。

4、珩磨

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

珩（héng）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（xiàng）對運動（dòng）去除（chú）加工餘量，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（shì）利用安裝於珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由漲開機（jī）構將油石沿徑向漲（zhǎng）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（xuán）轉和往複運動。零件不動；或者珩磨頭隻做旋轉運（yùn）動，工件（jiàn）往複運動，從而實現珩磨。

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

3.2珩磨（mó）加工的特點：

加工精度高：特（tè）別是一些中小型通孔，圓柱度能達到0.001mm

表麵質量好：表麵為交叉網紋，有利於潤滑油的存儲及（jí）油膜的保持。

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

切削餘量少。

糾孔能力（lì）強：采用珩磨加工工藝可以通過去除最（zuì）少加工餘（yú）量而極大地改善孔（kǒng）和（hé）外圓的尺（chǐ）寸精度、圓度、直線度、圓柱度和表麵粗（cū）糙度。

3.3珩（héng）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（yā）力（lì）壓向孔壁，分三（sān）個階段。

第一個階段是脫落切削階段，這種定壓珩（héng）磨，開始（shǐ）時由於（yú）孔壁粗（cū）糙，油石與孔壁接觸麵積很小，接觸壓力大，孔（kǒng）壁（bì）的凸出部分（fèn）很快被磨去。而油石（shí）表麵因接觸壓力大（dà），加上切屑對（duì）油石粘結劑的（de）磨耗，使磨粒與粘（zhān）結劑的結合強度下降，因而有的（de）磨粒在切削壓力（lì）的作用下（xià）自行脫落，油（yóu）石麵即露出新磨粒，此（cǐ）即油石自銳。

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

因此，油（yóu）石磨粒（lì）脫落很少，此時磨削不是靠新磨粒，而是由磨（mó）粒（lì）尖端切（qiē）削。因而磨粒尖端負（fù）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，繼續珩磨時油石和孔表麵的接觸麵積越來越大，極細的切屑堆積（jī）於油石與孔壁之間不易排除（chú），造成油石堵塞，變（biàn）得很光滑（huá）。因此油石切削能力極低，相當於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而（ér）產生粘結性堵塞時，油石完全失（shī）去（qù）切（qiē）削能（néng）力並嚴重發熱，孔的精度和表麵粗糙度均會受到影響。此時應盡（jìn）快結束珩磨。

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（shǐ）磨粒強製性地（dì）切入工件。因此（cǐ）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象。

因為（wéi）當油石產生堵塞切削力（lì）下降時，進（jìn）給量大於實際磨削量，此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落（luò）、破碎，切削（xuē）作用增強。

用此種方法珩磨時，為了提高孔精（jīng）度和表麵粗糙度，最後可用不進給珩磨一定時（shí）間。

定壓（yā）－－定量進給珩磨

開始時以定壓進給珩磨，當油石進入（rù）堵塞切削階段時，轉換（huàn）為定量進給珩磨，以提高效率。最後可（kě）用不進給珩磨（mó），提高孔的精度和表麵粗糙度。