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)工藝是理想的拋光和去毛刺（cì）方法，特別是對於複雜的內部形狀和有挑戰的表麵加工（gōng）要（yào）求。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術（shù），起（qǐ）源於20世紀60年代，是一種區別（bié）於傳統機械加工的光整加工方法。利用（yòng）具有一定黏性的流動磨料介質，在一定壓力作用下，通過引導流過工件的待加（jiā）工（gōng）表麵，磨料對材料形成擠壓並進行微量去除，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（dài）加工表麵的粗糙（cāo）度值，實現光整加工目的。得（dé）益於塑（sù）性極強的磨料，這（zhè）種加工技術幾乎可以對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（néng）取得較好的光整（zhěng）加工效果，近年（nián）來這種技術在航空、航天、汽車和模具等行業得到了廣泛應用。

1—活塞（sāi）　2—工（gōng）件　3—夾（jiá）具　4—缸體

1.1工藝（yì）係統

磨粒（lì）流，簡單來說，就是一種（zhǒng）通過半流體（tǐ）介質進行拋光去毛刺的工藝（yì），主要麵向內孔、以及不規則形狀的中小型工件（jiàn）。磨粒流拋光工藝包含三（sān）個核心要素，即軟磨（mó）料、夾具與PLC係統：

軟磨料（liào）

　　軟磨料是由非常細小的硬質顆粒，混合相關液體，調製而成的半流體狀態的介質，磨料顆粒的大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇（yù）熱後是否會黏貼工件，是影響拋光去毛刺質量的關鍵。磨料通常選材有碳化（huà）矽、白剛玉、金剛石等，根據（jù）各自的（de）硬度（dù），對（duì）應（yīng）不同材質（zhì）的工件。例如鋁製品、銅（tóng）製品工（gōng）件，選用碳化矽磨料即可（kě）。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白剛（gāng）玉或金剛石（shí）更為（wéi）合適。

工裝夾具

選用夾（jiá）具的原因是，為了提高工件（jiàn）拋光去毛刺的效率（lǜ）。一來（lái），一款夾具上可以同時夾持多個工件，一次性加工。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，如何保持工件均勻受力，而不致於使工件壓傷。

PLC係統

　　PLC係統是整個磨粒（lì）流設備的控製中心，PLC係統設計（jì）地簡潔、規範，既可以讓操作人員更快上手（shǒu），減少培訓磨合時間，又可以減少（shǎo）設備故障率，延長設（shè）備使（shǐ）用壽命。

1.2磨粒流特點（diǎn）

(一)可加工內腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性好

(三（sān）)可實現自動（dòng）化生產

(四)生產效率高

(五（wǔ）)可控性及可預測性好

(六)加工表麵質（zhì）好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡稱（chēng）研具)表麵嵌人磨料或敷塗磨料並添（tiān）加（jiā）潤滑劑,在一（yī）定的壓力作用下，使工件和研具接觸並做相對運（yùn）動，通過磨料作用，從（cóng）工件表麵切去一層極薄（báo）的切屑（xiè），使工件（jiàn）具有精確的尺寸、準確的（de）幾何形（xíng）狀和很高的表麵粗糙度，這種對工件表麵（miàn）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)在被加工的產品與研（yán）具間不斷地滑動與滾動，從而實現對工件的切削。濕研應用較多。

幹研將磨料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌在（zài）研具（jù）表層上，研磨時需（xū）在研具表麵塗以（yǐ）少量的潤滑（huá）劑（jì）。幹（gàn）研多用於精研。

半幹研所用研磨劑為糊狀的研磨膏（gāo），粗、精研均可采用。

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（zhī）間的位（wèi）置精度。

可（kě）加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及其合金、硬質合金、陶（táo）瓷、玻璃及某些塑（sù）料製（zhì）品等。

研磨廣泛（fàn）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（chǎn）中。

1.3研磨機理

研磨的（de）實質是用遊離的磨粒通過研具對工件表麵進行包括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（yī）些位置精度也可進一步提高。 

盡管研磨已廣泛應用於機械加工中，並且獲得了最佳的工藝效果,但（dàn）人們對研磨（mó）過程的機理有多種觀點（diǎn）。

純切削說

這種觀點認為:研磨和磨削一樣（yàng），是一種純切削過程。最終（zhōng）精度的（de）獲得是由很多微小的硬磨粒對工件表（biǎo）麵不斷切削，靠磨粒（lì）的尖劈、衝擊、刮削和擠壓作用,形成（chéng）無數條切痕（hén）重疊、互相交錯、互相抵消的加工麵。它與磨削的差別隻是磨粒顆粒較細（xì），切削運動不盡相同而已。這種觀點在實際過程中可以解釋許多現（xiàn）象，也能指導工作。例（lì）如，研磨過程中（zhōng）使用的（de）磨料粒度一序比一序（xù）細，而獲得的精度（dù）則一序比（bǐ）一序高。但這（zhè）種（zhǒng）觀點解釋不了用軟磨料加工硬材料，用大（dà）顆（kē）粒磨（mó）粒卻能加工出低粗糙度表麵的實例，顯然（rán）這種觀點不全麵。

塑性變形（xíng）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接（jiē）觸（chù）運動中，粗（cū）糙高凸的部位在摩擦、擠壓作用下（xià）被“壓平（píng）”，填充了低四處，而後形成極低的表（biǎo）麵粗糖度。住然而在研磨極軟材料(如鉛、錫等)時，產生塑性變形是有（yǒu）可能的;而用軟基體（tǐ）拋光（guāng）硬材料(如光學玻（bō）璃（lí）)時，則很難解釋為塑性變形。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。

化學作用說

這種觀點認為:被研磨表麵（miàn）出現了化學變化過程。工（gōng）件（jiàn）表麵活性物質在化學（xué）作用下（xià），很快就形成了一層化合物（wù）薄膜;這（zhè）層薄膜具（jù）有化學保護作用，但（dàn）能被軟（ruǎn）質磨料（liào）除掉。研磨過程（chéng）就是工件表麵高凸部位形成（chéng）的化合物薄膜不斷被除掉（diào）又很快形成的過程,最（zuì）後獲得較低的表麵粗（cū）糙（cāo）度（dù）。然而，顯微分析表明，經研磨的表層約有微米程度的破壞層（céng）。這說明研磨不僅是磨料去除化合物（wù）薄膜（mó）的（de）不斷形成（chéng）過程，並且對表麵層有切削作用，而化學作用則加速了（le）研磨過（guò）程。顯然化學作用說也不全麵。

綜上所（suǒ）述，研磨過程不（bú）可能由（yóu）一種觀點來解釋。事實上，研磨是磨粒對工件表麵的切削、活性物質的化學（xué）作用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決（jué）於加工性質及加工過程的進展階段。

2、拋（pāo）光（guāng）

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

2.1拋光的分類

機械拋光（guāng）

機械拋光（guāng）是（shì）靠切削（xuē）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（pāo）光方法，一般（bān）使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，表麵質量要求（qiú）高的可采用超精（jīng）研拋的方法。超精研拋是采用特製的磨具，在含有磨料的研（yán）拋液中，緊壓在（zài）工件被加工表麵上，作（zuò）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（shì）各種拋光方（fāng）法中表麵粗糙度最好的。光學鏡（jìng）片（piàn）模（mó）具常采用（yòng）這種（zhǒng）方法。

化學拋光

化學拋光是材（cái）料在化學介質中讓表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶解，從而得到平（píng）滑麵。該方法可以拋光形狀（zhuàng）複雜的（de）工件，可以同時拋光很多工件（jiàn），效率高。化（huà）學拋（pāo）光得到的表麵粗（cū）糙度一（yī）般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本（běn）原理與化學拋光（guāng）相（xiàng）同，即靠選擇性溶解材料表麵微小凸出部（bù）分，使表麵光滑。與化學拋光相比（bǐ），它可消除陰極（jí）反應的影響，效果較好。

超聲波拋光

超聲拋光是利用（yòng）工具斷麵作超聲波振動，通（tōng）過磨料懸浮液拋光脆硬材料的一種加工方法（fǎ）。將工件放入（rù）磨料懸浮液中並一起置於超聲波場中（zhōng），依靠超聲（shēng）波的振（zhèn）蕩作用，使磨料在工件表麵磨削拋光。

流體拋光

流體拋光是（shì）依靠流動（dòng）的液體及其攜帶的磨粒衝刷工件表麵達（dá）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（dī）壓力下流過性好（hǎo）的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻入磨料（liào）製成，磨料可采用碳化矽粉末。

磁（cí）研磨拋光

磁研磨拋光是利（lì）用（yòng）磁性磨料在磁場（chǎng）作用下形成磨料刷，對工件磨削加工。這種（zhǒng）方法（fǎ）加（jiā）工效率高，質量好，加工條件容易控製。。

電火（huǒ）花超（chāo）聲複合拋光

為了提高表麵粗糙度Ra為1.6 μm以上工件的拋光速度，采用超（chāo）聲波與專用的高頻窄脈衝高峰值電流的（de）脈衝電源進行複合拋光，由超聲振動和電脈衝的腐蝕同時作用於工件表（biǎo）麵，迅（xùn）速降低其表麵粗糙度。

2.2拋光的（de）工藝（yì）過程（chéng）

粗拋

精銑、電火花（huā）加工、磨削等工（gōng）藝後的表麵可以（yǐ）選擇轉速在35 000～40 000 r/min的旋轉（zhuǎn）表麵拋光（guāng）機進行拋光。然後是手工油石（shí）研（yán）磨，條狀油石加煤油作（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（méi）油。砂紙的號數（shù）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（de）模具鋼(52 HRC以上)，而不適用於預（yù）硬（yìng）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。

精拋

精拋主要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研（yán）磨粉或研磨膏進行研磨，則通常的研磨順（shùn）序是（shì）9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石研（yán）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，其中珩磨加工（gōng）是對孔進行精整加工的（de）一種加工方式。

珩磨工藝是一種（zhǒng）以被加工麵為導向（xiàng），在一定進給壓力下，通過工具和零件（jiàn）的相對運動去除加工餘量，其切削軌跡（jì）為交叉（chā）網紋的（de）精孔加工工藝。

3.1珩磨原理（lǐ）

珩磨是利用安裝於珩磨頭圓周上（shàng）的一條或多條油石（shí），由漲開機構將（jiāng）油石沿徑向（xiàng）漲開，使其壓向工件孔壁，以便產生一定的接觸麵。同時（shí）珩磨（mó）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（gōng）件往複運（yùn）動，從而實（shí）現（xiàn）珩磨。

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

3.2珩磨加工的特點：

加工精度高（gāo）：特別是一些中小（xiǎo）型（xíng）通孔，圓柱（zhù）度能達到0.001mm

表（biǎo）麵質量好：表麵為交叉（chā）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（kǒng）：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少加工餘量而極（jí）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（de）切削（xuē）過程

定壓進給珩磨（mó）

定壓（yā）進給中，進給機構以（yǐ）恒定的壓力壓向孔壁，分三個階段。

第一個階段是脫落切（qiē）削階段，這種定壓珩磨，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，孔壁的凸出部分很快被（bèi）磨去。而油石表麵因接觸壓力大，加上（shàng）切屑對油石粘結劑的磨耗（hào），使磨粒與粘結劑的結合強度下降，因而（ér）有（yǒu）的磨粒在切削壓力的作用下（xià）自行脫落，油石麵即露出新磨粒，此即油石（shí）自銳。

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

因此，油石磨（mó）粒（lì）脫落很少，此時磨削（xuē）不是靠新（xīn）磨粒，而是由（yóu）磨粒尖端切（qiē）削。因而（ér）磨粒尖端負荷（hé）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（xuē）階段，繼續珩磨時油石和孔表麵的（de）接觸麵積越來越大（dà），極細的切屑堆積於油石與（yǔ）孔壁之間不易排除，造成油石堵塞，變得很光滑（huá）。因此油石切削能力極低，相當（dāng）於拋光。若繼續珩磨，油石（shí）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會受到影（yǐng）響。此時應（yīng）盡快結束珩磨。

定量（liàng）進給珩磨

定量進給珩磨時，進給機構以恒定的（de）速度擴張進給，使磨粒（lì）強製性地切入工（gōng）件。因此珩磨過程隻存在脫落切削和破碎切削，不可（kě）能產（chǎn）生堵塞（sāi）切削現象（xiàng）。

因為當油石（shí）產生堵塞切削力下（xià）降時，進（jìn）給量大於實際磨削量（liàng），此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎（suì），切削作用增強。

用此種方法珩磨時（shí），為了提（tí）高孔精度和表麵粗糙（cāo）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（gěi）珩磨，當油（yóu）石進入堵塞切削階段時（shí），轉換為定量進給珩磨，以提（tí）高效率。最後可用不進（jìn）給珩磨（mó），提高孔（kǒng）的精度和表麵粗糙度。