磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區別

1、磨粒流工藝（yì）

磨料流加工(AFM)工藝是理想的拋光和去毛刺方（fāng）法，特別是對於複雜的內部形狀和有挑戰的表麵加工要（yào）求。

磨粒流加工技術（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓（yā）珩磨技術（shù），起源於20世紀60年代，是一種區別於傳統機械加工的光（guāng）整加工方法（fǎ）。利用具有一定黏性的（de）流動磨料介（jiè）質，在（zài）一定壓力作（zuò）用下，通（tōng）過引導流過工件的待加工表（biǎo）麵，磨料對材料形成擠壓（yā）並進行微量（liàng）去除，可以達到去除毛刺飛邊（biān）、孔口倒圓等加工效果，重要的是可以降低待加工（gōng）表麵的粗糙度值，實現光整加工目的。得益於塑（sù）性（xìng）極強的磨料，這種（zhǒng）加工技術幾乎可以對任意形狀的表麵進行（háng）光整加工，尤其是針對難以加工的複雜內（nèi）腔表麵，能取得（dé）較好的光整（zhěng）加工效果，近（jìn）年來這種技術在航空、航天、汽車和模具（jù）等行業得到了廣泛應用。

1—活塞（sāi）　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝係（xì）統

磨（mó）粒流（liú），簡單來說，就是一種（zhǒng）通過半流體介質進行拋光去毛刺的工（gōng）藝，主要（yào）麵（miàn）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個核心要素，即軟磨料（liào）、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（tǐ），調製而成（chéng）的半流體（tǐ）狀態的（de）介質，磨料顆粒的大小、硬度，以及半流體（tǐ）的粘稠度、遇熱後是否會（huì）黏（nián）貼工件，是影響拋（pāo）光去毛刺質量的關鍵。磨料通常選材有碳化矽、白剛玉（yù）、金剛石等，根據各自的（de）硬度，對應不同材質的工件。例如鋁製品、銅製品工件，選（xuǎn）用碳化矽（guī）磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白剛玉或金剛石更為（wéi）合適（shì）。

工（gōng）裝夾具

選用（yòng）夾具的原因是，為了提高工件拋光去（qù）毛刺的效率。一來，一（yī）款（kuǎn）夾具上可以同（tóng）時夾持多個工件，一次性加工。二來，使用工裝夾具（jù）後，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）計的關鍵在於，在（zài）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，減少培訓磨合時（shí）間，又可以減（jiǎn）少設備故障率，延長（zhǎng）設備使（shǐ）用壽命。

1.2磨粒流特點

(一)可加（jiā）工內（nèi）腔複雜的零件

(二)均勻性和重複性好

(三)可實現自動（dòng）化（huà）生產

(四)生產效率高

(五)可控性及可預測性好

(六)加工表麵質好

1、研磨

研磨是將研磨（mó）工具(以下簡稱研具)表麵嵌人磨（mó）料或敷（fū）塗磨料並添加潤滑劑,在一定的壓力作用（yòng）下，使工（gōng）件和研具接觸並（bìng）做相對運動（dòng），通過磨料作（zuò）用，從工（gōng）件表麵切去一層極薄的（de）切屑，使工（gōng）件（jiàn）具有精確的尺寸、準（zhǔn）確的幾何形狀和很高的表麵粗（cū）糙（cāo）度，這種對工件表麵進行最終精密加（jiā）工的方（fāng）法，叫做研磨。

1.1研磨的種類

濕研將液狀研磨劑塗敷或連（lián）續加（jiā）注於研具表麵，使磨料(W14～W5)在被加工的產品與研具間不斷地滑動與滾動，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（tú）以少量的潤（rùn）滑劑。幹研多（duō）用於精研。

半幹研所用研磨劑為糊（hú）狀的研磨膏，粗（cū）、精研均可采用（yòng）。

1.2研磨的特點及應用範圍

設備（bèi）簡單，精度要求高。

加工質（zhì）量可靠。可獲得很高的精度和很低的Ra值（zhí）。但一般不能提高加工（gōng）麵與其他表（biǎo）麵之間的位置精度。

可加工各種（zhǒng）鋼、淬硬鋼、鑄（zhù）鐵、銅鋁（lǚ）及其合金、硬質合金、陶瓷、玻璃及某些塑料製（zhì）品等。

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

1.3研磨機理

研（yán）磨的實質是用遊離的磨粒通過研具對工（gōng）件表麵進行包括物理和（hé）化學綜（zōng）合作用的微量切前，其（qí）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（dá）到R.=0.4~0.1μm,最小可達Ra=0.012μm,表麵幾何形狀精度和（hé）一些位（wèi）置精（jīng）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,但人們對研磨過（guò）程的機理有多種觀點。

純切削說

這（zhè）種（zhǒng）觀點認為:研磨和（hé）磨削（xuē）一樣，是一種純切削過程。最終精度（dù）的獲得（dé）是由（yóu）很多微小（xiǎo）的硬磨粒對工件表麵不斷切削，靠磨粒的尖劈、衝擊、刮削和擠壓（yā）作（zuò）用,形成（chéng）無數條切痕重疊、互相交錯、互相抵消的加工麵。它與磨削的差別隻是磨粒（lì）顆粒較細，切削運動不盡相同（tóng）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。例如，研磨過（guò）程中使用的磨料粒度一序比一序細，而獲得的精度則一序比一（yī）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（què）能（néng）加工出低粗糙度表麵的實例（lì），顯然這種觀點不全麵。

塑性變形說

這種觀點認為在研磨時，表麵發生了級性變形。即在工件與研具表（biǎo）麵（miàn）接觸運（yùn）動中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠壓（yā）作用下被“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（zài）研磨極軟材料（liào）(如鉛、錫等)時（shí），產（chǎn）生塑性（xìng）變形是有可能的（de）;而用軟基體拋光硬材料（liào）(如光學玻璃)時（shí），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（shì）簡單的壓平過程。

化學作用說

這種觀點認（rèn）為:被研磨（mó）表麵出現了化學變化（huà）過程。工件表麵活性物質在化學作用下，很快就形成了一層（céng）化合物薄膜;這層（céng）薄膜具有化學保護作用，但能被軟質磨料除掉。研磨過（guò）程就是工件表麵高凸部位形成（chéng）的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成的過程,最後獲得較低的表麵粗糙度。然而，顯微分析表明，經研磨的表層約有微米程度的破壞層。這說（shuō）明研磨不僅是（shì）磨料去除化合物薄膜的不斷形成過程（chéng），並且（qiě）對表麵層有切削作用，而化學作（zuò）用則加速了研磨過程。顯然化學作用說（shuō）也不全麵。

綜上（shàng）所述，研磨（mó）過程不可能由一種觀點（diǎn）來解釋。事實（shí）上，研磨是磨粒對工件表麵的切削、活性物質的化學作用（yòng）及工件表麵擠壓變形等綜（zōng）合作用的結果。某（mǒu）一作用的主次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、化學或電化學的作用，降低工（gōng）件表麵粗糙度，獲得光亮、平（píng）整表麵的加工方法。主要是利用拋光工具和磨（mó）料顆粒等對工件表麵進行的（de）修飾加工。

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（fā）生塑性變形（xíng）而（ér）去掉工件表麵凸出（chū）部得到平滑麵的拋光方法，一般使用油石條、羊（yáng）毛輪（lún）、砂（shā）紙等，以手（shǒu）工操作為主，表麵質量要求高的可采用超（chāo）精研拋的方法。超精研拋是采用（yòng）特製的磨具（jù），在含有磨料（liào）的研拋液中（zhōng），緊（jǐn）壓在工件被加工表麵上，作高速旋轉運動（dòng）。利用（yòng）該技術可達到（dào）Ra0.008 μm的（de）表（biǎo）麵粗糙度，是各種拋（pāo）光方法中表麵粗糙度最好的。光學鏡片模具常采用這種（zhǒng）方法。

化學拋光（guāng）

化學拋光是材料在化（huà）學介質中讓表麵微觀凸出的部分較（jiào）凹（āo）部分（fèn）優先溶解，從而得到平滑麵。該方法可以拋光形狀複雜的工件（jiàn），可以同時拋光很多工件，效率高。化學拋（pāo）光得到的表麵粗糙度一般為Ra10 μm。

電解（jiě）拋光

電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（fèn），使表麵光滑。與化學拋光相比，它可消除陰極反應的影響，效（xiào）果較好。

超聲波拋光

超聲（shēng）拋光是利用工具斷麵作（zuò）超聲波振動，通（tōng）過磨料懸浮液（yè）拋光脆硬材料的一（yī）種加工方法。將工件放入磨料懸浮液中並一（yī）起置於超聲波場中，依靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工（gōng）件表麵磨削拋光。

流體拋光

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

磁研磨拋光

磁研磨拋（pāo）光是利用磁性磨料在磁（cí）場作用下形成磨料刷，對工件磨削加工。這種方法加工效率（lǜ）高，質量好，加工條件容易控製（zhì）。。

電火花超聲複合拋光

為了提高表麵粗糙（cāo）度Ra為1.6 μm以上工件的拋光速度，采用超聲波與專用的高頻窄脈衝高峰值電流的脈衝電（diàn）源進行複合拋光，由超聲振（zhèn）動和電脈衝（chōng）的腐（fǔ）蝕同時作用於工件表麵，迅速（sù）降（jiàng）低其表麵粗糙度。

2.2拋光的工藝過（guò）程

粗拋

精銑（xǐ）、電火花加工、磨削等工（gōng）藝後的表麵可以選擇轉（zhuǎn）速在（zài）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（shí）加煤油（yóu）作為潤滑劑（jì）或冷（lěng）卻劑。使（shǐ）用順序為180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精（jīng）拋

半精拋主要使用砂紙和煤油。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（yìng）的模具（jù）鋼(52 HRC以（yǐ）上（shàng）)，而不適用於（yú）預硬鋼，因為這樣可能會導致預硬鋼件表麵損傷，無法達到預期拋（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或研磨膏進行研磨，則通常的研磨順序是9 μm(1 800#)→6 μm(3 000#)→3 μm(8 000#)。9 μm的鑽石研磨膏和拋光布（bù）輪可用來去除1 200#和1 50 0#號砂（shā）紙留下的發狀磨痕。

4、珩磨

在對零件（jiàn）加（jiā）工的過程（chéng）中，會使用到多種工藝，其中（zhōng）珩磨加工是（shì）對孔（kǒng）進行精整加工的一種加工方式。

珩磨工藝是一種以被（bèi）加工麵為（wéi）導向，在一定進給壓力下，通過工具和零件的相（xiàng）對運動去除加工餘量，其切（qiē）削軌跡為交叉網紋的精孔加工工藝。

3.1珩磨原理

珩磨是利用安裝於珩磨（mó）頭圓周上的一條或多條油石，由漲開機構將油石沿徑（jìng）向漲開，使其壓向（xiàng）工件孔壁，以便產生一定的接觸（chù）麵。同（tóng）時珩磨頭旋（xuán）轉和往複運（yùn）動（dòng）。零件不動；或者珩磨頭隻做旋（xuán）轉運動，工件往（wǎng）複運動，從而實現珩磨。

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

3.2珩磨加工（gōng）的特點：

加工（gōng）精度高：特別是一些中小型通孔（kǒng），圓柱（zhù）度能達到0.001mm

表麵質量好：表麵為（wéi）交（jiāo）叉網紋，有利於（yú）潤（rùn）滑油的存儲及油膜的保（bǎo）持。

加工範圍（wéi）廣：主要（yào）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（yì）可以通過去除最少加（jiā）工餘量而極（jí）大（dà）地改善孔和（hé）外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓（yuán）柱度和表麵粗（cū）糙度。

3.3珩磨的切削過程

定壓進給珩磨

定壓（yā）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（gè）階段是脫落切削階（jiē）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（jiē）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（shàng）切屑對油石粘結劑的磨耗，使（shǐ）磨粒與粘結（jié）劑的結（jié）合強度（dù）下降，因而有的磨粒（lì）在切（qiē）削壓力的作用下自行脫落，油石麵即露出新磨粒，此（cǐ）即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩磨的進行，孔表麵越來越光，與油石接觸麵積越（yuè）來越大，單位麵（miàn）積的接觸壓力下降，切削效率降低。同時（shí）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，油石磨（mó）粒脫落很少，此時磨削不是靠新磨粒（lì），而是由磨（mó）粒（lì）尖端切削。因（yīn）而磨粒尖端負荷很大，磨粒易破裂、崩碎而形（xíng）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（xì）的切屑堆積（jī）於（yú）油石與孔壁之間不易（yì）排除，造成油石堵（dǔ）塞，變得很光滑。因此油石切削（xuē）能力極（jí）低，相（xiàng）當於拋光。若繼續珩磨，油石堵塞嚴重而產生粘結性堵（dǔ）塞時，油石完全失去切削能力並嚴（yán）重發熱，孔的精度和表麵粗糙（cāo）度均會受到影響。此時應盡快結束珩磨。

定量進（jìn）給珩磨

定量進給珩磨（mó）時，進給機構以恒（héng）定的速度擴（kuò）張進給（gěi），使磨粒（lì）強製（zhì）性地切入工件（jiàn）。因此珩磨過（guò）程隻存在脫（tuō）落切削和破碎切削，不可能產生（shēng）堵塞切削現象。

因為當油石（shí）產（chǎn）生堵塞切削力下降時，進給量大於實際磨削量，此時珩磨壓力增高，從而使磨粒脫落、破碎，切削作用（yòng）增強。

用此種方法珩磨時，為了提高孔精度和表麵粗糙度，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（yǐ）定壓進給珩磨，當（dāng）油石進入堵塞（sāi）切削階段時，轉換為定量進給珩磨，以提高效率。最（zuì）後可用不進給珩磨，提高孔（kǒng）的精（jīng）度和表（biǎo）麵粗糙度。