磨削之研磨拋光、磨粒流與珩磨的區(qū)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方法，特別是對(duì)于復(fù)雜的內(nèi)部形狀和有挑戰(zhàn)的表面加工要求。

磨粒流加工技術(shù)（Abrasive Flow Machining，AFM）又稱為擠壓珩磨技術(shù)，起源于20世紀(jì)60年代，是一種區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械加工的光整加工方法。利用具有一定黏性的流動(dòng)磨料介質(zhì)，在一定壓力作用下，通過(guò)引導(dǎo)流過(guò)工件的待加工表面，磨料對(duì)材料形成擠壓并進(jìn)行微量去除，可以達(dá)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加工表面的粗糙度值，實(shí)現(xiàn)光整加工目的。得益于塑性極強(qiáng)的磨料，這種加工技術(shù)幾乎可以對(duì)任意形狀的表面進(jìn)行光整加工，尤其是針對(duì)難以加工的復(fù)雜內(nèi)腔表面，能取得較好的光整加工效果，近年來(lái)這種技術(shù)在航空、航天、汽車和模具等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

1—活塞　2—工件　3—夾具　4—缸體

1.1工藝系統(tǒng)

磨粒流，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種通過(guò)半流體介質(zhì)進(jìn)行拋光去毛刺的工藝，主要面向內(nèi)孔、以及不規(guī)則形狀的中小型工件。磨粒流拋光工藝包含三個(gè)核心要素，即軟磨料、夾具與PLC系統(tǒng)：

軟磨料

　　軟磨料是由非常細(xì)小的硬質(zhì)顆粒，混合相關(guān)液體，調(diào)制而成的半流體狀態(tài)的介質(zhì)，磨料顆粒的大小、硬度，以及半流體的粘稠度、遇熱后是否會(huì)黏貼工件，是影響拋光去毛刺質(zhì)量的關(guān)鍵。磨料通常選材有碳化硅、白剛玉、金剛石等，根據(jù)各自的硬度，對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的工件。例如鋁制品、銅制品工件，選用碳化硅磨料即可。而硬度較高的鎢鋼、合金鋼，選用白剛玉或金剛石更為合適。

工裝夾具

選用夾具的原因是，為了提高工件拋光去毛刺的效率。一來(lái)，一款?yuàn)A具上可以同時(shí)夾持多個(gè)工件，一次性加工。二來(lái)，使用工裝夾具后，退模換工件時(shí)，不必每次校準(zhǔn)，大大減少了停機(jī)時(shí)間。

工裝夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于，在提升效率的前提下，如何保持工件均勻受力，而不致于使工件壓傷。

PLC系統(tǒng)

　　PLC系統(tǒng)是整個(gè)磨粒流設(shè)備的控制中心，PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)地簡(jiǎn)潔、規(guī)范，既可以讓操作人員更快上手，減少培訓(xùn)磨合時(shí)間，又可以減少設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1.2磨粒流特點(diǎn)

(一)可加工內(nèi)腔復(fù)雜的零件

(二)均勻性和重復(fù)性好

(三)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)

(四)生產(chǎn)效率高

(五)可控性及可預(yù)測(cè)性好

(六)加工表面質(zhì)好

1、研磨

研磨是將研磨工具(以下簡(jiǎn)稱研具)表面嵌人磨料或敷涂磨料并添加潤(rùn)滑劑,在一定的壓力作用下，使工件和研具接觸并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)磨料作用，從工件表面切去一層極薄的切屑，使工件具有精確的尺寸、準(zhǔn)確的幾何形狀和很高的表面粗糙度，這種對(duì)工件表面進(jìn)行最終精密加工的方法，叫做研磨。

1.1研磨的種類

濕研將液狀研磨劑涂敷或連續(xù)加注于研具表面，使磨料(W14～W5)在被加工的產(chǎn)品與研具間不斷地滑動(dòng)與滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切削。濕研應(yīng)用較多。

干研將磨料(W3.5～W0.5)均勻地壓嵌在研具表層上，研磨時(shí)需在研具表面涂以少量的潤(rùn)滑劑。干研多用于精研。

半干研所用研磨劑為糊狀的研磨膏，粗、精研均可采用。

1.2研磨的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

設(shè)備簡(jiǎn)單，精度要求高。

加工質(zhì)量可靠?？色@得很高的精度和很低的Ra值。但一般不能提高加工面與其他表面之間的位置精度。

可加工各種鋼、淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁及其合金、硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃及某些塑料制品等。

研磨廣泛用于單件小批生產(chǎn)中加工各種高精度型面，并可用于大批大量生產(chǎn)中。

1.3研磨機(jī)理

研磨的實(shí)質(zhì)是用游離的磨粒通過(guò)研具對(duì)工件表面進(jìn)行包括物理和化學(xué)綜合作用的微量切前，其速度很低，壓力很小，經(jīng)過(guò)研磨的工件可獲得0.001mm以內(nèi)的尺寸誤差，表面粗糙度一般能達(dá)到R.=0.4~0.1μm,最小可達(dá)Ra=0.012μm,表面幾何形狀精度和一些位置精度也可進(jìn)一步提高。 

盡管研磨已廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工中，并且獲得了最佳的工藝效果,但人們對(duì)研磨過(guò)程的機(jī)理有多種觀點(diǎn)。

純切削說(shuō)

這種觀點(diǎn)認(rèn)為:研磨和磨削一樣，是一種純切削過(guò)程。最終精度的獲得是由很多微小的硬磨粒對(duì)工件表面不斷切削，靠磨粒的尖劈、沖擊、刮削和擠壓作用,形成無(wú)數(shù)條切痕重疊、互相交錯(cuò)、互相抵消的加工面。它與磨削的差別只是磨粒顆粒較細(xì)，切削運(yùn)動(dòng)不盡相同而已。這種觀點(diǎn)在實(shí)際過(guò)程中可以解釋許多現(xiàn)象，也能指導(dǎo)工作。例如，研磨過(guò)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。但這種觀點(diǎn)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面的實(shí)例，顯然這種觀點(diǎn)不全面。

塑性變形說(shuō)

這種觀點(diǎn)認(rèn)為在研磨時(shí)，表面發(fā)生了級(jí)性變形。即在工件與研具表面接觸運(yùn)動(dòng)中，粗糙高凸的部位在摩擦、擠壓作用下被“壓平”，填充了低四處，而后形成極低的表面粗糖度。住然而在研磨極軟材料(如鉛、錫等)時(shí)，產(chǎn)生塑性變形是有可能的;而用軟基體拋光硬材料(如光學(xué)玻璃)時(shí)，則很難解釋為塑性變形。實(shí)際上，工件在研磨前后有質(zhì)量變化，這說(shuō)明不是簡(jiǎn)單的壓平過(guò)程。

化學(xué)作用說(shuō)

這種觀點(diǎn)認(rèn)為:被研磨表面出現(xiàn)了化學(xué)變化過(guò)程。工件表面活性物質(zhì)在化學(xué)作用下，很快就形成了一層化合物薄膜;這層薄膜具有化學(xué)保護(hù)作用，但能被軟質(zhì)磨料除掉。研磨過(guò)程就是工件表面高凸部位形成的化合物薄膜不斷被除掉又很快形成的過(guò)程,最后獲得較低的表面粗糙度。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(shuō)明研磨不僅是磨料去除化合物薄膜的不斷形成過(guò)程，并且對(duì)表面層有切削作用，而化學(xué)作用則加速了研磨過(guò)程。顯然化學(xué)作用說(shuō)也不全面。

綜上所述，研磨過(guò)程不可能由一種觀點(diǎn)來(lái)解釋。事實(shí)上，研磨是磨粒對(duì)工件表面的切削、活性物質(zhì)的化學(xué)作用及工件表面擠壓變形等綜合作用的結(jié)果。某一作用的主次程度取決于加工性質(zhì)及加工過(guò)程的進(jìn)展階段。

2、拋光

拋光是指利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，降低工件表面粗糙度，獲得光亮、平整表面的加工方法。主要是利用拋光工具和磨料顆粒等對(duì)工件表面進(jìn)行的修飾加工。

2.1拋光的分類

機(jī)械拋光

機(jī)械拋光是靠切削或使材料表面發(fā)生塑性變形而去掉工件表面凸出部得到平滑面的拋光方法，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，表面質(zhì)量要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采用特制的磨具，在含有磨料的研拋液中，緊壓在工件被加工表面上，作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。利用該技術(shù)可達(dá)到Ra0.008 μm的表面粗糙度，是各種拋光方法中表面粗糙度最好的。光學(xué)鏡片模具常采用這種方法。

化學(xué)拋光

化學(xué)拋光是材料在化學(xué)介質(zhì)中讓表面微觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解，從而得到平滑面。該方法可以拋光形狀復(fù)雜的工件，可以同時(shí)拋光很多工件，效率高?；瘜W(xué)拋光得到的表面粗糙度一般為Ra10 μm。

電解拋光

電解拋光基本原理與化學(xué)拋光相同，即靠選擇性溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。與化學(xué)拋光相比，它可消除陰極反應(yīng)的影響，效果較好。

超聲波拋光

超聲拋光是利用工具斷面作超聲波振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液拋光脆硬材料的一種加工方法。將工件放入磨料懸浮液中并一起置于超聲波場(chǎng)中，依靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工件表面磨削拋光。

流體拋光

流體拋光是依靠流動(dòng)的液體及其攜帶的磨粒沖刷工件表面達(dá)到拋光的目的。流體動(dòng)力研磨是由液壓驅(qū)動(dòng)，介質(zhì)主要采用在較低壓力下流過(guò)性好的特殊化合物(聚合物狀物質(zhì))并摻入磨料制成，磨料可采用碳化硅粉末。

磁研磨拋光

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

電火花超聲復(fù)合拋光

為了提高表面粗糙度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沖高峰值電流的脈沖電源進(jìn)行復(fù)合拋光，由超聲振動(dòng)和電脈沖的腐蝕同時(shí)作用于工件表面，迅速降低其表面粗糙度。

2.2拋光的工藝過(guò)程

粗拋

精銑、電火花加工、磨削等工藝后的表面可以選擇轉(zhuǎn)速在35 000～40 000 r/min的旋轉(zhuǎn)表面拋光機(jī)進(jìn)行拋光。然后是手工油石研磨，條狀油石加煤油作為潤(rùn)滑劑或冷卻劑。使用順序?yàn)?80#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。

半精拋

半精拋主要使用砂紙和煤油。砂紙的號(hào)數(shù)依次為：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。實(shí)際上#1 500砂紙只用適于淬硬的模具鋼(52 HRC以上)，而不適用于預(yù)硬鋼，因?yàn)檫@樣可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)硬鋼件表面損傷，無(wú)法達(dá)到預(yù)期拋光效果。

精拋

精拋主要使用鉆石研磨膏。若用拋光布輪混合鉆石研磨粉或研磨膏進(jìn)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的鉆石研磨膏和拋光布輪可用來(lái)去除1 200#和1 50 0#號(hào)砂紙留下的發(fā)狀磨痕。

4、珩磨

在對(duì)零件加工的過(guò)程中，會(huì)使用到多種工藝，其中珩磨加工是對(duì)孔進(jìn)行精整加工的一種加工方式。

珩磨工藝是一種以被加工面為導(dǎo)向，在一定進(jìn)給壓力下，通過(guò)工具和零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)去除加工余量，其切削軌跡為交叉網(wǎng)紋的精孔加工工藝。

3.1珩磨原理

珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石，由漲開(kāi)機(jī)構(gòu)將油石沿徑向漲開(kāi)，使其壓向工件孔壁，以便產(chǎn)生一定的接觸面。同時(shí)珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。零件不動(dòng)；或者珩磨頭只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)珩磨。

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

3.2珩磨加工的特點(diǎn)：

加工精度高：特別是一些中小型通孔，圓柱度能達(dá)到0.001mm

表面質(zhì)量好：表面為交叉網(wǎng)紋，有利于潤(rùn)滑油的存儲(chǔ)及油膜的保持。

加工范圍廣：主要加工各種圓柱形孔：通孔、軸向和徑向有間斷的孔

切削余量少。

糾孔能力強(qiáng)：采用珩磨加工工藝可以通過(guò)去除最少加工余量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓柱度和表面粗糙度。

3.3珩磨的切削過(guò)程

定壓進(jìn)給珩磨

定壓進(jìn)給中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)以恒定的壓力壓向孔壁，分三個(gè)階段。

第一個(gè)階段是脫落切削階段，這種定壓珩磨，開(kāi)始時(shí)由于孔壁粗糙，油石與孔壁接觸面積很小，接觸壓力大，孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表面因接觸壓力大，加上切屑對(duì)油石粘結(jié)劑的磨耗，使磨粒與粘結(jié)劑的結(jié)合強(qiáng)度下降，因而有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落，油石面即露出新磨粒，此即油石自銳。

第二階段是破碎切削階段，隨著珩磨的進(jìn)行，孔表面越來(lái)越光，與油石接觸面積越來(lái)越大，單位面積的接觸壓力下降，切削效率降低。同時(shí)切下的切屑小而細(xì)，這些切屑對(duì)粘結(jié)劑的磨耗也很小。

因此，油石磨粒脫落很少，此時(shí)磨削不是靠新磨粒，而是由磨粒尖端切削。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(xù)珩磨時(shí)油石和孔表面的接觸面積越來(lái)越大，極細(xì)的切屑堆積于油石與孔壁之間不易排除，造成油石堵塞，變得很光滑。因此油石切削能力極低，相當(dāng)于拋光。若繼續(xù)珩磨，油石堵塞嚴(yán)重而產(chǎn)生粘結(jié)性堵塞時(shí)，油石完全失去切削能力并嚴(yán)重發(fā)熱，孔的精度和表面粗糙度均會(huì)受到影響。此時(shí)應(yīng)盡快結(jié)束珩磨。

定量進(jìn)給珩磨

定量進(jìn)給珩磨時(shí)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)以恒定的速度擴(kuò)張進(jìn)給，使磨粒強(qiáng)制性地切入工件。因此珩磨過(guò)程只存在脫落切削和破碎切削，不可能產(chǎn)生堵塞切削現(xiàn)象。

因?yàn)楫?dāng)油石產(chǎn)生堵塞切削力下降時(shí)，進(jìn)給量大于實(shí)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(qiáng)。

用此種方法珩磨時(shí)，為了提高孔精度和表面粗糙度，最后可用不進(jìn)給珩磨一定時(shí)間。

定壓－－定量進(jìn)給珩磨

開(kāi)始時(shí)以定壓進(jìn)給珩磨，當(dāng)油石進(jìn)入堵塞切削階段時(shí)，轉(zhuǎn)換為定量進(jìn)給珩磨，以提高效率。最后可用不進(jìn)給珩磨，提高孔的精度和表面粗糙度。