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珩磨加工是怎樣的一種加工方式？有什么不同？
2020-2-17  來源：金屬加工  作者：孟璐 鄭文虎
 
       珩磨加工是磨削加工的特殊工藝形式，其實(shí)質(zhì)是一種低速磨削，也是一種高效率的光整加工方法，其加工范圍廣、加工精度高，可以在多種機(jī)床上采用，而且工具簡單、操作簡便。
  
       1、珩磨加工的特點(diǎn)
  
       珩磨加工具有如下特點(diǎn)：
  
       （1）加工范圍廣。主要用于孔的光整加工，如圓柱孔、臺階孔、盲孔和圓錐孔等。也可用于平面、球面和成形面及外圓表面。珩磨的孔徑為1～1200mm或更大，孔長可達(dá)12000mm。幾乎所有的工件材料都可以珩磨加工。
  
       （2）加工表面質(zhì)量好。珩磨后的表面呈交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的貯存和潤滑膜的保持，耐磨損，使用壽命長。還由于珩磨速度是一般磨削速度的幾十分之一，磨削力和熱很小，工件表面不產(chǎn)生燒傷、裂紋、變質(zhì)和硬質(zhì)層。
  
       （3）加工精度高。采用珩磨加工內(nèi)孔時(shí)，其圓度和圓柱度可達(dá)0.005～0.01mm，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.05～0.2μm，但不能提高位置精度，可以代替部分磨削加工，加工效率與磨削相當(dāng)。
  
       （4）對機(jī)床精度要求低。珩磨加工除采用專用的珩磨機(jī)床外，也可在車床、鏜床和鉆床上進(jìn)行。
  
       2、珩磨加工原理
  
       珩磨是利用安裝在珩磨頭圓周上若干條油石，由脹開機(jī)構(gòu)將油石徑向脹開，使油石壓向工件孔壁，產(chǎn)生一定的壓力和接觸面積，在珩磨頭（或工件）旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動中對工件進(jìn)行低速磨削，如圖1所示。為了減小機(jī)床主軸與工件中心不同軸和機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)精度對工件加工精度的影響，珩磨頭與機(jī)床主軸間的連接采用浮動連接，以工件孔為導(dǎo)向。珩磨時(shí)，油石與孔壁重疊接觸點(diǎn)相互干涉、相互修整，在珩磨運(yùn)動中使孔表面呈現(xiàn)交叉的螺旋線切削軌跡。由于運(yùn)動軌跡不重復(fù)，使干涉點(diǎn)的機(jī)會差不多均等，切削作用不斷減弱，孔與油石面的圓度和圓柱度不斷提高，孔壁的表面粗糙度值將不斷降低，在達(dá)到所要求的尺寸精度后，完成珩磨加工。
  
  
       3、珩磨頭的結(jié)構(gòu)
  
       在珩磨加工過程中，工件的加工精度（尺寸和形狀）、加工效率和加工表面質(zhì)量，都取決于珩磨頭的結(jié)構(gòu)合理，同時(shí)也取決于機(jī)床的進(jìn)給方式、油石特性和工件夾具。珩磨頭結(jié)構(gòu)好，油石脹縮均勻，切削液易注入，切屑與磨粒脫落后易排除，油石的修整與定位準(zhǔn)確和制造容易，將直接影響珩磨效果。
  
       珩磨頭由磨頭體、油石座、油石、導(dǎo)向條、彈簧和錐體脹芯組成，如圖2所示。珩磨頭的結(jié)構(gòu)與尺寸是根據(jù)被加工工件的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)制造的，原理都相同。有定壓脹進(jìn)、臺階孔、手動脹縮，有萬向和沒有萬向、小孔、單油石和對開瓦、盲孔和圓錐孔等珩磨頭。
  
  
       4、油石的選擇
  
       （1）油石特性的選擇。油石的磨料有剛玉類、碳化物類、人造金剛石和立方氮化硼，可根據(jù)工件材料和加工質(zhì)效進(jìn)行選擇。過去多采用前兩種磨料，現(xiàn)代多采用后兩種磨料。因?yàn)榇藘煞N磨料的硬度極高，是前兩種磨料硬度的3～4倍，耐磨性高，壽命長，切削刃鋒利，加工質(zhì)量好，相對成本很低。油石的結(jié)合劑一般采用樹脂結(jié)合劑，前兩種磨料以前多采用陶瓷結(jié)合劑，對于幾毫米以下的小孔采用金屬（或電鍍）結(jié)合劑。磨料的粒度是根據(jù)工件表面粗糙度值要求選擇的。粒度粗則加工效率高，表面粗糙度值Ra大；反之，粒度細(xì)則加工效率低，表面粗糙度值Ra就小。當(dāng)磨料粒度為F120～F150時(shí)，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.8μm；當(dāng)磨料粒度為F150～F240時(shí)，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.4μm；當(dāng)磨料粒度為F240～W20時(shí)，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.05～0.2μm。油石的硬度和組織，請參照磨削時(shí)砂輪特性的選擇原則。對于超硬磨料（人造金剛石和立方氮化硼）的油石，還得選擇合理的濃度，即每立方厘米所含超硬磨料的克拉（ct）質(zhì)量（1ct=0.2g），一般采用75%（313ct/cm3）和100%（4.4ct/cm3）濃度為宜。上述選擇也適用于輪式珩磨。
  
       （2）油石（珩磨輪）尺寸的選擇。工件材料硬時(shí)，油石應(yīng)窄一些；工件材料軟時(shí)，油石應(yīng)寬一些。加工脆性材料，油石應(yīng)寬一些；加工塑性材料，油石應(yīng)窄一些，有利于排屑。珩磨頭油石總寬度應(yīng)為孔圓周長的15%～28%為宜。關(guān)于油石的長度，對于一般孔，油石長度為孔徑的1.0～1.5倍；對于小孔，油石長度為孔長的1/2～2/3，但不能太長，太長了會增加珩磨頭的質(zhì)量，但它的導(dǎo)向性就好。如果過短，會影響孔的直線性（圓柱度）。珩磨輪的尺寸，一般直徑為φ50～φ100mm，寬度為25～35mm。
  
       5、珩磨用量
  
       （1）珩磨合成速度vc。它是由珩磨頭圓周速度v和往復(fù)速度va合成的，油石上的磨粒在工件孔表面上的運(yùn)動軌跡是兩條相交叉成一定角度的螺旋線，是由無數(shù)磨粒切削的結(jié)果，便在工件表面上形成交叉網(wǎng)狀紋理。網(wǎng)狀紋理交叉角θ稱為切削交叉角，如圖3所示。不同工件材料的圓周速度v也不相同，硬度高的圓周速度低，硬度低的圓周速度相對高一些，一般v=20～60m/min。往復(fù)速度v a=18～25m/min，交叉角θ=40°～90°，合成速度vc=18～35m/min。
  
  
       （2）珩磨油石工作壓力。它是指垂直作用在油石單位面積上的平均壓力。粗珩時(shí)單位面積上的工作壓力為0.2～0.5MPa，超精珩時(shí)為0.05～0.1MPa。 
  
       （3）珩磨進(jìn)給量。進(jìn)給量的大小取決于工件材料的硬度、磨粒的粒度和加工階段（粗或精加工）。若工件材料硬度大，在精加工時(shí)進(jìn)給量小一些；反之應(yīng)大一些。一般珩磨徑向進(jìn)給量，粗珩時(shí)為1.8～3.2μm/r，精珩時(shí)為0.1～1.5μm/r。
  
       （4）珩磨條工作行程l和越程量a。它取決于油石的長度l1，同時(shí)也影響珩磨后孔的圓柱度，如圖4所示。l＝L＋2a－l1（L為工件長度）。一般油石的越程量取油石長度l1的1/5～1/3。
  
  
       （5）珩磨余量。珩磨余量的大小與前工序形狀誤差和表面粗糙度值大小有關(guān)，也即珩磨余量必須大于這兩者的總誤差。一般取前工序總誤差的2～2.5倍，同時(shí)也和生產(chǎn)批量大小有關(guān)。單件生產(chǎn)為0.04～0.1mm，成批量生產(chǎn)為0.02～0.06mm。
  
       6、珩磨液
  
       珩磨時(shí)一定要采用具有良好的清洗作用、冷卻作用和有一定潤滑作用的珩磨液。加工鋼時(shí)，采用80%～90%煤油加10%～20%的2號錠子油，或55%煤油加40%油酸和5%松節(jié)油；加工鑄鐵時(shí)，采用煤油，或煤油加10%～20%的2號錠子油；加工青銅或鋁合金時(shí)，采用煤油。在使用珩磨液時(shí)，必須清潔或過濾，以避免劃傷工件表面。此珩磨液也適用于珩磨輪珩磨。
  
       7、輪式珩磨加工
  
       （1）輪式珩磨加工原理。輪式珩磨是一種工件表面光整加工方法。它的原理與實(shí)質(zhì)是，用細(xì)粒度磨具在彈性壓力下對工件表面進(jìn)行低速磨削。輪式珩磨有單輪、雙輪和多輪珩磨方式。圖5所示為雙輪珩軸的外圓。工件旋轉(zhuǎn)帶動珩磨輪被動旋轉(zhuǎn)，珩磨輪的軸線與工件軸線在空間相交27°～35°，在彈簧的作用下壓向工件，并沿工件軸向進(jìn)給，形成低速磨削運(yùn)動，完成珩磨加工。輪式珩磨主要用于光整加工工件的內(nèi)、外圓表面，如各種軸類、軋輥、套筒、缸筒、活塞桿和大型軸承內(nèi)、外圓滾道。加工的工件材料有鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金、淬火鋼和硬脆金屬等。
  
  
       （2）輪式珩磨加工特點(diǎn)。①可以獲得較低的工件表面粗糙度值。一道工序加工后，增加一工步，可使表面粗糙度值R a＝6.3～12.5μm，通過兩三次走刀珩磨，降低到R a＝0.2～1.6μm，十分快捷。②可提高工件耐磨、耐蝕等使用性能。③對前工序加工要求不高，只需達(dá)到形狀和位置精度，根據(jù)前工序（步）加工情況和工件要求，留有0.03～0.1mm余量即可，并可代替一些難磨削工件的磨削（如細(xì)長軸和桿、各種長缸筒、箱體孔等）。④對機(jī)床精度要求不高，可在車床、銑床、鏜床和鉆床上進(jìn)行。⑤適用范圍大，對不同硬度和材質(zhì)的工件材料均可進(jìn)行珩磨。
  
       （3）輪式珩磨工具（頭）。輪式珩磨工具，根據(jù)工件的批量和工件尺寸，有很多種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)原理、功用都相同。雙輪和多輪珩磨頭，多用于定尺寸批量生產(chǎn)，加工效率高。但常用的是單輪內(nèi)外圓珩磨工具，如圖6、圖7所示。其適用工件尺寸范圍大，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，操作方便，在生產(chǎn)中被廣為采用。珩磨輪的磨料一般采用白剛玉（WA），粒度為F150～F180、F180～F240。如珩磨硬質(zhì)合金、陶瓷時(shí)，應(yīng)采用碳化硼、金剛石和立方氮化硼。結(jié)合劑為樹脂，一般為自己制造。珩磨輪固化后，必須用內(nèi)孔定位，用PCD刀具車削外圓和兩側(cè)端面，以避免使用時(shí)跳動。其弧形工作面在珩磨過程中自行修整形成，這時(shí)的珩磨效果最好。弧形面形成后，其直徑在寬度上相差很多（幾毫米），造成在速度上有差別，相互干涉后達(dá)到低速磨削之目的。珩磨輪的軸線與工件軸線必須相交成27°～35°，而且是向右偏斜。若此交叉角太大，則珩磨可能發(fā)生停止轉(zhuǎn)動；若此交叉角太小，則加工效率低。
  
  
  
       （4）輪式珩用量。①工件或磨頭速度vc一般為50～60m/min，如果珩磨輪孔中為滾動軸承時(shí)，vc可達(dá)150m/min。vc高則加工效率高。②進(jìn)給量一般為f=1～3mm/r，不能過大，否則會影響工件表面質(zhì)量。③珩磨余量一般為2ap=0.05～0.1mm。④珩磨輪與工件觸壓力一般單位面積為50～200MPa，不能大，否則會造成軸承發(fā)熱。
  
       （5）珩磨液和注意事項(xiàng)。珩磨液的選用與條式珩磨相同。如不能連續(xù)澆注珩磨液時(shí)，可涂上研磨膏和加入少量的油酸，以提高工作效率。如沒有煤油，也可用乳化液連續(xù)澆注代替。如發(fā)現(xiàn)珩磨輪與工件表面接觸不好，或珩磨時(shí)間過長、工件表面產(chǎn)生波紋時(shí)，一是把珩磨輪外圓與孔修車同軸，二是把珩磨輪翻轉(zhuǎn)180°裝上再用，予以消除。
  
       8、結(jié)語
  
       珩磨加工是現(xiàn)代采用的光整加工方法之一，具有工具和工藝簡單、加工效率高的優(yōu)點(diǎn)。在要求工件表面粗糙度值R a＜1.6μm的情況下，可以代替磨削加工，而廣泛用于生產(chǎn)。
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