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珩磨在深孔加工中的（de）應用分析

2017-12-29 來源：西部新鋯核材料科技有限公（gōng）司作者：崔順（shùn），李中（zhōng）奎，張（zhāng）建軍，文惠民

摘（zhāi）要：主要介紹了幾種常規的深孔加（jiā）工技術，並著重介紹了珩磨在深孔加工中的應用方式，珩磨時珩磨油、油石、珩磨工藝（yì）參數的選擇對珩磨工件的表麵質量、加（jiā）工效（xiào）率都有很大的影響（xiǎng），合理選（xuǎn）擇加工（gōng）工藝（yì）對珩磨產品至關重要。

關鍵（jiàn）詞：珩磨；深孔（kǒng）加工；應用分（fèn）析

目前常見的幾種深孔加工方式主要有鑽孔、鏜孔、鉸孔，但是加工產品的粗糙度值達不到 Ra0.2 um甚至更低的要求（qiú）。珩磨加工（gōng）由於采用浮動（dòng）磨削，加工精度受機床本身精度影響（xiǎng）較低，對於提高產品的表麵粗糙度、孔的（de）加工（gōng）精度有很好的效果。

本文結合珩磨過程中油石、切削液、工藝參數的選擇展開分析，討論了不同的匹配參數會（huì）產（chǎn）生不同的加工效果，合理選擇工藝參數對於產（chǎn）品的加工精度、加工效率有著重要的影響。

1 、深孔加工技（jì）術介紹

一般將孔的長度與直徑之（zhī）比大（dà）於 5 的孔（kǒng）稱為深孔[1]，約（yuē）占（zhàn）孔加工量的 40 %以上。深孔加工時，由於深孔刀具細（xì）長、剛性（xìng）差、強度低，加工（gōng）時容易引（yǐn）偏和振動，導致孔的軸線易歪斜，進而影（yǐng）響加工精度。

另外，刀（dāo）具（jù）的散熱條（tiáo）件差、切（qiē）屑排除困難等，易（yì）劃傷已加工表麵，嚴（yán）重時還會引起刀具的崩刃至折斷。目前，常見的深孔加工方法有以下幾種：

（1）鑽孔加（jiā）工。

在工件的端麵直接采用（yòng）鑽頭刀具進行加工，鑽杆導向架和床頭箱的相對位（wèi）置也會影響（xiǎng）孔的精度。根據排屑方式的不同，主（zhǔ）要分為內排屑、外排屑兩種。常見的鑽孔內排（pái）屑（xiè）方式有：BTA 單（dān）管鑽（zuàn）、噴吸鑽係統。BTA 單管（guǎn）受鑽（zuàn）杆內孔排屑空（kōng）間的限製（zhì），主（zhǔ）要用於直（zhí）徑﹥12 mm 的深孔鑽削加工。

噴吸鑽切削方式較（jiào） BTA 所需（xū）的（de）切削液（yè）壓力低。但加工時由於（yú）有（yǒu）內（nèi）管，加工（gōng）最（zuì）小直徑範圍受到限製，主要用於直徑＞18 mm的深孔加工。鑽（zuàn）孔外排屑指（zhǐ）的是切屑從鑽杆外部排

出，通常適用（yòng）於＜20 mm 以下的小孔（kǒng）加工，如槍鑽孔、深孔扁鑽、麻花（huā）鑽等加工方式，最小加工孔直徑可達1 mm.

（2）鏜孔、鉸（jiǎo）孔加工。

由於鑽孔刀具不能使工件內孔的粗糙度提高至 Ra3.6 um 甚至（zhì）更低，需要對鑽孔進行鏜孔、鉸孔處理。鏜孔分（fèn）為粗、精兩次鏜削（xuē）加工，可提高加工精度，也保證了鉸孔前的孔的尺寸和粗糙度要求。拆下鏜孔用（yòng）的鏜刀頭，換上鉸刀，對於深（shēn）孔加工起到光整作用，表麵粗糙度值可以達到 Ra≤ 0.8 um 甚（shèn）至更低，以便工件（jiàn）內表麵獲得更高的精度要求。

（3）珩磨加工。

在鑽、鏜、鉸（jiǎo）加（jiā）工之後，如果還（hái）達不到（dào）規定（dìng）的精度或粗糙度要求，就需要采用深孔精加工技術進行二次或者多次（cì）加工。二次加工由於受工件長度、孔徑尺寸、工件剛度和刀杆剛（gāng）度等因素的影響，加工難度較高。

珩磨加工由於采用浮動磨削，因而（ér）加工精度受機床本身精度的影響較小，越來越（yuè）多的應用在深孔加工領域中，圖 1 為珩磨加工原理圖。

圖 1 珩磨加工原理圖

珩磨的加工（gōng）原理：將工件安裝（zhuāng）在工作台上的夾（jiá）具中，通過機床主軸帶動珩磨頭旋轉並作（zuò）軸向往複運動，珩磨頭上的（de）油石以一（yī）定的壓（yā）力壓（yā）在被加工表麵上，從而切去工件上極（jí）薄的（de）一層金屬，以獲得高精度（dù）表麵。

其主要特點如下：

一是，加工精度高（gāo）：當加工（gōng）小直徑（jìng）孔時，孔的不圓度、錐度可達（dá） 0.5 ~ l um，直線度（dù）可達 1 um；加工中等（děng）直徑孔（φ50 ~ φ20 mm）時（shí），不圓度一般在 5 um 以下。

二（èr）是，加工表麵質量好：珩磨加工的表麵粗糙度可（kě）達 Ra1.2 um，采用強力珩磨時，表麵粗糙度可達（dá）Ra0.2 um。

經過（guò）珩磨加工的零件，其表麵形成一種有（yǒu）規則均勻而細密的交（jiāo）叉網紋，有（yǒu）利於潤（rùn）滑油的貯存和（hé）油膜的保持，並具有較高（gāo）的表麵支撐率，因而能承受較大的載荷，耐磨損。

此外，珩磨（mó）切削（xuē）速度（dù）低，冷（lěng）卻（què）液便於（yú）進人切削區，帶走（zǒu）珩磨產生的大部熱量，故被加工（gōng）表麵（miàn）不會產生燒傷、變質層、裂紋等缺陷（xiàn），適用（yòng）於加工（gōng）有相對運動的精密工件（jiàn）。

三（sān）是，加工範圍（wéi）廣：珩磨幾乎適用除鉛以外所有材料的加工。它可用（yòng）於各類孔的（de）加工，如通孔、盲孔、階梯孔、帶溝槽孔等。此外，還能（néng）加工外圓柱（zhù）麵、平麵、曲麵及齒輪表麵等。

珩磨可以加工（gōng）孔的內徑範圍為 1 ~ 2 000 mm，長度 1 ~ 24 000 mm.

圖 2 為某工程用管（guǎn）的加工圖示意，由於內孔為φ25 mm 較小（xiǎo），且內部要求的粗糙度較高。常規（guī）的加工（gōng）方法是：在深孔鑽床上先鑽、再通過拉鉸的形式加工內（nèi）表麵，由於內孔上有 15°錐麵台階，所（suǒ）以必須加（jiā）工完一端後再加工另（lìng）一端，由於內孔存在台階，再采用鑽刀加（jiā）工該錐麵。但是，缺（quē）點是加工采用鑽（zuàn）、鉸形式，內表麵的粗糙度值 Ra0.8 難以保證，且加工周期較長（zhǎng）。由於珩磨能夠直接加工（gōng）階梯孔，並且實現去除餘（yú）量、提高內孔表麵粗糙度的作用，故先采用成形刀具的鑽（zuàn）孔一次（cì）加（jiā）工成形，再珩磨不同（tóng）直徑的內（nèi）孔、階梯孔，可提高加工效率，並獲取更高精度的產品。

圖 2 為某工程用（yòng）管的加工圖示意

四是，珩磨餘量大（dà）：采用強力珩磨（mó）時，珩磨的工作壓力一般為 2 ~ 6 MPa [2]. 加工餘量（liàng）一般為 0.3 ~ 0.8mm，最大可達（dá） 1.1 mm[3].

2 、珩磨在深孔（kǒng）加工中的應用分析

深孔珩磨一般分為粗珩磨、精（jīng）珩（héng）磨，同其它機械加工一樣。每道（dào）工序（xù）都有最佳切（qiē）削參數，正確（què）選用珩磨參數，對珩磨的質量、效率、磨（mó）具及設（shè）備的使用（yòng）壽命都有（yǒu）較大影響。

2.1 珩磨油石的選擇

在深（shēn）孔珩磨加工過程中（zhōng），油石容（róng）易發生崩裂、破碎和脫落等（děng）現象，而產品工藝又要求油石不能硬度太高以免（miǎn）粘（zhān）屑劃傷工件表麵，又（yòu）不允許硬度太低而導致耐（nài）用度降低。珩磨油石的選擇與機床性能、工件材質和硬度、加工餘量等（děng）因素有關。具體選擇時應考慮以下因素（sù）：

（1）珩磨油石的磨料主要有白剛玉（yù）、綠色碳化矽兩個係列。粗珩時宜選用陶瓷結合劑的滲硫白剛玉，油（yóu）石具（jù）有氣孔率大，磨削效率高；滲硫（liú）處理（lǐ）能使油石在磨削過程中（zhōng）起到良好的潤滑作用。精珩時宜（yí）選用（yòng）綠（lǜ）色碳（tàn）化矽油（yóu）石，主要起拋光作用。

（2）油石粒度的選（xuǎn）擇與切削效率、加工表麵粗糙度有關。油石的粒度越粗，珩磨後工件表麵（miàn）的劃痕就越（yuè）深越寬，表麵粗糙度（dù）就（jiù）越大，珩磨就越效率高。因此珩磨油石的（de）粒度在滿足表麵粗糙度的前提下，盡量選擇粗粒度的（de）油石。深孔強（qiáng）力珩磨粗珩宜選 100~150 粒度（dù）的油石，精珩（héng）宜選 W40~W20 粒度的油石。不同的材料表（biǎo）麵粗糙度與油石粒度的關係如表 1 所列（liè）。

表 1 不同的（de）材料表麵粗糙度（dù）與油石粒度選擇表（biǎo）

（3）油石的硬度是指油石表（biǎo）麵的磨粒在外力作用下脫落的難（nán）易程（chéng）度。磨粒容易脫落的硬度低（dī），不易（yì）脫落的硬度高，一般（bān）根據機床類（lèi）型、被加工材料的性能和孔徑變化來選擇油石硬度。強力珩磨油（yóu）石（shí）硬度比普通油石硬度要高（gāo），粗珩時選 K~M，精珩時選 D~J.表 2 為（wéi）常見的油（yóu）石硬度選用（yòng）範圍表。

表 2 常見的油石硬度選用範圍表

2.2 切削液的選擇

珩磨時要求切削液必須及時將切屑及脫落（luò）的磨粒（lì）衝走，同時油石和工件之間需要進行潤滑。潤滑性能低、化學性能差的切削液很易（yì）使切屑嵌人油石的基體中，進而會產生（shēng）珩磨表（biǎo）麵的劃傷、出現裂紋，同時也縮短了珩磨油石使用時間。目前常（cháng）見的切削液主要有：水基冷卻（què）液、珩磨油。不（bú）同的珩磨產（chǎn）品應需要（yào）不同（tóng）的潤滑方式（shì）。含硫的珩磨油可以消除上述（shù）的（de）粘屑現象，不含（hán）硫的珩磨油通常在禁止使（shǐ）用添加劑（jì）的應用場所如航天航空等。

在珩磨時（shí）切削液應充足，並且（qiě）還要經（jīng）過過濾。過濾方式主要有：磁過濾、離心過濾（lǜ）兩種方式，加工沒有磁性（xìng）的材（cái）料，如鈦、鋯合金，則需采用離心過濾的方式。對精（jīng）度要求高的還應增加紙過濾。

2.3 珩磨工藝參（cān）數的（de）選（xuǎn）擇

在（zài）珩磨壓力相同的條件下，提高珩磨（mó）頭的旋（xuán）轉（zhuǎn）速度會提高工件表麵的粗糙度，並提（tí）高效（xiào）率。對於較硬的材料，降低切削速度，對於較軟的材料則可適當提高轉速（sù）。珩磨大直徑的工件，主軸速度應降低。珩磨較小直徑的（de）則應增加轉速。使用同一牌號油石（shí）時，也可利用主（zhǔ）軸速度的（de）變換實現粗珩、精珩。實現方法為（wéi）：先用低速進行粗珩，然後提高主軸轉速，珩磨頭往返運動速度增加時，加工工件為鋼件的表麵粗糙度將降低（dī），但是（shì）加工工件為鑄鐵件（jiàn）時，珩磨頭的往返（fǎn）運（yùn）動速度增（zēng）加反而有利於粗（cū）糙度的提高。

珩磨壓力與油石的損耗也有很大的關係，壓力大時，油石損耗快，反之，亦然。所以，在選擇珩磨壓（yā）力時（shí），應實（shí）驗性選擇，以防止劃傷工件表麵為宜。

3 、結束語

（1）珩磨工藝由於采用軟磨（mó）削，加工工件精度受機床本身精度（dù）的影（yǐng）響較小，越來（lái）越多的應用在深孔（kǒng）加（jiā）工領域中。

（2）珩磨油石、珩磨油、珩磨工藝的選（xuǎn）擇對珩磨工件（jiàn）的表麵質量、加工效率有很大的影（yǐng）響，合理選擇工藝對加工（gōng）精度有著至關重要的影響。

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