光整加工方法及其应用领域

光整加工是指获得比磨削等精加工还好的加工精度和表面质量（表面粗糙度值在Ra0.2 μm以下）的一些加工方法，常用的光整加工方法有超精加工、珩磨、研磨、滚压加工和抛光等。

（1）超精加工。超精加工是用装有细粒度、低硬度磨条（油石）的磨头，在较低压力下对工件实现微量磨削的光整加工方法。加工时，工件低速回转，加上磨头轴向进给及短行程低频往复振动，使每个磨粒在工件表面上的运动轨迹复杂而不重复（若不考虑磨头的轴向进给，则轨迹为余弦波曲线），从而对工件表面的微观不平进行修磨，使工件表面达到很高的精度和小的表面粗糙度。超精加工的工作过程经历了四个阶段：

①强烈切削阶段。超精加工在开始切削时，由于表面粗糙度较大，只有少数凸峰与油石接触，压力大，切削作用强烈，磨粒会因破碎、脱落而使切削刃更锋利，很快切去工件表面凸峰。

②正常切削阶段。随凸峰的磨平，油石与工件表面接触面积逐渐增大，压强减小，切削作用有所降低而进入正常切削阶段，工件表面变得平滑。

③微刃切削阶段。随加工的继续，磨粒慢慢变钝，切削作用越来越微弱，且细小的切屑嵌入油石空隙形成氧化物，油石产生光滑表面，对工件进行抛光，使工作表面呈现光泽。

④自停切削阶段，工件表面越来越光滑，工件表面与油石间形成连续的油膜，使切削过程自动停止，工件、油石不再接触。

超精加工中一般使用由80%的煤油、20%的全损耗系统用油配制而成的切削液，且使用时必须经过精细过滤。

超精加工因采用了细粒度磨条，故磨削余量很小（0.005～0.025mm）；加工中磨条的往复振动加长了磨粒单位时间内的切削长度，提高了生产率；由于运动轨迹复杂，并能由切削过渡至抛光，故可获得小的表面粗糙度，Ra≤0.04～0.01 μm，同时，微刃的正反切削使形成的切屑易于清除，不会划伤已形成的高光表面；切削中磨头速度低（30～100 m/min），磨条压力小，发热少，工件表面变质层浅（0.25 μm），无烧伤，耐磨性好。但由于油石与工件为浮动接触，因此，工件的精度由前道工序保证。

超精加工所用设备简单，操作方便，适用于加工轴类零件的外圆表面，对平面、球面、锥面和内孔也适用。

（2）珩磨。珩磨是用由数根粒度很细的砂条（油石磨条）所组成的珩磨头，对零件上的孔进行的一种光整加工方法。珩磨加工时，珩磨头的运动形式如下：珩磨头上砂条在机床主轴带动下旋转并做往复直线运动，砂条向工件孔壁的径向加压运动。旋转与直线往复运动的组合，使珩磨头砂条在工件孔壁上形成交叉而不重复的网纹，径向加压则构成珩磨中的进给运动，从而使磨条从工件表面均匀地去除薄层余量。一般采用由煤油和少量全损耗系统用油配制而成的切削液，以便冲走切屑和磨粒碎末，冷却并润滑加工面，改善表面质量。

①珩磨头。图7-68所示为一种较简单的机械调压式珩磨头。砂条黏结于珩条座6并装入珩磨头本体5的圆周等分槽中，珩条座通过顶销4接触于本体的锥面，拧动螺母1，通过压簧2使锥体3向下移动，顶销4使砂条径向向外均匀胀开，增大与工件孔壁的压力，实施切削中的进给运动，本体5与主轴浮动接触，当磨去余量后，压簧压力消失，卡于珩条座6两头的弹簧卡箍8（可防珩条座脱落）使珩条座径向缩回，以安全离开被加工孔。

图7-68　珩磨头

1—螺母；2—弹簧；3—锥体；4—顶销；5—本体；6—珩条座；7—油石；8—弹簧卡箍

②珩磨特点。珩磨可使工件获得IT5～IT4级的加工精度，但不能提高位置精度。珩磨时，珩磨头的圆周速度低，砂条与孔接触面积大，往复运动速度大，参加工作的磨粒多，有较高的生产率。珩磨中的磨削力小，发热少，加工中充分冷却，工件不易烧伤，且变形层浅，切削液冲击脱落的磨粒，能使工件表面获得高光度，表面粗糙度为Ra0.4～0.04 μm。

③珩磨应用。珩磨的生产率高于内圆磨，故一般用于大批量生产中精密孔系的终加工。珩磨的适应范围广，可加工φ5～500mm孔，孔的长径比可达10以上；可加工铸铁、淬火或不淬火钢。如用于发动机的气缸孔和液压缸孔的精加工。但珩磨不宜加工软而韧的有色金属及其合金材料的孔，也不宜加工带键槽的孔和花键孔等断续表面。(www.xing528.com)

（3）研磨。研磨是利用研具和工件间的研磨剂对工件表面进行光整加工的方法。研磨时，研具与工件间的研磨剂在一定压力下，部分磨粒被不规则地嵌入研具和工件表面，部分磨粒游离于研具、工件之间，研具与工件具有复杂的相对运动，通过研磨剂的机械及化学作用，研去工件表面极薄层的余量，从而获得很高的尺寸精度及极小的表面粗糙度。研磨一般可获得IT6～IT4级的加工精度，形状精度高（圆度为0.003～0.001mm），表面粗糙度为Ra0.1～0.08 μm，不能改善位置精度。研磨应用范围广，可用于外圆、内孔、平面、球面及螺纹、齿轮等复杂型面的加工。

①研具。研磨所用的研具，其材料应比较软，若太硬，磨料不易嵌入，且易被挤到研具与工件之外，切削效率低，当磨软工件时，磨料还可能嵌入工件，恶化表面质量；研具材料亦不能太软，否则研具磨损快，很容易失去正确形状而影响研磨质量。研具材料还应组织均匀，有较好的耐磨性。常用的研具材料为铸铁（一般用于精研）和青铜。

②研磨剂。研磨剂由磨料加上煤油及全损耗系统用油等调制而成，有时还加入化学活性物质，其目的是在工件表面生成一层极薄的较软的化合物，以加速研磨进程。常用的研磨磨料有刚玉、碳化硅、金刚石等，粒度较细，粗研用100#～240#或W40，精研用W14或更细的粒度。

③研磨方式。根据磨料是否嵌入研具有嵌砂研和无嵌砂研两种。嵌砂研是将磨料直接加入到加工区直到嵌入研具（自由嵌砂）或在加工前将磨料挤压入研具（强迫嵌砂）；无嵌砂研指采用较软的磨料（如CrO3）、较硬的研具（如淬火钢），磨粒不嵌入研具而处于自由状态。

图7-69　研磨工作简图

1—研磨盘；2—研磨剂；3—工件；4—隔板；5—偏心销；6—法兰

根据操作方法又有手工研和机械研两种。手工研时，由人工推动研具相对于安装于机床做低速回转的工件做往复运动，其效率较低，且质量取决于工人技术水平。机械研在专用研磨机上进行，效率高且劳动强度小，适用于大批量生产。

图7-69所示为机械研磨圆盘形工件示意图。工件放于隔板槽内而隔开，研磨时，上、下研盘向相反方向做不等速转动，下研盘上的偏心销带动隔板旋转，从而使工件在旋转的同时有径向往复窜动，使磨料的研磨轨迹复杂且不重复。研磨时，通过作用于法兰上的力可调节研磨时压力的大小。

（4）抛光。抛光是利用高速旋转的涂有抛光膏的抛光轮（用帆布或皮革、毛毡轮等）对工件表面进行光整加工的方法。抛光时，将工件压在高速旋转的抛光轮上，通过抛光膏中的化学作用使工件表面产生一层极薄的软膜，这就允许采用比工件材料软的磨料加工，且不致在工件表面留下划痕。因抛光轮转速很高，剧烈的摩擦使工件表层出现高温，表层材料被挤压而发生塑性流动，可填平表面的微观不平，而获得光洁表面。

抛光去除余量极其微弱（只去除工件表面的粗糙），不提高尺寸、形状及位置精度，只改善表面粗糙度（Ra≤0.01 μm），且抛光不能保证切削均匀，故生产中常作为装饰镀铬前的准备工序。

（5）滚压加工。滚压加工是利用滚压工具在常温状态下对工件表面施加一定的压力，使金属表层产生变形，压平表面粗糙凸峰，使表面粗糙度减小（可从Ra3.2～1.6 μm减小至Ra0.2～0.04 μm）、加工精度提高（IT8～IT7级）的无屑加工方法。同时，滚压还可改善表面物理力学性能，使表层产生残余压应力，提高零件的疲劳极限。滚压加工使用的设备工具简单，操作方便，生产效率也较高。

滚压用工具的材料一般选用GCr15、65Mn、W18Cr4V和T10等，硬度淬火至HRC60以上，当工件材料硬度较高时，可选用硬质合金、金刚石等材料。

滚压加工主要对在常温下容易产生塑性变形的材料进行加工，如较软的钢件、铝合金、铜合金及铸铁等。