油石超精磨削技术初析.docx

油石超精磨削技术初析: according to the ultra precision grinding of principle, analyzes the superfinishing grinding process parameters and related technology, how to choose, use oil-stone, is to improve the special quality ultra precision of the key.Keywords: oil-stone grinding ultra precision 超精磨削是一种高效 率理想获得镜面状态表面的金属加工 方法，它是以一定的压力把油石 压向旋转着的工件， 形成面接触 状态，并使油石作轴向振动油石超精磨削之所以能高效率地使被加工件获得镜面理想 状 态，关键在于充分利用加工条件，正确选择、使用油石超精 磨削过 程一般呈现四个阶段工件表面只有极少尖峰部分得到磨削， 油石磨料大量脱落， 磨 削强烈磨削面扩大到整个加工面， 油石处于没有堵塞的磨削状态 存 微小磨削痕迹，有模糊光泽的加工表面，在油石工作面 上呈堵塞和磨 粒脱落痕迹混合一体的微磨削状态。

没有磨削痕迹的镜面，油石工作面处于堵塞而不见磨料脱 落的状态1. 油石超精磨削的工艺参数（1）油石给工件的压力对超精磨削的影响油石的压力 P 与油石的磨耗量 S 之间 的关系如图 1 所示可 用三条直线近似地 表示油石的磨耗曲线三条直线交点为 A、 B C其中，A和B分别为磨削界限点和 镜面界限点，C为临界 点在粗糙加工时， 应选取稍高于临界点压力；在超精磨削时 应选取比临界点低些压力，以获得理想效 果通过观察磨削中所出现的各种现象， 亦能判断出临界压力的选 择是否合适在 一般超精磨削中， 随着磨削的进程， 工件表面由白 色变成交 叉网纹状， 最终形成黑色光泽的表面 如果磨削状态一直 继续下 去，工件表面呈现网纹，油石磨耗量大，这说明油石对工件的 压 力已超过临界压力，需调低其压力相反，如果在前道磨削的纹 路未消除之前就出现发出黑色光泽的表面， 这说明油石对工件的 压 力低于临界压力，需调高其压力通常油石对工件压力应在 0.10.2MPa 2）磨削方向角对超精的影响 油石的磨削方向角和油石磨耗量 之间的关系，亦存在类似 如图 1所示的磨耗的临界性变化 C 点附近 的磨削方向角称为临 界磨削方向角。

超精加工时， 磨削方向角的大 小对生产效率和表 面粗糙度影响很大磨削方向角大时，金属受到了 强烈磨削，效 率较高，但对改善表面粗糙度不利；磨削方向角小时， 磨削过程 近似摩擦过程，对改善粗糙度有利一般在粗超精加工时， 磨削 方向角应在 45-60之间，振幅为 2-3mm 的频率为宜；在精超精 加工时，磨削角应在 30-45°之间，振幅为 0.5-2mm 的频率为宜3）冷却液对超精磨削的影响 冷却液具有冷却、清洗和润滑功 能由于超精磨削是在低 速低压下进行， 所以冷却液主要起清洗和 润滑作用， 因此冷却液 的净化处理尤为重要 一般应有磁性过滤器 再加纸质过滤器或涡 流分离器等两级净化装置超精磨削还要求冷却 液具有适当粘 度，使油石与工件之间形成适当油膜 粘度较小的冷 却液能使油 石的磨削作用强烈， 适合于硬质材料的加工 为改善粗 糙度而过 高地增加冷却液的粘度也是没有意义的， 这将导致工件转 动变得 困难通常在超精磨削中使用的冷却液是煤、机油的混合液，视 具体 情况，比例选取可参照下表在其他情况下，将 3%的油质酸添加在冷却液 中，可防止油石 工作表面上的粘结磨屑在超精 磨削不锈钢、耐热钢、铝合金和 青铜时，采用含 有 3-5%的油质酸（其余为 20#机油）的油质冷 却 液，使磨削的粘结率明显降低，对改善工件表面 粗糙度极为 有利。

2. 超精磨削油石 正确选择油石，对超精磨削质量影响极大，必 须引起足够 重视选择油石应以磨粒、粒度、结合剂、硬度和组织等 方面综 合考虑磨粒的种类 依据被加工件材料的强度、硬度，在超精磨削中广 泛采用 白刚玉油石、立方碳化硅油石、碳化硅油石、立方碳化硼油 石、 氧化铬油石和人造金刚石油石等2）粒度 粒度的大小对工件的粗糙度和生产效率有直接影响粒度 粗，磨削能力强； 粒度细，粗糙度低一般说，要获得低于 Ra0.1um 的粗糙度，粒度应为 W10 或更细3）结合剂 超精磨削用油石的结合剂主要是陶瓷结合剂和树脂 结合 剂其优点分别是：强度高、刚性好、化学稳定性和耐水性强； 强度和弹性皆较高缺点分别是：较脆，易破裂，耐磨性差作 用分 别是：加工钢件、铸铁件；加工硅、锗等国外广泛使用聚乙烯结合剂油石， 用来加工软质金属， 如铜 和 不锈钢等对超精磨削可选用石墨填充剂油石4）硬度 油石的硬度选取和磨削加工的情况相同，加工硬度高 的工 件使用“软”的油石，反之，使用“硬”的油石这是由 于加工 硬度高的工件时， 应使油石保持磨削为主， 而加工硬 度低的工件 时，则需以保证获得理想的粗糙度为宗旨5）组织 科学试验和实践表明，超精磨削用油石磨粒率在 40-50%之间为佳。

3. 正确使用 （1）超精磨削用油石形状多为矩形截面，决定油 石形状的 长、宽、高尺寸的合理选择，对提高超精磨削效果十分重 要表面包容角a. 油石的宽度由油石工作©来确定（见图 2） 油石工作表面的包容角 ©在 35-75 度之间为宜如工件直径为D,油石的宽度可控制在 0.45D-0.6D 之间当一块油石的宽度超过 0.85D时，油石的两侧过尖，会产生崩边碎裂，划伤工件和导辊，影响磨削质量另外， 油石的宽度不宜超过 25mm当油石过宽时，冷却液很难进入加工区域，排屑亦困难，磨削质量下降在磨削直径为 60-150m m 的工件时应米用两 块 油石组成的组合油石磨削（见图 3）；磨削直径为 150-250mm 的工 件应采用三块组合油石； 加工直径超过 250mm 寸应采用四块 组合油 石采用组合油石时要注意油石之间能加入充分的冷却润 滑液当工 件表面有孔、沟或槽寸，油石宽度应大于孔、沟或槽 的尺寸，在加工 花键轴外圆寸，油石应能包容住两个键槽油石的宽度也不宜太小， 当油石宽度小于 0.4D 工件的圆度 寸，磨削精度提高甚微对要求修整圆度和波纹度较高的工况， 应尽 量选择较宽的油石b. 油石的长度取决于工件表面尺寸和进给方式。

采用贯穿 进 给方式，油石长度对工件几何精度无影响， 油石长 50-70mm 即 可 但工件轴向有较长的环槽或有阶梯状寸（见图 4），油石的 长度尺寸 应大于这部分长度L,约有1.5L为好在切入或超精磨削中，油石长度应等于或稍大于被磨削表面的长度，但最 多只能大于工件长度 1mmc. 油石的高度 H（见图 5）一般地说，应小于宽度的两倍 H 过大，在磨削过程中会引起振动，从而损坏工件表面；H过小，就要频繁装卸油石，影响磨削效 率油石安装安装油石时，应注意使工件的中心在油石的中心平面内， 在磨 削小直径工件时， 尤其应注意 在采用几块油石组合超精磨 削时， 应使每排油石各成直线排列3）油石组合 在超精磨削中，根据磨削方式不同，有的用单块 油石超精 磨削，有的则要用多块油石组合进行超精磨削在工步安排 上， 又有一步超精法和两步超精法之分单块油石超精 这种磨削方式，主要用在切入式超精磨削中，油 石的压力 应选择在临界压力附近， 并应注意调整磨削参数， 以使磨 削方向 角接近临界磨削方向角 在这种条件下进行超精磨削时， 起 初油 石与工件接触点少、面小，接触压力高，随着磨削的继续进行，接触面逐渐增大，接触压力逐渐降到图 1中B点左侧的状态下，此时油石钝化， 磨削作用自动停止， 直至工件表面呈现出黑色光 泽 的镜面。

这种超精法的问题在于工艺参数一经选好，超精磨削过程 任凭 自然地进行下去， 因此是不经济的 为了经济地控制磨削过 程，可 采用自动变换粗糙度和超精工艺参数的两步超精法 其工 艺参数的 选择是根据前道工序加工精度和工件的要求精度而选 定的这种方法 的优点是加工效率高，几何精度良，粗糙度改善 较快b. 多块油石组合超精这种方法用在贯穿式超精磨削中，可用四块、六块或更多 块不 同种类的油石特点是：油石从工件入口侧起，按粗超、半 精超、精 超的顺序排列工件从油石下经过时，粗糙度和几何精 度逐渐改善， 最后达到预期效果此种方法，对油石的选择和匹 配尤为重要在无心贯穿式超精磨削中，对前道工序加工后工件的尺寸 分散 度应有较高的要求这是由于超精加工的磨削量往往很小 如尺寸分 散度过大， 直径小的工件就接触不上油石， 未被超精而 通过，造成 废品因此，要求前道工序加工后的工件尺寸分散度 在3um以内在前道工件尺寸分散度不易控制的情况下，也可采用两步 法来 解决 第一工步， 几块粗糙油石， 用来控制工件尺寸分散度； 第 二工步则用半精超和精超油石， 用以达到预期的粗糙度和几何 精 度用两台超精机联线，分别完成一和二工步，其效果更为理 想。

4. 结语 油石超精磨削过程是一个较为复杂的系统工程，除油石 本 身的磨粒、粒度、结合剂、硬度、组织等综合因素外，在制作的 过程中还需充分考虑原料匹配、搅拌时间、筛选、压制力的大小 及时 间，烧结温度的上升速度及极限、保温时间、面平行度、面 硬度均匀 性、切割边角的完整性等，才能确保油石的高质量对 工件的超精磨 削，必须根据实际工况 ：工件的材质、硬度、冷却液、机床转速、工件的夹紧力、油石工作表面包容角、超精等 级等正确选择和使用油石，才能达到预期的超精磨削效果。