1 引言

　　游離磨粒加工技術(shù)是歷史最久而又不斷發(fā)展的加工方法匹羹，它是不切除或切除極薄的材料層齐皂，用以降低工件表面粗糙度值或強(qiáng)化加工表面的加工方法，多用于最終工序加工糕但。近年來(lái)仅汰，在這些傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多新的游離磨粒加工方法唠魏，如磁性研磨蝉站、彈性發(fā)射加工、流體動(dòng)力拋光例吹、液中研拋捧颅、磁流體拋光、擠壓研拋较雕、磨粒噴射加工等碉哑。

　　2 游離磨粒加工技術(shù)的分類(lèi)

　　2.1 傳統(tǒng)的研磨和拋光

　　研磨是一種常用的光整加工方法，研磨加工的機(jī)理是利用附著或壓嵌在研具表面上的游離磨粒亮蒋，以及研具與工件之間的微小磨粒借助于研具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)谭梗，切除下微細(xì)的切屑，以得到精確尺寸和表面粗糙度值很小的加工表面宛蚓。研磨加工的切削作用一般分為兩種情況激捏，一種是滑動(dòng)切削，即兩體加工凄吏，鑲嵌粘附在研具上的磨粒远舅，與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生推擠作用，使工件留下帶有擦痕的光滑表面痕钢；另一種是由研具與工件之間的磨粒旋轉(zhuǎn)作用而產(chǎn)生的滾動(dòng)切削图柏，即三體加工，研磨開(kāi)始僅有少數(shù)大顆磨粒切削任连，效率并不高蚤吹，且比壓大，隨后很快被壓碎變?yōu)樵S多小磨粒一起參加工作划疟。磨粒一方面切削工件泡募，另一方面繼續(xù)被壓碎，研磨效率基本上不變苦恶。持續(xù)一段時(shí)間后票虎，由于磨粒愈益細(xì)化仆阶，研具與工件之間的間隙變窄，切屑堵塞于磨粒之間的縫隙摔色，研磨效率急劇下降驯祖，工件表面變得非常光滑。

　　拋光也和研磨一樣数辱，是將研磨劑擦抹在拋光器上對(duì)工件進(jìn)行拋光加工彪御。但是，拋光使用的磨粒是1 以下的微細(xì)磨粒初藐，而拋光器則需使用瀝青筋顽、石蠟、合成樹(shù)脂和人造革等軟質(zhì)材料制成柱锹，即使拋光硬脆材料也能加工出一點(diǎn)裂紋也沒(méi)有的鏡面。

　　2.2 浴法拋光

　　浴法拋光(Bowl-Feed Polishing)早在六十年代就已出現(xiàn)丰包，當(dāng)時(shí)美國(guó)為發(fā)展深紫外波段的光學(xué)禁熏，需要平面度和粗糙度很好的光學(xué)元件。采用這種方法在熔石英平面上獲得了0.5nmRMS的光滑表面邑彪，而當(dāng)時(shí)使用的常規(guī)方法瞧毙，只能獲得1-4nmRMS的表面。在浴法拋光中拋光液浸沒(méi)了磨盤(pán)與工件的交接面寄症，與傳統(tǒng)的常規(guī)拋光類(lèi)似宙彪，工件在旋轉(zhuǎn)的瀝青盤(pán)上水平擺動(dòng)，并繞自身旋轉(zhuǎn)有巧，保證工件上每點(diǎn)與瀝青盤(pán)上每點(diǎn)隨機(jī)接觸释漆，使工件被均勻去除。由于離心力及重力的作用篮迎，拋光液中的磨料顆粒被甩到邊緣并沉到桶底男图。拋光過(guò)程分兩個(gè)階段：拋光開(kāi)始時(shí)使用攪拌棒，讓磨料在溶液中均勻分布甜橱，這樣就不斷有磨料顆粒沉淀在瀝青盤(pán)上揭凭。磨料有自銳性，研磨破碎后露出新的鋒利邊緣乞微，仍有磨削作用俯重，但粒度更小了；此時(shí)蝉徒，工件與瀝青盤(pán)已很好地吻合夕锹，磨料粒度已足夠小。移去攪拌棒认寓，使拋光液中磨料沉入桶底把意，瀝青盤(pán)上的磨料逐漸減少府塘，有效拋光液濃度不斷降低，由于拋光中磨料顆粒不斷被研碎擠入瀝青中绿捶，瀝青盤(pán)表面變得越來(lái)越光滑棚疏，嵌入其中的磨料微粒不斷銳化并變得越來(lái)越小，尤如一把把極小的車(chē)刀婆精，持續(xù)微量地車(chē)削工件表面继溯，使其粗糙度降低。由于工件浸于液體中沈条，工作時(shí)液體的作用使磨盤(pán)與工件的接觸更柔和需忿；大量液體的存在保證了磨盤(pán)表面局部溫度的均恒，使磨盤(pán)不易變形蜡歹，拋光小環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定屋厘，這樣就有希望獲得高面形精度的表面。

　　2.3 磁力懸浮研磨

　　磁力懸浮研磨是基于磁性流體中非磁性磨粒受磁場(chǎng)作用時(shí)月而，會(huì)產(chǎn)生向低磁場(chǎng)方向懸浮的現(xiàn)象而研究出的光整加工方法汗洒。借助活性劑的作用，使鐵氧體微細(xì)粒子穩(wěn)定地分散在油和水等溶液中而構(gòu)成膠態(tài)流體父款。在受磁場(chǎng)作用時(shí)溢谤，由于磁性流體中鐵氧體的強(qiáng)磁性微細(xì)粒子的作用，磁性流體顯示出被吸向高磁場(chǎng)一側(cè)的性質(zhì)憨攒。如果在磁性流體中存有非磁性體世杀，在受磁場(chǎng)作用時(shí)，非磁性體則與磁性流體相反肝集，產(chǎn)生趨向低磁場(chǎng)一側(cè)的現(xiàn)象瞻坝。研磨加工通常使用的磨粒是非磁性體的。應(yīng)用這種磁力懸浮現(xiàn)象進(jìn)行的研磨就是磁力懸浮研磨法芙糙。它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：由于磁懸浮力的作用傅慈，使作用于研磨面的磨粒數(shù)量增多；由于磨粒由流體支承疼磺，因此磨粒的支承富有彈性碘淘。另外，加工壓力是由磁懸浮力所賦予款腥，故作用于每個(gè)磨粒的加工壓力與磨粒的數(shù)量無(wú)關(guān)惰采；由于磁性流體的熱傳導(dǎo)率很大，因此可以控制加工點(diǎn)的溫升综翠； 越接近磁鐵栋锣，作用于磨粒的磁懸浮力越大。因此，對(duì)工件形狀還有修正效果谍竿。

　　2.4 磁粒光整加工

　　所謂磁粒光整加工(Magnetic Abrasive Finishing程悼，簡(jiǎn)稱(chēng)MAF)，就是利用磁場(chǎng)通過(guò)強(qiáng)磁性介質(zhì)產(chǎn)生的磁作用力作用到磁粒上路影，使磁粒對(duì)工件進(jìn)行微切削加工的方法诬像。圓柱表面磁粒光整加工原理，將工件放置在由電磁鐵N極和S極構(gòu)成的磁場(chǎng)中闸婴，在電磁鐵與工件之間填充磁性磨粒坏挠，當(dāng)對(duì)電磁鐵通以直流電時(shí)，在N邪乍、S兩極之間便產(chǎn)生磁場(chǎng)降狠，磁性磨粒被磁極吸引，在磁力的作用下庇楞，磁粒沿磁力線整齊地排列成刷子狀榜配，并對(duì)加工工件表面形成一定的壓力，當(dāng)磁極與工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)吕晌，磁刷掃過(guò)工件表面蛋褥，從而對(duì)工件待加工表面進(jìn)行研磨、去毛刺聂使、提高工件表面硬度等過(guò)程的光整加工壁拉。該加工方法改善了工件表面的應(yīng)力分布狀態(tài)谬俄，延長(zhǎng)了工件的使用壽命柏靶。磁性磨粒由純鐵粉(Fe)作為載體，加入一些Al2O3或SiC等磨猎糌遥混合制成铛田。

　　2.5 磁流變拋光

　　八十年代中期由Kordonski發(fā)明的磁流變拋光(Magnetorheological Finishing MRF)是使用磁場(chǎng)改變磁流變液體的粘度，磁流變液體不斷地在泵之間循環(huán)瞪栋，電磁使液體中的固相之間不斷交替嚣历，磁流變拋光液加到旋轉(zhuǎn)輪邊緣并被帶進(jìn)拋光區(qū)，工件裝夾在數(shù)控機(jī)床上并浸在液流里荷焦，和彈性發(fā)射加工及其它數(shù)控加工一樣盟挤，材料去除量是由給定位置的駐留時(shí)間決定的。砂輪邊緣和拋光表面形成楔形間隙暴露在磁性域中掌范，在砂輪邊緣產(chǎn)生磁性變粘的磁流變拋光液通過(guò)楔形間隙腻俏，這種拋光液在接觸區(qū)產(chǎn)生剪切壓力并去除工件表面材料。

　　由于去除率和流體粘度有關(guān)睦键，因此去除率是很穩(wěn)定的目尘。通過(guò)監(jiān)測(cè)和控制使流體粘度保持在±1%以?xún)?nèi)。通過(guò)改變砂輪速度，零件在磁流體中位置和磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整去除率诺秒，產(chǎn)生光滑無(wú)損傷表面的同時(shí)得到相對(duì)較高的穩(wěn)定的材料去除率遥倦。不同于傳統(tǒng)拋光，磨粒法向載荷能劃傷工件表面占锯，磁流變拋光依靠剪切模式去除材料袒哥，磨粒在法向方向不受任何力的作用。

　　2.6 磨粒噴射加工

　　磨粒噴射加工(Abrasive Jet Machining)是一種使用游離磨粒以運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行的磨料去除加工烟央。其工作機(jī)理是用高速射流(氣體统诺、液體或氣體與液體的混合物)噴射磨粒，磨粒以很高的速度沖擊或拋磨工件表面疑俭，從而去除工件表面材料粮呢。磨粒噴射光整加工設(shè)備是由四部份組成：存儲(chǔ)、混和和輸送磨料的裝置钞艇；工作室啄寡；吸塵器；供應(yīng)干燥清潔氣體的氣源哩照。經(jīng)過(guò)干燥和油水分離的壓縮空氣到達(dá)混和室與來(lái)自磨料喂入裝置的磨料相混和挺物，壓縮氣體的壓力和流量通過(guò)調(diào)壓閥控制，磨料喂入量通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)器的振幅和頻率控制飘弧，經(jīng)混和后的磨料流由噴嘴噴出盘胯，直接作用到被加工工件表面。真空吸塵器與工作室相連要尚，以吸除廢屑及加工后的磨料流塵埃刚驶。氣源的壓力至少要 700~900Kpa，氣體含水量要小于萬(wàn)分之五朽擒，可以用瓶裝二氧化碳或氮?dú)庾鳛楦稍餁怏w的氣源牙吼。噴嘴端部通常用碳化鎢或藍(lán)寶石制造，其壽命與所用磨料的種類(lèi)及壓力有關(guān)今搂。磨料微粉必須干凈柱称、干燥和仔細(xì)分選，磨料不能回用饼簸。

　　噴射加工的特點(diǎn)：磨粒噴射加工是冷切削臼磁，不影響和改變熱敏感合金的特性，在加工過(guò)程中倾皿，工件表面不產(chǎn)生加工應(yīng)力和熱損傷吊磕；磨粒噴射光整加工后的表面有散亂的紋理，表面粗糙度 值在0.15~1.6之間磨镶，為防止在加工表面形成彎月形洼坑溃蔫，噴嘴必須作不停的運(yùn)動(dòng)；磨粒噴射所用磨料粉末應(yīng)仔細(xì)分級(jí)篩選，以保證形成合適的射流伟叛；壓縮氣體不能用氧氣替代私痹，因?yàn)檠鯕馀c工件碎屑或磨料相混和時(shí)可能發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，此外统刮，壓縮氣體要經(jīng)過(guò)過(guò)濾和干燥紊遵，以除去油和水分；噴射加工要在防塵罩內(nèi)或在吸力足夠的吸塵器附近進(jìn)行侥蒙。

　　2.7 彈性發(fā)射加工

　　彈性發(fā)射加工(Elastic Emission Machining)是由日本Mori Y.在1976年發(fā)明的"原子級(jí)尺寸加工方法"暗膜。其加工系統(tǒng)是由旋轉(zhuǎn)輪、加工液和工件組成鞭衩，工件和旋轉(zhuǎn)輪都浸漬在加工液中学搜，旋轉(zhuǎn)輪通常是由聚氨脂或橡膠等軟質(zhì)材料制成。加工液由水和微細(xì)磨料(亞微米或幾十個(gè)納米)混和而成论衍，通過(guò)控制法向載荷使旋轉(zhuǎn)輪和工件之間的間隙在1左右瑞佩，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輪與工件之間的楔形間隙就形成了類(lèi)似于流體動(dòng)壓潤(rùn)滑現(xiàn)象瓤计。微細(xì)磨粒與水的混合物在流體動(dòng)壓力智谓、旋轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高速氣流及離心力的作用下，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)輪與工件之間圾峭。微細(xì)磨粒與工件在狹小的空間內(nèi)接觸嚎蛀，產(chǎn)生一種原子結(jié)合力，當(dāng)磨粒在流體剪切應(yīng)力的作用下離開(kāi)時(shí)堤谴，使工件表面產(chǎn)生原子級(jí)的極微量的彈性破壞缰畦，實(shí)現(xiàn)工件表面層原子的分離，從而去除工件表面材料爵孔。由于微細(xì)磨粒沖擊工件表面所產(chǎn)生的能量不足以使工件表面材料產(chǎn)生塑性變形藤该，而只是原子間結(jié)合的微小彈性破壞询蚊，所以得到了原子級(jí)的精度和沒(méi)有缺陷的表面神阔。微細(xì)磨料在旋轉(zhuǎn)輪的約束下和工件表面接觸，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)輪的運(yùn)動(dòng)就可以得到十分理想的加工精度因震。彈性發(fā)射加工利用游離磨料和工件表層材料原子相結(jié)合吩捞，然后在加工液動(dòng)壓力和剪切應(yīng)力的作用下，磨粒離開(kāi)結(jié)合表面汁蝶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的微去除加工渐扮。彈性發(fā)射加工和傳統(tǒng)的加工方法相比有以下兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：加工機(jī)床的剛度比傳統(tǒng)的加工方法要求低；加工過(guò)程不受溫度變化和機(jī)床振動(dòng)的影響掖棉。根據(jù)加工條件(磨料尺寸墓律、硬度、介質(zhì)黏度、旋轉(zhuǎn)輪速度耻讽、加工液剪切應(yīng)力察纯、加工時(shí)間、法向載荷大小)和工件材料的不同针肥，可獲得納米級(jí)精度和表面粗糙度值饼记，沒(méi)有熱損傷和表面變質(zhì)層。

　　3 游離磨粒加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)精密表面需求的增加慰枕，游離磨粒加工技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展具则，原子級(jí)超光滑表面獲得已不再困難。在眾多加工方法中具帮，依賴(lài)于精細(xì)磨粒的拋光技術(shù)仍是主流博肋，其特點(diǎn)是加工效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單停迫，成本低扛焊。如采用浸液拋光方式、使用高精度的拋光模脊腺、采用軟質(zhì)材料拋光液崎绽、重視拋光液的化學(xué)作用和拋光粉的弱機(jī)械作用，實(shí)現(xiàn)化學(xué)機(jī)械拋光等茉园。當(dāng)今超游離磨粒加工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大宅殿，其正向降低制造成本、提高加工效率的方向發(fā)展汁讹。隨著材料科學(xué)的發(fā)展诞书，采用特殊材料的機(jī)床將具有更高的精度和穩(wěn)定性。電子學(xué)的進(jìn)步則使機(jī)床控制技術(shù)得以極大提高棋裳。這些都使材料的去除量達(dá)到納米級(jí)成為可能快檀。利用場(chǎng)效應(yīng)輔助拋光是游離磨粒加工的另一發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)控制工件所受的加工壓力來(lái)操縱材料的去除凭协，最終達(dá)到弱力乃至微力加工是提高超光滑表面加工效率的一條重要途徑都晶。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)發(fā)出越來(lái)越多的新型材料丸冕，對(duì)材料的加工精度要求也越來(lái)越高耽梅。游離磨粒加工技術(shù)作為一種精密加工技術(shù)，其具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其可以在各種難加工材料的加工中發(fā)揮作用胖烛，尤其是微磨料噴射加工技術(shù)的發(fā)展眼姐，對(duì)拋光技術(shù)的研究和工藝的成熟將起到推動(dòng)作用。

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