发布时间：2022-10-05 10:07 热度：
摘要：根据超精磨削的原理，分析了油石超精磨削的工艺参数及相关技术，如何正确选择、使用油石，是提高被加工件超精质量的关键。
关键词：油石 磨削 超精
Abstract: 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。
(1)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。
(2)磨削面扩大到整个加工面，油石处于没有堵塞的磨削状态。
(3)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。
(4)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0.1-0.2MPa。
(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。
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。
(1)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。
a.油石的宽度由油石工作表面包容角φ来确定(见图2)，油石工作表面的包容角φ在35-75度之间为宜。如工件直径为D，油石的宽度可控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60-150mm的工件时应采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时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、沟或槽时，油石宽度应大于孔、沟或槽的尺寸，在加工花键轴外圆时，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工件的圆度时，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时(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1mm。
c. 油石的高度H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。
(2)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。
a. 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。
参考文献
1. 磨床与磨削，中国机床工具工业协会磨床分会，1998.1
2. 蒋成昆，超精加工与油石，磨床与磨削，1989.3，56—57
3. 冯玉俊，油石对超精加工质量影响的探付，机碱工业出版社 2002.12
