珩磨工艺原理简介及盲孔珩磨技巧

珩磨工艺原理简介及盲孔加工技巧上海善能机械有限公司熊元一郭建忠侯军丽李贵贤Abstract: Honing process has been widely used both at home and abroad. In order to increase the awareness of honing process, the paper mainly explains what the honing process is and what benefits the honing process will bring to us. In particular, the paper also introduces the honing techniques of blind holes, which will greatly help those who have been encountered with the problems in honing blind holes.一、珩磨工艺简介珩磨工艺是磨削加工的一种特殊形式，又是精加工中的一种高效加工方法。

这种工艺不仅能去除较大的加工余量，而且是一种提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法。

珩磨是一种以被加工面作为导向定位面，在一定进给压力下，通过工具（油石）和零件的相对运动去除余量，其切削轨迹为交叉网纹的高效、精密加工工艺。

1.珩磨加工特点:1.1加工精度高：特别是一些中小型的通孔，其圆柱度可达0.001mm 以内。

一些壁厚不均匀的零件,如连杆,其圆度能达到0.002mm。

对于大孔(孔径在200mm以上),圆度也可达0.005mm, 如果没有环槽或径向孔等,直线度达到0.01mm/1m 以内也是有可能的。

珩磨比磨削加工精度高, 磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外, 会产生偏差, 特别是小孔加工, 磨削比珩磨精度更差。

珩磨一般只能提高被加工件的形状精度, 要想提高零件的位置精度, 需要采取一些必要的措施。

如用面板改善零件端面与轴线的垂直度(面板安装在冲程托架上, 调整使它与旋转主轴垂直, 零件靠在面板上加工即可)。

1.2表面质量好：表面为交叉网纹，有利于润滑油的存储及油膜的保持。

有较高的表面支承率（孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比），因而能承受较大载荷，耐磨损，从而提高了产品的使用寿命。

珩磨速度低（是磨削速度的几十分之一），且油石与孔是面接触，因此每一个磨粒的平均磨削压力小，这样珩磨时，工件的发热量很小，工件表面几乎无热损伤和变质层，变形小。

珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。

磨削比珩磨切削压力大, 磨具和工件是线接触, 有较高的相对速度。

因而会在局部区域产生高温, 会导致零件表面结构的永久性破坏。

1.3加工范围广：主要加工各种圆柱形孔：通孔，轴向和径向有间断的孔，如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔，盲孔，多台阶孔等。

另外, 用专用珩磨头, 还可加工圆锥孔, 椭圆孔等, 但由于珩磨头结构复杂, 一般不用。

用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体, 但其去除的余量远远小于内圆珩磨的余量。

珩磨几乎可以加工任何材料，特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用，进一步拓展了珩磨的运用领域，同时也大大提高了珩磨加工的效率。

1.4切削余量少：为达到图纸所要求的精度，采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一种加工方法．在珩磨加工中，珩磨工具是以工件作为导向来切除工件多余的余量而达到工件所需的精度．珩磨时，珩磨工具先珩工件中需去余量最大的地方，然后逐渐珩去其余需去除余量最大的地方，直至珩至需去除余量最少的地方．1. 5纠孔能力强：由于其余各种加工工艺方面存在不足，致使在加工过程中会出现以下一些加工缺陷．如：失圆、喇叭口、波纹孔、尺寸小、腰小大 最终尺寸鼓形、锥度、镗刀纹、铰刀纹、彩虹状、孔偏及表面粗糙度等．Out of Round 失圆Bellmouth 喇叭口Waviness 波纹孔Undersize 尺寸小Barrel 腰鼓形Taper 锥度Boring Marks 镗刀纹Reamer Chatter 铰刀纹Rainbow 彩虹状Misalignment 串联孔不同轴采用珩磨工艺加工可以通过去除最少加工余量而极大地改善孔和外圆的尺寸精度、圆度、直线度、圆柱度和表面粗糙度．2. 珩磨加工原理:2.1 珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石, 由涨开机构（有旋转式和推进式两种）将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁, 以便产生一定的面接触。

同时使珩磨头旋转和往复运动, 零件不动; 或珩磨头只作旋转运动, 工件往复运动, 从而实现珩磨。

2.2 在大多数情况下, 珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。

这样, 加工时珩磨头以工件孔壁作导向。

因而加工精度受机床本身精度的影响较小, 孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。

所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。

其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。

珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动, 使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹, 而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数, 因而两次行程间, 珩磨头相对工件在周向错开一定角度, 这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。

此外, 珩磨头每转一转, 油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠长度, 使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。

这样, 在整个珩磨过程中, 孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。

因此, 随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点, 不断将这些干涉点磨去并产生新的更多的干涉点, 又不断磨去, 使孔和油石表面接触面积不断增加, 相互干涉的程度和切削作用不断减弱, 孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高, 最后完成孔表面的创制过程。

为了得到更好的圆柱度,在可能的情况下,珩磨中经常使零件掉头, 或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。

需要说明的一点: 由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼等磨料, 加工中油石磨损很小, 即油石受工件修整量很小。

因此, 孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。

所以我们用金刚石和立方氮化硼油石时, 珩磨前要很好地修整油石, 以确保孔的精度。

3. 珩磨的切削过程：3.1 定压进给珩磨:定压进给中, 进给机构以恒定的压力压向孔壁, 分三个阶段。

第一个阶段是脱落切削阶段, 这种定压珩磨, 开始时由于孔壁粗糙, 油石与孔壁接触面积很小, 接触压力大, 孔壁的凸出部分很快被磨去。

而油石表面因接触压力大, 加上切屑对油石粘结剂的磨耗, 使磨粒与粘结剂的结合强度下降, 因而有的磨粒在切削压力的作用下自行脱落, 油石面即露出新磨粒, 此即油石自锐。

第二阶段是破碎切削阶段, 随着珩磨的进行, 孔表面越来越光,与油石接触面积越来越大, 单位面积的接触压力下降, 切削效率降低。

同时切下的切屑小而细, 这些切屑对粘结剂的磨耗也很小。

因此, 油石磨粒脱落很少, 此时磨削不是靠新磨粒, 而是由磨粒尖端切削。

因而磨粒尖端负荷很大, 磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。

第三阶段为堵塞切削阶段, 继续珩磨时油石和孔表面的接触面积越来越大, 极细的切屑堆积于油石与孔壁之间不易排除, 造成油石堵塞,变得很光滑。

因此油石切削能力极低, 相当于抛光。

若继续珩磨, 油石堵塞严重而产生粘结性堵塞时, 油石完全失去切削能力并严重发热, 孔的精度和表面粗糙度均会受到影响。

此时应尽快结束珩磨。

3.2 定量进给珩磨:定量进给珩磨时, 进给机构以恒定的速度扩张进给,使磨粒强制性地切入工件。

因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切削,不可能产生堵塞切削现象。

因为当油石产生堵塞切削力下降时, 进给量大于实际磨削量, 此时珩磨压力增高, 从而使磨粒脱落、破碎, 切削作用增强。

用此种方法珩磨时, 为了提高孔精度和表面粗糙度,最后可用不进给珩磨一定时间。

3.3 定压--定量进给珩磨:开始时以定压进给珩磨,当油石进入堵塞切削阶段时,转换为定量进给珩磨,以提高效率。

最后可用不进给珩磨, 提高孔的精度和表面粗糙度。

二. 盲孔珩磨技巧众所周知，在机加工工艺中，我们会遇到各种各样的孔型加工，如通孔、台阶孔、盲孔、花键孔、键槽孔和串联孔等．使用珩磨工艺，几乎各种孔都可以采用珩磨工艺来进行加工．为了能更好地使用珩磨工艺加工工件，我将在此向大家逐一介绍珩磨加工过程中的一些技巧．现在向各位介绍一下盲孔加工过程中的一些技巧，希望对大家在盲孔珩磨加工时有所帮助．何谓盲孔？所谓盲孔就是孔另一端为完孔，或有一台阶孔或孔内有一平面阻止工具从孔一端加工到另一端的孔，这些类型的孔通称为盲孔．盲孔种类一般分为三种: 带退刀槽盲孔、不带退刀槽盲孔和台阶型盲孔．有时对一些不带退刀槽的盲孔，在其盲孔端部有一段尺寸不作尺寸精度和粗带退刀槽 不带退刀槽盲孔类型台阶型尺寸精度要求无尺寸精度要求糙度要求．即使在珩磨时,在盲孔端部会产生一定锥度，但由于这段尺寸要求精度较低，采用珩磨加工这种类型的孔就显得轻而易举了．在生产、工装制作和机加工时，没有谁乐意采用现行加工方法，如镗孔、铰孔、磨孔或珩孔来加工精度要求较高的盲孔．无论采用何种磨料工具，都不可能在盲孔底部加工一个完全清根的圆角，其或大或小在盲孔根部都有一个小圆角．许多设计中要求不带退刀槽的盲孔或台阶孔，其实有时并没有这种必要．如果工程师在设计盲孔零件时在其端部设计一个退刀槽，这将极大地改善盲孔加工，也将极大地简化珩磨加工过程（其它加工也是如此）并同时减少加工成本．珩磨加工的局限性在大多数情况下，盲孔都可以较好地通过珩磨加工来完成．正如其它机加工方法一样，珩磨有时也有它的局限性．在加工后的盲孔端部总是有一个圆角．圆角半径大小取决于几个方面因素，如所珩孔的孔径，孔长，材质，加工公差，珩前孔形以及珩磨余量等．需再次强调的是在盲孔端部无论何种退刀槽，有时尽管很小也将会大大地有利于珩磨加工．也许工程师在设计盲孔零件时担心退刀槽会减弱零件强度或增加零件内应力．退刀槽应设计尽可能宽．退刀槽也可以设计得非常浅，浅到零件加工完成后看不见退刀槽．盲孔珩磨工具设计许多年前，当善能珩磨工艺处于发展阶段时，大部份车用发动机缸体都是盲孔设计的．很显然在那时加工盲孔就成了影响珩磨工具设计十分重要的因素．液压制动油缸以及其它许多带盲孔或台阶孔的零件正成为汽车工业广泛采用的零件，因此由善能设计加工小直径盲孔珩磨工具便应运而生．现在让我们来具体看看盲孔珩磨问题是如何总体影响珩磨工具及善能珩磨工具设计的．的确，理所当然,有些盲孔设计端部是不带任何退刀槽的．对于这种盲孔加工，珩磨工具应能满足以下一些主要要求．油石底部和工具端部必须平齐以便工具能有效地加工盲孔端部．在不影响工具精度和使用效果前提必须去除工具上的导向块或头部，对工具进行改制通孔珩磨芯轴盲孔珩磨芯轴可换导靴芯轴（P28系列，直径为25.4毫米或超过25.4毫米）可以通过使用R28锲子钩，R28油石和盲孔导靴来加工盲孔改制后的珩磨工具，即使在油石和芯轴都磨损情况下，锲子钩将油石往外涨时,锲子钩前部不应超出工具前端面．即使在负荷压力和位置变化时，锲子钩都必须接触油石座上距离较宽两处支座以保持油石在珩磨时的稳定．油石座上这两个分开的支座可以防止油石倾斜和一端上翘．油石在涨出时不能超过珩磨芯轴导靴前端部．珩磨工具上的油石和导靴与工件内孔在径向方向为三点接触以保持工件在珩磨工具上的稳定性．珩磨工具通过设定好的恒定压力，即使在去除余量孔径增大时,也能使油石和导靴稳定地作用在工件内孔表面上，从而保持了零件在加工过程中的稳定性．珩磨工具和工件孔表面径向三点接触点之间不能均匀分布，应考虑在工件圆内按工具旋转方向按著名无心圆柱法则进行分布，即油石设计时偏离一定角度，这种分布可以在去除余量最少的情况下快速纠正孔的不圆度.油石导靴珩磨工具上的其中二条接触线必须由金属或其它耐磨材料制成，这种材料在使用时不太容易磨损掉．这二条接触线应彼此平行并平行于工件轴线，因些在珩磨时，这两条线会迫使第三条线，也就是油石条，一种慢慢耗损材料，在慢慢磨损时总是和不易磨损金属导靴平行．这个过程能自动地修正油石使其一直保持最佳使用状态．珩磨芯轴必须由刚性材料配以很好的耐磨金属导靴制成，所用油石必须固定在刚性金属油石座上，因此在珩磨加工时，珩磨工具零件即不会出现扭曲、翘头、弯曲变形也不会出现工具上零件之间晃动情况．金属油石座通过油石座上面靠近油石座前、后端两凸耳座落在金属锲子钩上并通过锲子钩运动使油石座涨出．这样设计就可以避免油石在压力负荷变化前后不致于产生翘头现象．锲子钩必须进行精加工并完全支承在珩磨刚性芯轴U型精加工槽内以避免锲子钩在受压力时产生产扭曲变形．改制标准芯轴用于盲孔加工因为大多数珩磨工件都是孔较长的通孔件，所以在设计善能珩磨工具时尽量考虑能加工更长工件的孔．在小孔珩磨工具中，K，L和BL类芯轴，其芯轴头部位置都设计超出油石前端面，这样设计的目的就是在珩孔时，其芯轴头部可用作珩孔导向用．然而在加工盲孔零件时，芯轴头部必须切除.当直径大于25.4毫米时，可直接使用AN-600或R28芯轴加工盲孔，无需对芯轴进行改制．使用盲孔锲子钩，盲孔油石和导靴，可使油石头部和芯轴前部平齐．有时必须将油石和导靴后部改短以达到所需长度要求.加工盲孔时，油石和导靴长度应为孔长的2/3至3/4长．如果切实有必要改制油石，只需使用一钢锯条在所需长度锯断油石并将不需要部份去除即可．对于导靴则可使用车削，磨削或用挫刀去除不需要部分的长度方法改制．使用“硬头”油石有益于加工不带退刀槽类型的盲孔．这种油石在油石制造时使其头部磨料比其它地方硬一些，以抵消在珩磨时该部份油石所需的多余磨损量.修正套改短的油石改短的导靴修正套修短的油石修短的导靴锲子钩油石去除部分硬度中等油石硬头油石锲子钩前部接触在油石座上不带退刀槽盲孔芯轴改制和硬头油石示意图．对一些小批量零件珩磨加工而言，除硬头油石外都可以在自己的工厂内对这些珩磨工具进行改制．然而对于大批量生产，善能能提供改制好的珩磨工具．盲孔珩磨技巧任何一位有经验的工程师或技师都清楚地认识到这样一个事实，即使使用最好的设备，加工盲孔都会比加工通孔要因难得多．精珩的一个重要原则是要获得一个直孔,首先珩磨工具就必须得平直，在加工盲孔时就意味着珩磨工具（油石和导靴）必须是平直的，油石和导靴必须和芯轴前部平齐．不仅油石和导靴必须保持平直，同时也必须使油石和导靴的圆弧半径和工件相匹配以保持珩磨加工时的稳定性．遵守下面这条原则将极有益于盲孔加工-在未达到最终所需尺寸及精度之前，始终保持盲孔端部尺寸比所珩尺寸稍大一点．盲孔珩磨时，最重要的事情是清除盲孔端部的任何“物质”并始终保持清除任何影响盲孔加工的“物质”．盲孔珩磨时总是容易使油石头部磨损．用一油石条修整油石后端使其与油石前端平齐，只能暂时使珩磨工具平直一会儿．导靴的前端也会磨损．为避免这种现象发生，始终使用一个短的修正套并且经常调头来修正盲孔加工油石．使用该修正套在油石和导靴后端对油石和导靴进行多次修正并且偶尔修正一下前端油石和导靴．这样就可以始终保持油石和导靴前端比后端稍高一点．要想快速修正油石和导靴，可使用一些较细的研磨膏涂在珩磨工具上，关闭珩磨液即可对油石和导靴进行修正．在珩磨通孔时，一条公认的技巧是用工件对油石和导靴修正使油石和导靴平直且相互平行，因此无需使用修正套．修正套，实则为一假想的工作，当用作通孔珩磨修正时，修正套长度可以为油石或导靴的长度或比油石和导靴长度稍长一些．在珩磨盲孔时，经常使用修正套是相当有必要的．然而，对于盲孔零件珩磨，修正套长度必须正好为所珩孔长．总而言之修正套应大致为所珩孔的孔长．此外，修正套直径也应十分接近所珩孔工件的直径，这一点也是十分重要的．当修正套孔径变大时应及时更换修正套.使用修正套修正珩磨工具硬头油石有利于珩磨不带退刀槽的盲孔，但并不是说硬头油石适就能加工所有不带退刀槽的盲孔．除由于上道机加工序有可能会使盲孔底部尺寸加工小以外，另外一个原因就是由于盲孔端部较难将磨粒和切削排除干净造成珩磨工具前部磨损过快，从而使盲孔端部尺寸变小．因此就相当有必要将珩磨液注入盲孔内，以使珩磨液能将磨粒和切削排除干净，减少头部油石磨损．尽可能利用盲孔端部的任何孔，用一根软管将珩磨液强性注入到盲孔端部以利于磨粒和切削排出用一根塑料软管将珩磨液注入工件内以保持工件内磨粒和切削排出当然，当需要使用硬头油石时，可直接从善能公司订购，同时也可以用非硬头油石进行改制，改制后的油石可以达到同样效果．选择一条比平时加工同一工件硬度相对较高的油石．使用LBN-700将油石两边修成斜面而保持头部一段宽度不变．两边修磨后的油石中间部份宽度为原油石宽度一半，通过改制后的油石，也可以达到和硬头油石一样的效果．冲程技巧有经验的盲孔精珩操作工发现了这样一种方法，他们通过改变冲程来适应工件情况变化，通过对珩磨设备进行改进可以使珩磨工具在盲孔底部来几个快速短冲程，同时每间隔几个短冲程再来一次长冲程．以保持盲孔底部尺寸在达到精珩尺寸前比较大一点，然后再通过精珩将盲孔珩直．值得提醒的是：如果操作人员一味地将珩磨工具上油石和导靴前端保持比后部高一些的话，很快就会发现他很有可能就珩出了一个腰鼓形孔，此时在短冲程油石前端起始点离盲孔端部处直径较大．以上一些建议仅基于珩磨端部不带退刀槽盲孔而言的．现在大多数工程师已经认识到在设计盲孔时设计一个退刀槽将会使盲孔加工容易得多．有时,如果在设计时确实不充许有退刀槽，但只要有足够的耐心和毅力，通过使用善能珩磨工具是可以将此类盲孔加工好的，只不过需要更多的时间和技巧罢了．但不管怎样珩磨，在盲孔的端部都不可能彻底清根，会留有一个小小圆角，只不过相当小罢了．当盲孔端部有足够的退刀槽时，这个退刀槽可充许珩磨油石超出一段距离，退刀槽越宽越好，此时珩磨盲孔就显得相对容易得多了．珩磨芯轴上的油石和导靴长度必须始终保持为所珩孔长的2/3左右，而且修正套的长度应大约为所珩孔长．在盲孔珩磨时只要一旦发现所珩孔有锥度就须马上使用修正套对油石和导靴进行修正．当设计盲孔零件不充许带退刀槽时，设计上常常也会充许采用一种称之为“浅孔”的退刀槽．这是一种非常浅的台阶孔，深度仅有几个丝大小．在珩磨完成后，当尺寸达到精珩要求时，这种浅孔基本上被珩光了．不管盲孔端部退刀槽种类如何，退刀槽都应有足够的宽度以便珩磨工具能在所珩盲孔端部有一个较合适的超程，以保证盲孔珩磨精度．合理的盲孔退刀槽往往能极大地减少珩磨成本．带足够宽退刀槽长盲孔仅需对油石和芯轴进行简单改制珩磨盲孔时常遇到的问题在珩磨盲孔时通常较困难的是很难将足够的珩磨液注入到所加工的盲孔内．珩磨时，在盲孔端部缺少珩磨液会极大地减少油石切削效果，造成所珩表面粗糙并形成锥孔．有些盲孔和台阶孔确实有一些小孔或一些油管安装接口直接通到工件内．在这种情况下，珩磨液可直接进入到所珩盲孔的端部．如果在盲孔端部没有这种类型的孔，就必须保持珩磨液流和芯轴平行并直接对着盲孔开口端的端部．经常将工件从芯轴上取下并常用珩磨液进行清洗．使用善能面板珩磨夹具可以珩磨短的盲孔．当工件孔长相对较短，即孔长小于孔径，孔口端面又要求垂直盲孔轴线时，就必须使用面板夹具来珩磨短孔零件．在珩磨短孔时面板夹具能使工件保持稳定，保持盲孔轴线和孔口端面垂直．要达到珩磨盲孔最佳效果应注意以下几点：1．相对通孔而言，盲孔珩前预加工精度应更高，余量应更少．通孔零件能当修正套使用，而盲孔则不能．2．在盲孔端部应提供退刀槽，退刀槽越宽越好．3．盲孔越短，越难获得高精度．4．盲孔越长，越容易达到精度要求．5．盲孔越长，越难获得高的表面粗糙度．除非在珩磨时，切削和磨粒能很容易.冲洗干净，长盲孔珩磨才能达到较好的表面粗糙度．6．油石和导靴长应为孔长的2/3至3/4之间．7．合适的修正套是成功珩磨盲孔的关键．修正套长应为盲孔所珩孔长度，直径为所珩孔径偏小0.13毫米左右．当修正套修正后，孔径超过所珩孔径0.13毫米时，应重新更换修正套．8．在达到盲孔最终精度之前，总是将盲孔底部孔径稍微珩大一点．9．如果能将盲孔重新设计为通孔的话，这种变更是十分值得的，通孔工件往往能达到较高精度．10．确保工具的油石，导靴和修正套都进行了必要的改制．使油石和导靴大约为孔长的2/3至3/4之间，计算时孔长不包括退刀槽宽度．资料。