超精加工方法和應用研究

胡琳浩 高崗

【摘?要】超精加工是一種對工件表面光整和精整的加工方法。它可以在很短的時間內，將工件從一般磨削后的表面粗糙度值Ra=0.2～0.4μm，降低到Ra=0.012～0.050μm，消除磨削中的缺陷和變質層，使工件的使用壽命提高幾倍，因而廣泛應用于各種材料和精密零件的最終加工中。

【關鍵詞】超精加工;方法;應用

引言

超精加工技術廣泛應用是未來汽輪發電機制造領域的必然趨勢，它的普及也進一步說明了我國科技水平的進步，相信在不久的將來，超精加工技術的應用一定會涉及到各個制造領域。

1超精加工的原理

超精加工是采用磨料為微粉的油石，在一定的壓力作用下，以短行程的往復運動，對工件表面進行微量磨削，如圖1所示，其中F為壓力，A為油石振幅，vc為工件速度，vf為縱向進給速度。

超精加工廣泛應用于內燃機曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承滾道和滾子、精密量具及電子儀器等精密零件的加工，能對鋼、鑄鐵、磷青銅、鋁、玻璃、花崗巖、硅和鍺等材料進行加工，能加工外圓、內圓、平面、球面、圓弧面和特殊輪廓面。

2超精加工的必要性

隨著我國技術水平的提高，產品需求不再局限于表面層面，如“適用”、“適用”或“簡單”，產品的易用性是產品選擇的重要組成部分。在日益全球化的過程中，國內企業不僅面臨國內市場的競爭，更主要的是外國企業的壓力。為了在競爭激烈的市場上跟上競爭，必須優化產品質量，盡可能廣泛地開發產品，導致生產加工更加詳細和復雜。光澤加工作為制造領域的后處理可以大大提高產品質量，是制造商在市場競爭中的重要工具。、

3超精加工的特點

與磨削加工相比，超精加工具有以下特點：①超精加工能顯著提高工件表面質量，可使工件的使用壽命提高5倍左右。②超精加工后的工件在裝配運轉后噪聲大幅減小，振動減小，運轉平穩。③磨削加工去除余量為0.01mm左右，而超精加工去除余量為0.001mm以下，尺寸分散度小且穩定。④磨削加工的工件表面有微觀尖峰，加工紋理為直紋（見圖2a），當工件運轉時，難存潤滑油，還會產生燒傷。而超精加工表面沒有尖峰，加工紋理為交叉網紋，易存潤滑油和形成潤滑膜，工件不易磨損。⑤超精加工時間短，只需幾秒到十幾秒，加工效率是高精度鏡面磨削的幾十倍。⑥超精加工所用設備簡單，易于實現自動化和標準化，表面粗糙度值Ra可達0.006～0.05μm。

4影響超精加工應用的主要因素

1990年代早期來自美國的前體在歐美設計了技術公差為0.013mm的旋轉軸。但是，目前，我們很難利用這種技術來縮小技術差距，只在工藝和發現領域縮小差距，而應用超細加工的主要因素是三個因素：（1）我國的制造業和全剖藝術。2）近年來專業人員短缺，尖端加工的重要性增加，但人才培養不是"一夜之間"的狀態，造成時間和工作量的增加、技能的缺乏和發展障礙的擴大;3）先進技術的硬件需求較高，這意味著硬件需求較高，成本較高，并且對于強大的大型企業來說易于管理。但是，對于中小型企業來說，它們非常昂貴，我們的中小型企業在要處理的應用程序中占有很大比例。

5超精加工方法

超精加工各種工件內外表面，工件在夾具中的定心方式可分為無定心和有定心兩種。根據進給方式可分為軸向進給、切入進給和圓周進給。

5.1超精加工外圓

圖3a所示為加工小直徑圓柱體外圓，工件在導輥上旋轉并做軸向進給運動，導輥近似雙曲線體且較長，無級變速傳動。圖3b所示也是加工圓柱體外圓，工件在圓柱導輥上旋轉，無軸向進給，可加工階梯軸和大直徑工件。圖3c、3d所示分別為采用軸向進給和雙頂尖定位，加工較長、直徑較大的圓柱體和圓錐體工件。

5.2超精加工的具體應用

有許多高精度應用場合，簡要介紹了齒輪電機的軸承區域。拉伸軸承通常分為三個區域：軸承加工、軸承半加工和整個光源階段：1）軸承加工。大部分金屬材料都會被切割、快速切割、粉碎、移除軸承表面的較大凸起，從而產生軸承零件的粗糙平滑表面。2）半剖軸承。加工過程中，砂輪和軸承接觸面面積增大，相應壓力減小，磨削效果下降，磨削石處于半熟階段，軸承表面顯得較暗。3）整個光源階段是精加工的最后一步。當磨料噴射和軸承表面之間的接觸區域達到一定程度時，切割效果將減小，直到最終停止切割運動。在這種情況下，軸承表面復蓋了一層潤滑劑，軸承部分最終似乎會發光。

6緊湊的自動化磨床

這款磨床不僅小巧緊湊，而且同樣具有哈斯馬格品牌兩個較大尺寸通用磨床的多樣性功能。得益于30m/s的傳動速度，這款設備與哈斯馬格前任機型相比，不僅速度加倍，全新CU磨床的寬度同樣減少50mm。開發團隊為此進行了眾多研究，例如：至今在礦鑄件機座內帶有大型冷卻劑容器的冷卻設備被置于設備下方。一項積極的影響在于，通過對位于磨床后方的切削液進行不斷冷卻，可以對裝有冷卻劑容器的機座進行持久冷卻，這有助于設備實現磨削時的極高精度。另一項體現創造力與大型設備專業能力的特點是在磨床中集成了自動化單元，作為自動化單元的集成托盤夾持系統在許多情況下可以替代外部搬運系統，并避免額外空間需求。總而言之，全新設備的占地需求還不到帶有冷卻設備與機械手的前任機型的一半。為了可以串聯更多設備，刀具更換器的裝卸、裝備以及設備編程均位于磨床前端。維護在設備后方進行，左右兩翼未設置維護與維修開口。該設備不但節省了空間，而且全新磨床的刀具更換器根據刀具尺寸可以容納9～14個刀位，這是前任機型容量的三倍。刀庫同樣獲得了全新的非常規排列。刀具更換環位于機床工作臺之下，并可由操作人員從前端進行操作。操作人員無需在機床后端裝載刀庫，這可以在串聯設備安裝下節省工作路徑。

結束語

實踐證明，超精加工是一種快捷有效的光整加工方法，運用面廣，實用性強。可用于磨削后的工件表面和各種精密零件內外表面的最終加工。本文介紹了超精加工的原理和方法，正確選擇油石、工藝參數和切削液，可快速消除磨削缺陷，降低表面粗糙度值，并使超精加工后的工件表面形成有利于存留潤滑液的網狀紋理，提高使用壽命。

參考文獻：

[1]覃哲.具有微結構表面的強化研磨軸承套圈摩擦學行為研究[D].廣州大學，2019.

[2]張珂，王浩，孫健.氮化硅全陶瓷球軸承溝道超精加工仿真與試驗研究[J].兵器材料科學與工程，2019，42（04）：49-54.

（作者單位：河南工學院）