铝合金平面研磨精度及产生划痕的研究

研磨是一种重要的精密机械加工工艺，目前在我国的量具、仪器、机床、航空以及汽车零部件等各行业的制造、装配和修理工作中应用非常广泛。研磨时利用磨具和磨料的相对运动，从工件表面去掉一层极薄的金属，从而使金属表面达到较高的尺寸精度、较小的表面粗糙度和几何误差的加工方法。由于平面研磨具有加工成本低、表面质量好、加工效率高等优点，因而在批量生产中得到了推广和应用，成为生产加工中的一种重要方法。在平面研磨的过程中，磨料的特性、研磨液配比、磨盘平面度、旋转速度、顶盘压力以及现场环境等因素，对产品研磨表面质量都有影响。而研磨面的好坏直接影响着产品的质量、性能和成本。本文通过试验分析方法，从不同角度研究产生研磨划痕的原因和影响平面度达不到精度要求的因素。

行星轮的自转是通过工件中心与磨盘中心之间的距离随时间周期性变化的。这种研磨方式，工件转速不等于研磨盘转速，其值随研磨盘转速的增大而基本成线性增大，但其与磨盘转速之比却随磨盘转速的增大而下降。

为了解决以上问题，分别针对性地进行试验分析，试验磨料采用碳化硅研磨粉和水基悬浮剂。研磨液中粉、油、水的比例为1：1：10，并排除研磨液和其他因素的影响。

工件研磨后，出现了两类划痕：一类是轨迹规整平滑（图2中a处）；另一类则是在个别样件中出现了杂乱无章的细碎划痕（图2中b处）。其中，第一类划痕是符合零件与磨盘相对运动的轨迹，且划痕宽度与深度均大于研磨液中研磨粉末的颗粒尺寸。所以，这种划痕不是由研磨液中研磨粉末造成的，而是由磨屑和杂质颗粒造成。这些磨屑在研磨时不易折断，研磨液也不能及时从工件表面上冲走，从而随研磨粉一起嵌入被磨表面，通过磨盘和零件的相对运动，在表面划出较深的沟痕。这种表面划伤，导致了工件需要返修或直接报废，生产的进度和节拍被严重滞后。所以，在生产中要尽量避免这种磨屑的混入，并保证在研磨过程中能够将其及时排除。而另一种是由于研磨粉敷散不均匀而导致的细碎划痕，对产品无严重影响。为分析磨屑对研磨面产生的影响大小，在保证其他条件不变时，通过固定转速和固定压力进行试验，如表1为转速压力试验及结果。

固定转速试验：当压力小时，磨屑划入工件的深度较浅，但不易排除，容易随研磨液附着在研磨表面，产生的划痕数量相对较多；当压力大时，磨屑划入工件的深度较深，大部分磨屑通过排屑槽被挤压排除，产生的划痕数量相对较少。所以，在压力较小的情况下，造成多而浅的划痕；而压力增大时，造成了少量但较深的划痕。

固定压力实验：当转速低时，划痕多；转速高时，划痕少。这是因为转速低时，零件与研磨盘相对运动速度较慢，零件对研磨液中的磨屑颗粒冲击相对小一些，磨屑较易附着于研磨表面，且不易脱落；转速提高后，零件与研磨盘相对速度高，零件对磨屑颗粒的冲击也随之增大，磨屑容易脱落，因而划痕相对少一些。通过研磨试验及其效果的对比，其转速和表面压力对研磨表面产生划痕有一定影响，但不是产生划痕的根本原因，调节转速和压力无法从根本上解决划痕问题。其根本原因是：研磨过程中产生的磨屑颗粒对研磨表面的划伤，但磨屑颗粒在研磨过程中又是一个无法避免的问题。只能从它产生的根源处进行预防，以及在研磨过程中及时地将产生的杂质颗粒进行排除，从而获取质量较高的研磨表面。其磨屑颗粒主要来源于零件自身磨削脱落、零件表面黏附、研磨液中混入以及外界环境混入等方面，除了零件自身磨削脱落外，其他因素在生产中都可尽量避免。而维护设备，及时将排屑槽清理干净，使盘面保证一个较好平坦度会有助于磨盘排屑。

生产完毕后，通过制定科学的修盘工艺，维持研磨盘的平面度在一定的水平（平面度在5μm左右）进行生产，对现场批量生产的质量非常重要。当盘面受控时，被磨表面的平面度数据也表现得非常好，如图5所示。