超精加工方法和应用研究

胡琳浩 高岗

【摘 要】超精加工是一种对工件表面光整和精整的加工方法。它可以在很短的时间内，将工件从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变质层，使工件的使用壽命提高几倍，因而广泛应用于各种材料和精密零件的最终加工中。

【关键词】超精加工;方法;应用

引言

超精加工技术广泛应用是未来汽轮发电机制造领域的必然趋势，它的普及也进一步说明了我国科技水平的进步，相信在不久的将来，超精加工技术的应用一定会涉及到各个制造领域。

1超精加工的原理

超精加工是采用磨料为微粉的油石，在一定的压力作用下，以短行程的往复运动，对工件表面进行微量磨削，如图1所示，其中F为压力，A为油石振幅，vc为工件速度，vf为纵向进给速度。

超精加工广泛应用于内燃机曲轴、凸轮轴、刀具、轧辊、轴承滚道和滚子、精密量具及电子仪器等精密零件的加工，能对钢、铸铁、磷青铜、铝、玻璃、花岗岩、硅和锗等材料进行加工，能加工外圆、内圆、平面、球面、圆弧面和特殊轮廓面。

2超精加工的必要性

随着我国技术水平的提高，产品需求不再局限于表面层面，如“适用”、“适用”或“简单”，产品的易用性是产品选择的重要组成部分。在日益全球化的过程中，国内企业不仅面临国内市场的竞争，更主要的是外国企业的压力。为了在竞争激烈的市场上跟上竞争，必须优化产品质量，尽可能广泛地开发产品，导致生产加工更加详细和复杂。光泽加工作为制造领域的后处理可以大大提高产品质量，是制造商在市场竞争中的重要工具。、

3超精加工的特点

与磨削加工相比，超精加工具有以下特点：①超精加工能显著提高工件表面质量，可使工件的使用寿命提高5倍左右。②超精加工后的工件在装配运转后噪声大幅减小，振动减小，运转平稳。③磨削加工去除余量为0.01mm左右，而超精加工去除余量为0.001mm以下，尺寸分散度小且稳定。④磨削加工的工件表面有微观尖峰，加工纹理为直纹（见图2a），当工件运转时，难存润滑油，还会产生烧伤。而超精加工表面没有尖峰，加工纹理为交叉网纹，易存润滑油和形成润滑膜，工件不易磨损。⑤超精加工时间短，只需几秒到十几秒，加工效率是高精度镜面磨削的几十倍。⑥超精加工所用设备简单，易于实现自动化和标准化，表面粗糙度值Ra可达0.006～0.05μm。

4影响超精加工应用的主要因素

1990年代早期来自美国的前体在欧美设计了技术公差为0.013mm的旋转轴。但是，目前，我们很难利用这种技术来缩小技术差距，只在工艺和发现领域缩小差距，而应用超细加工的主要因素是三个因素：（1）我国的制造业和全剖艺术。2）近年来专业人员短缺，尖端加工的重要性增加，但人才培养不是"一夜之间"的状态，造成时间和工作量的增加、技能的缺乏和发展障碍的扩大;3）先进技术的硬件需求较高，这意味着硬件需求较高，成本较高，并且对于强大的大型企业来说易于管理。但是，对于中小型企业来说，它们非常昂贵，我们的中小型企业在要处理的应用程序中占有很大比例。

5超精加工方法

超精加工各种工件内外表面，工件在夹具中的定心方式可分为无定心和有定心两种。根据进给方式可分为轴向进给、切入进给和圆周进给。

5.1超精加工外圆

图3a所示为加工小直径圆柱体外圆，工件在导辊上旋转并做轴向进给运动，导辊近似双曲线体且较长，无级变速传动。图3b所示也是加工圆柱体外圆，工件在圆柱导辊上旋转，无轴向进给，可加工阶梯轴和大直径工件。图3c、3d所示分别为采用轴向进给和双顶尖定位，加工较长、直径较大的圆柱体和圆锥体工件。

5.2超精加工的具体应用

有许多高精度应用场合，简要介绍了齿轮电机的轴承区域。拉伸轴承通常分为三个区域：轴承加工、轴承半加工和整个光源阶段：1）轴承加工。大部分金属材料都会被切割、快速切割、粉碎、移除轴承表面的较大凸起，从而产生轴承零件的粗糙平滑表面。2）半剖轴承。加工过程中，砂轮和轴承接触面面积增大，相应压力减小，磨削效果下降，磨削石处于半熟阶段，轴承表面显得较暗。3）整个光源阶段是精加工的最后一步。当磨料喷射和轴承表面之间的接触区域达到一定程度时，切割效果将减小，直到最终停止切割运动。在这种情况下，轴承表面复盖了一层润滑剂，轴承部分最终似乎会发光。

6紧凑的自动化磨床

这款磨床不仅小巧紧凑，而且同样具有哈斯马格品牌两个较大尺寸通用磨床的多样性功能。得益于30m/s的传动速度，这款设备与哈斯马格前任机型相比，不仅速度加倍，全新CU磨床的宽度同样减少50mm。开发团队为此进行了众多研究，例如：至今在矿铸件机座内带有大型冷却剂容器的冷却设备被置于设备下方。一项积极的影响在于，通过对位于磨床后方的切削液进行不断冷却，可以对装有冷却剂容器的机座进行持久冷却，这有助于设备实现磨削时的极高精度。另一项体现创造力与大型设备专业能力的特点是在磨床中集成了自动化单元，作为自动化单元的集成托盘夹持系统在许多情况下可以替代外部搬运系统，并避免额外空间需求。总而言之，全新设备的占地需求还不到带有冷却设备与机械手的前任机型的一半。为了可以串联更多设备，刀具更换器的装卸、装备以及设备编程均位于磨床前端。维护在设备后方进行，左右两翼未设置维护与维修开口。该设备不但节省了空间，而且全新磨床的刀具更换器根据刀具尺寸可以容纳9～14个刀位，这是前任机型容量的三倍。刀库同样获得了全新的非常规排列。刀具更换环位于机床工作台之下，并可由操作人员从前端进行操作。操作人员无需在机床后端装载刀库，这可以在串联设备安装下节省工作路径。

结束语

实践证明，超精加工是一种快捷有效的光整加工方法，运用面广，实用性强。可用于磨削后的工件表面和各种精密零件内外表面的最终加工。本文介绍了超精加工的原理和方法，正确选择油石、工艺参数和切削液，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润滑液的网状纹理，提高使用寿命。

参考文献：

[1]覃哲.具有微结构表面的强化研磨轴承套圈摩擦学行为研究[D].广州大学，2019.

[2]张珂，王浩，孙健.氮化硅全陶瓷球轴承沟道超精加工仿真与试验研究[J].兵器材料科学与工程，2019，42（04）：49-54.

（作者单位：河南工学院）