提高薄片類工件表面磨削加工質量的方法

摘 要：薄片類工件由于其厚度小造成其剛性差、易變形，加工時難以保證幾何精度和表面粗糙度而成為平面磨削的加工難點。本文分析了影響薄片類工件磨削加工幾何精度和表面粗糙度的主要因素，并提出了針對性的應對措施。

關鍵詞：平面磨削 薄片類工件 加工特點 應對措施

磨削加工一般是普通車、銑之后的精加工，精度等級在IT6、IT7級的工件一般都要上磨床進行加工。實際生產中平面磨削應用較多，其磨削對象為薄片類工件時，加工具有一定的難度。

一、薄片類工件的加工特點

薄片類工件一般指樣板、薄板、塞尺等。這類工件厚度比較薄，其加工的最大特點是很容易變形，而且變形很難控制，從而不容易保證工件的加工質量。

工件的加工質量包含兩個方面，一是指工件的幾何精度（尺寸精度、形狀和位置精度），即宏觀幾何誤差；二是指工件的表面結構（主要是表面粗糙度），即微觀幾何誤差。工件的變形主要影響工件的宏觀幾何精度。

二、影響薄片類工件磨削加工幾何精度的主要因素及其應對措施

1.影響薄片類工件磨削加工幾何精度的主要因素

（1）磨削熱引起的加工變形

磨削加工是一種多切削刃的高速切削。磨粒與工件的摩擦、工件在磨削區內的塑性變形能量絕大部分轉化成熱量，使磨削區域局部表層溫度高達1000℃以上。一方面溫度的劇激升高導致工件產生較大的變形，冷卻后變形又恢復；另一方面工件在磨削時受熱不均勻，被磨削的一面溫度升高快，另一面的溫度升高較慢，引起工件拱起變形。上述兩個方面造成加工尺寸和形狀難以控制。

（2）電磁吸力引起的變形

薄片類零件剛性差，在磁力工作臺上吸緊時電磁力的作用使零件變平，松開時它又恢復原狀。

（3）工件的安裝方式引起的誤差

若采用電磁吸盤裝夾薄片類工件，由于電磁吸力的影響，難以達到較好的平面度，因此宜采用讓工件在自由狀態下進行磨削的方法，就需要利用夾具裝夾薄片工件。裝夾方式的不同，引起的加工誤差也不同。

此外，還有很多因素影響薄片類工件的磨削加工精度，如機床自身的精度、砂輪修整的精度等等。

2.應對措施

（1）應對磨削熱引起的加工變形的方法

①在精加工前，工件進行充分冷卻。在進行精加工之前，保證工件已冷卻至室溫（環境溫度），盡可能消除加工前溫度所引起的變形。

②及時修整砂輪。在磨削過程中，特別是精磨過程中，要及時、多次修整砂輪，以免砂輪變鈍引起切削熱的增加。

③改善冷卻條件。如改進磨削冷卻液的配方，加大磨削冷卻液的流量等，以保證磨削過程中的充分冷卻。

④合理選擇切削用量。控制砂輪的圓周速度，降低工作臺的運動速度、減小磨削深度等措施都可以減少磨削熱。其中磨削深度的大小對磨削熱的影響最大，因此減小磨削深度對降低熱變形有利，但會降低生產效率。

（2）應對電磁力引起變形的方法

①工件下墊彈性墊片。在磁力工作臺上安裝擺放工件時，在工件與工作臺之間墊一層厚約0.5mm的橡膠。當工件受磁力作用時，橡膠被壓縮，工件彈性變形變小，從而可磨削出工件的平直平面，然后翻面磨削。經工件多次翻面磨削，可消除磁力引起的彎曲變形，滿足加工精度要求。

②臨時性加強工件的剛性

用環氧樹脂等粘結劑，將自由狀態下的多個薄片工件一正一反錯開排列并粘到一塊平板上，然后將其放到磁力吸盤上進行磨削。磨平薄片工件的一面后，將其取下，以磨平的一面為基準，放到磁力吸盤上，再進行磨削。這種方法是利用環氧樹脂在未硬化之前所具有的流動性，使其填平薄片工件與平板之間的間隙。當環氧樹脂硬化后，工件與平板粘結在一起，成為一個整體，從而大大增強了工件的剛性，使薄片工件在在磨削過程中不會出現彈性變形。

三、影響薄片類工件磨削粗糙度的主要因素及其應對方法

1.影響薄片類工件磨削粗糙度的主要因素

若不考慮機床性能方面的因素（如機床的剛性、高頻振動等），則影響薄片類工件磨削表面粗糙度的主要因素是采用的砂輪和選擇的切削用量。

砂輪的磨料、硬度、粒度和粘結劑的不同都會對磨削表面的粗糙度造成影響。

砂輪圓周速度的提高，理論上單位工作面上的磨粒增多，可相應減小加工表面的粗糙度，但砂輪速度的提高會增大機床的振動，同時會產生更多磨削熱，可能會燒傷加工表面。磨削深度和工作臺速度對零件加工表面質量影響較大。磨削深度和工作臺速度增大，每顆磨粒的切削負荷就相應增大，磨削力和磨削熱增加，影響砂輪工作面質量和砂輪切削性能，從而影響加工表面的粗糙度。

2.應對方法

（1）合理地選擇砂輪。不同材料的砂輪其磨削性能不同，對于小粗糙度的薄片工件，宜選用脆性較大的磨料和硬度較軟的砂輪，以提高砂輪的自銳性，使其保持較好的切削能力。

（2）仔細平衡砂輪，以減小砂輪不平衡產生的振動。

（3）合理地選擇切削用量。為防止工件表面燒傷和減小機床振動，宜采用較低的砂輪圓周速度，一般取砂輪圓周速度為15米/秒～20米/秒；工作臺縱向進給速度取80毫米/分～200毫米/分；進刀量要小，一般取0.002～0.005毫米/橫向行程，以降低磨削力。

（4）合理地選擇切削液。為防止燒傷和增大表面粗糙度，一般選取冷卻作用較好的乳化液，并采用過濾裝置來保證切削液的清潔，以避免磨屑拉毛加工表面。

四、提高薄片工件磨削加工質量的操作要領

1.薄片工件在磨削時容易產生翹曲，凹部都在靠砂輪的一邊，故將工件的凸面放在上面先磨平，再將工件翻過來磨第二面。反復交替磨幾次。

2.工件裝夾時，應考慮力的作用點，盡量做到吸得牢且變形小。

3.砂輪應選粗粒度、組織疏松、硬度比較軟的。經常保持砂輪鋒利，使工件與砂輪接觸面小一些，切削液必須充足供給。

4.一般背吃刀量和進給量不宜過大，但要提高工作臺的縱向進給速度。

5.為了提高工件的平面度，可以在吸盤上涂一層薄薄的機油，使薄片工件緊密地吸在磁盤上。

6.在工藝上要將粗加工與精加工分開，安排粗磨和精磨。

7.為了減小薄片零件的表面粗糙度，可在精磨之后進行光刀之前，在砂輪工作面上輕輕涂一薄層肥皂（砂輪光修后），然后對工件進行光刀3至4次。這種方法能較有效地提高薄片工件的表面粗糙度。

參考資料：

[1]王洪運.薄片零件的磨削[J].金屬加工·冷加工，2010，（13）.

[2]劉先蘭.薄片零件兩端平面磨削的幾種加工方法[J].機械制造，2002，（6）.

[3]劉俊成.如何保證高精度小粗糙度薄片零件的磨削質量[J].工具技術，2005，（5）.

[4]葉春梅.磨削薄片工件的技術問題及對策[J].裝備制造技術，2012，（5）.