本世紀初JosephSunnen首先預示了現(xiàn)代珩磨工藝將成為一種表面精加工技術。隨著珩磨技術的發(fā)展，珩磨已成為一種材料切除工藝，用來修整不合適的孔。但是在低速下使用油石珩磨內(nèi)孔不能有效地切除材料。珩磨油石作為一種表面精加工工具實際上對金屬表面都會產(chǎn)生損傷，而刷珩磨可以在不引起表面損傷的情況下提高表面精度。
　　
　　一、早期的珩磨
　　早期的珩磨只是為了解決汽車工業(yè)中汽缸孔的加工問題。早期的鏜孔工具及加工機床加工出的汽缸壁表面存在搓板現(xiàn)象。汽缸壁表面與活塞環(huán)之間的密封性不好，活塞環(huán)得不到合適的潤滑，這樣會很快地磨損引擎的第一組環(huán)。
　　
　　最后在很短的時間內(nèi)就必須更換活塞環(huán)。粗鏜出來的汽缸壁會使活塞裙磨損嚴重，因此需要修整加工。活塞環(huán)中的金屬雜質(zhì)也會引起損傷。隨著活塞在缸孔內(nèi)的往復運動，活塞環(huán)磨除了汽缸壁上不規(guī)則的的細微凸出點。
　　這些切除下來的金屬微粒污染了潤滑系統(tǒng)，堵塞了過濾器，并引起汽缸壁垂直方向的劃傷。雜質(zhì)也會劃傷活塞裙。劃傷的第二個原因是不良的潤滑。由于細微的凸出點在它們被磨平之前，其中較高的凸出點把涂在汽缸壁上的
　　潤滑膜刺破了(如圖1)。當活塞在整個行程中碰到這些凸出點時就出現(xiàn)了金屬與金屬之間的接觸，活塞環(huán)的速度達到最低點。
　　
　　活塞環(huán)的使用壽命短，活塞裙的劃傷及缸孔的磨損都是由于活塞在粗糙的缸孔內(nèi)往復運行所造成的，也是不可避免的，從而導致發(fā)動機耗油多，效率低。即便如此，早期的小汽車也不得不使用這種發(fā)動機。
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　　圖1　汽缸壁表面的凸出點刺破了潤滑油膜，導致活塞環(huán)通過該點時出現(xiàn)金屬與金屬間的接觸 　　在Sunnen的珩磨工藝之前，汽車制造商加工汽缸壁表面所使用的唯一的方法就是Winton汽車公司的加工方法。它適合于小孔的加工。為了除去內(nèi)孔表面凹凸不平之處，采用使鋼球從小 孔中通過的方法，而鋼球的直徑比汽缸孔的直徑大0.05mm到0.076mm。當鋼球從孔中通過時從而擠平缸孔的內(nèi)表面。
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　　這種工藝今天我們稱之為滾珠法，并且除了缸孔加工外這種工藝現(xiàn)在仍然在使用著。但是在早期的汽車制造業(yè)中滾珠法不適用，因為早期的缸孔直徑前后不一樣大，擠壓時會產(chǎn)生過多的接觸壓力，有時壓力太大使缸孔壁出現(xiàn)裂紋。另外被鋼球擠碎的細物會被壓入缸孔內(nèi)表面，使缸壁受損。
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　　當Sunnen提出了另一個更有效的加工方法時，汽車制造工業(yè)完全接受了它。Sunnen的新珩磨工藝就是將油石組裝到珩磨頭上進行珩磨。珩磨頭在缸孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時用手來控制珩磨頭的往復運動。
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　　珩磨工具最初設計成柔性的，油石通過彈簧夾具組裝，并隨缸孔原有的幾何形狀進行加工。珩磨的切除量一般都很小，在2.54μm～50.8μm之間，珩磨后的表面粗糙度可達Ra24。
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　　鑒于這種情況，珩磨只能改善缸孔內(nèi)表面質(zhì)量，實質(zhì)上沒有改變它的幾何形狀和尺寸。由于油石是由柔性夾具把持的，因此它與汽缸孔的接觸壓力比較小。這樣不僅可磨平表面，而且可使缸壁不受損傷。但是油石在通過缸孔內(nèi)表面上的凹陷處時會出現(xiàn)架橋現(xiàn)象(如圖2)，結(jié)果珩磨過的表面網(wǎng)紋均勻性不好。
　　
　　圖2　早期珩磨中油石通過工件表面高點時出現(xiàn)架橋現(xiàn)象
　　
　　
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　　二、珩磨轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢骷庸お?
　　隨著珩磨的發(fā)展，制造商看到了在加工制造業(yè)中可擴大珩磨的作用。因為零部件在鉆孔后必須進行珩磨，機械工程師開始用珩磨來解決鉆孔過程中產(chǎn)生的問題。要解決這個問題必須使用更硬些的珩磨，進行材料的切除加工。把珩磨設計成可由手工控制旋轉(zhuǎn)對油石施加壓力。這些機械動作開始由自動機械伸脹系統(tǒng)來完成，后來又被液壓系統(tǒng)所取代。每一次轉(zhuǎn)變都需要硬度更高、結(jié)合力更強的油石，從而使油石受壓時不受損壞。
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　　這個發(fā)展使珩磨變成了非常昂貴的切削加工。現(xiàn)代珩磨采用高技術的金屬結(jié)合劑超硬材料工具，具有精度高、設計優(yōu)良、耐高壓等特點。這些工具的珩磨范圍大，從直徑為3.175mm的小孔到直徑為914.6mm的大孔都可以進行珩磨。
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　　雖然在加工能力上有所增加，但是這些工具在切除材料過程中會對工件產(chǎn)生很大的損傷。珩磨中工具的相對滑行速度低，而壓力非常高，使工件產(chǎn)生劃傷并出現(xiàn)切屑重疊和網(wǎng)狀微裂紋。這些裂紋的尺寸和分布決定于工件的材質(zhì)。例如珩磨鑄鐵材料，裂紋深度可達50μm，而切屑重疊面積超過2500μm2。通過減少壓力和引入無火花磨削，這種損傷可得到適當控制。如果使用具有彈性的且較軟的結(jié)合劑制造的油石加工，工件就不會出現(xiàn)裂紋。
　　因為它切削自由，切除量較小。然而這些措施和方法使得加工工藝更難控制而且也更費時間。
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　　珩磨用的冷卻液和潤滑材料對當今超硬材料油石來講也是個問題。缸孔內(nèi)必須充滿按特殊配方制成的磺酸鹽冷卻液。如果沒有這種冷卻液，低速恒定的接觸會使油石受壓增加。冷卻液中的磺酸鹽具有包裹切屑的能力，并可防止切屑與油石塊粘結(jié)。盡管如此，然而要清除掉冷卻液和潤滑材料中的有害物質(zhì)是非常困難而又昂貴的。操作人員天天與這些液體接觸也會使他們的皮膚受到損傷。考慮到這些環(huán)保和安全因素，同時為了解決這些問題，必須開發(fā)一種新型的水溶性冷卻液。
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　　三、刷珩磨可滿足要求
　　盡管金屬加工工業(yè)不用低壓珩磨，但是仍有這種工藝的要求。Sunnen開發(fā)的剛性珩磨可以減少因前道工序不良的加工而引起的尺寸變化。珩磨可以提高工件表面質(zhì)量的均勻性，可修整其他加工過程中產(chǎn)生的微裂紋。但是珩磨僅僅在不把它作為一種切削加工工藝的情況下才呈現(xiàn)出上述的優(yōu)越性。珩磨只能磨除表面平均線以上的細微凸出峰，切深不超過幾十個微米。圖3表明珩磨可明顯提高表面質(zhì)量。圖3中上圖是未珩磨的工件，其表面呈粗糙鋸齒狀，下圖是珩磨后的同一工件表面。汽缸壁被珩磨后可增加與活塞環(huán)的接觸壓力。當我們對比一下刷珩磨前
　　后表面接觸比率時發(fā)現(xiàn)，刷珩磨后的表面接觸率明顯增大。
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　　圖3　珩磨前后的工件表面質(zhì)量　
　　
　　
　　刷珩磨是在沒有切除過多材料或損傷工件表面質(zhì)量的情況下提高表面光潔度的一種加工方法。刷珩磨塊類似于一種刷子。刷子上的尼龍絲里面含有磨料，其中含有40%的珩磨材料。尼龍絲中的磨料可以是Al2O3、SiC、BN或金剛石等各種磨料。珩磨刷以塊狀形式銷售，與傳統(tǒng)的珩磨油石一樣可以安裝在標準的組合珩磨頭上，一組刷珩磨塊在40psi壓力下可珩磨20000多個孔。
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　　習慣于高壓珩磨的用戶會發(fā)現(xiàn)刷珩磨工藝與傳統(tǒng)的珩磨完全不同。份布在由大量分散的尼龍絲組成的柔性介質(zhì)中的磨料作用于工件表面。低壓下工作的工具其功率消耗比在高壓下珩磨要多10%。與傳統(tǒng)的珩磨不同，珩磨刷上的尼龍絲可獨立地作用于所有表面上。這就避免了前述的架橋現(xiàn)象，刷子對表面上細微的凹凸處都可以珩磨到(圖4)。
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　　圖4　傳統(tǒng)珩磨與刷珩磨的對比
　　
　　刷珩磨可以除去其他工序留下的劃痕和折疊切屑，并可達到Ra5-Ra6的表面粗糙度。刷珩磨不僅可用于汽車發(fā)動機制造業(yè)，而且可用于其他方面，應用范圍很廣。柔性加工與高壓珩磨相比，所需的機床體積較小，剛性較低 。柔性工具可用在自動生產(chǎn)線上進行批量生產(chǎn)。有些工廠使用刷珩磨專用設備，通過使用專門設計的工具和夾具，即使是鉆床也能用于刷珩磨。
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　　四、孔的質(zhì)量要求
　　刷珩磨可以獲得滿意的結(jié)果，它不只是用于修整前道工序的缺陷。控制鉆孔工藝的操作人員應該懂得加工過 程中基本的機械學和動力學原理，從而避免產(chǎn)生振動以保證孔的尺寸精度及形狀。
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　　影響鉆孔工藝的因素有很多，包括獨立因素和相關因素(見表1)。內(nèi)孔的表面質(zhì)量、尺寸大小、圓度及圓柱度 決定于所使用的加工條件及控制可變因素的影響。切削加工從機械學來講是一種剪切過程。切屑可以是連續(xù)的、鋸齒狀的或者不連續(xù)的。切屑形成的種類是加工狀態(tài)的良好體現(xiàn)。
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　　圖5簡單描述了切削過程中產(chǎn)生的應力情況。工具和工件作相對運動在第一切變區(qū)(ps)和第二切變區(qū)(sz)產(chǎn)生應力和剪切力。這些應力集中在傾斜的(角度為Φ)剪切面(sp)上產(chǎn)生剪切作用，導致切屑從工具的傾斜面上脫落 。這個作用顯示在圖5中帶有正傾斜角(α)的工具。切屑的厚度(tc)和進刀量的厚度(t)不同，t是在進刀方向上測量的。
　　
　　表1　影響鉆孔工藝的因素
　　
　　獨 立 因 素 相 關 因 素
　　　工件材料、條件和溫度切
　　　工具材料和條件
　　　工具形狀、表面和銳利性別
　　　切削液
　　　切削條件(進給速度、進給量)
　　　加工幾何形狀
　　　機床動力 　屑的種類
　　　切削力
　　　加工過程中消耗的能量
　　　工具、工件和切屑的溫度增加
　　　工具的磨損和鈍化
　　　被加工表面的精度和輪廓 

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　　圖5　切削過程中產(chǎn)生的應力情況
　　
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　　鉆孔過程中的相關因素直接影響了切屑的形成。總的切削力通常用它的分力來描述，包括切向進給力或正常的摩擦力。切削過程中產(chǎn)生的作用于工件與工具之間的反作用力導致了它們之間的相對位移。
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　　加工系統(tǒng)的動力性能表現(xiàn)為振動，振動形式有三種。操縱者必須能夠辨別哪種振動會影響切削工藝，并且要明白其動力原理，從而去適當?shù)匦拚涂刂瓶椎某叽绾托螤睢?
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　　為了簡便起見，考慮到加工系統(tǒng)所有的因素——工件、夾具與機床的剛性都比鉆床要好，因此可以設想只有一種主要的振動方式影響到這個系統(tǒng)。
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　　自由振動是系統(tǒng)所經(jīng)受的典型振動之一，它是工具脫離了外界施加的力時對初始條件的反應。在間斷加工中的非切削時期，切削力不存在時工具從它的傾斜狀態(tài)彈回。工具間斷接觸到 表面端部開始切削工件時的突然位移也會出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。在所有的機械系統(tǒng)中都有減振裝置，盡管振動頻率或周期與系統(tǒng)自然頻率保持一致，如果加工工藝不變，振幅將隨時間的變化而減少。在加工雙沖程發(fā)動機汽缸缸孔時，在工具通過孔的進出口時可以看到自由振動的影響，結(jié)果被加工表面經(jīng)常出現(xiàn)尺寸不足，導致內(nèi)孔不圓。
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　　另一種典型振動就是受迫振動，這是系統(tǒng)對周期刺激的反應。它出現(xiàn)的頻率與刺激的頻率相同。如果刺激的力保持固定不變的話，受迫振動的振幅是一直固定不變的(既不減少，也不增加)。普通受迫振動的例子是工具的徑向位移。當工具旋轉(zhuǎn)時，工具的不平衡所產(chǎn)生的振動力使工具在特定方向出現(xiàn)位移。這個不平衡每轉(zhuǎn)一圈都導致一個周期力的出現(xiàn)，力的大小與速度有關，承受這種力的鉆孔工具在受到切削力之前將呈現(xiàn)出最大的位移。這個位移常常導致孔端的尺寸偏大，表現(xiàn)為錐面或喇叭口。
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　　在加工過程中有反饋現(xiàn)象時會出現(xiàn)自勵振動。自勵系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)恒定的輸入力(例如產(chǎn)生連續(xù)切屑的切削力隨反饋間歇變化，反饋幅值會出現(xiàn)逐漸減弱(指穩(wěn)定系統(tǒng))、保持不變(在一定程度上的穩(wěn)定系統(tǒng))或隨時間增加(指不穩(wěn)定系統(tǒng))。振蕩就是自勵振動的例子。在鑄鐵件上粗鏜孔時會突然出現(xiàn)噪音和振動，這是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。切割的寬度是加工中出現(xiàn)振動問題的主要增益因素。
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　　要測量加工系統(tǒng)的振動響應，制造工程師可以確定一個穩(wěn)定的工藝范圍，決定各種非客觀的加工條件特別是最佳的切削條件，有必要的話必須使用可轉(zhuǎn)位工具或減震器。加工表面的微裂紋與相對振動程度有關，通過高穩(wěn)定的加工工藝可以減少表面的微裂紋。
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　　操作人員可通過選擇一種能夠限制工件變形的加工方法來控制切削力，尤其是那些薄壁工件。通過使用平衡性好的多切削刃刀具可提高孔的圓度和垂直度。
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　　應該注意到加工工藝的穩(wěn)定性將受到所有使用中的切削刃累積寬度的影響。當加工過程開始引起尺寸變化時，對于非常薄的精切削加工更應特別注意。隨著進刀量的減少，實際傾斜角度可能從正數(shù)變到零，甚至于變?yōu)樨摂?shù)。結(jié)果造成滯區(qū)變大，出現(xiàn)分界線，表面質(zhì)量差并產(chǎn)生折疊、劃痕。
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　　如果操作人員能夠完全按照加工工藝進行生產(chǎn)，那么加工出來的孔就沒有必要再進行珩磨修整。例如：一個雙沖程鋁汽缸制造商能夠通過微調(diào)鉆孔加工工藝可完全取消高壓珩磨工序。 即使汽缸壁是不連續(xù)的、帶有進出口轉(zhuǎn)換部分，只要操作人員仔細地選擇工具和工藝參數(shù)，制造商也能生產(chǎn)出高質(zhì)量的孔。在珩磨前加工出的汽缸可以達到如下精度：最大圓度誤差7.6μm.Cpk1.33，典型的圓度值在2.54μm以內(nèi)，孔的垂直度控制在1μm以內(nèi)，表面粗糙度范圍在Ra9～Ra20之間。有時采用傳統(tǒng)的高壓珩磨工具珩磨鍍鎳的孔時也可以得到合適的尺寸和形狀。但是隨著鉆孔工藝的改進，傳統(tǒng)的珩磨工藝已不適用，普遍都采用刷珩磨技術。