1 序言
石墨是一種黑色非金屬材料[1]，密度較低，為2.25g/cm3。由于其具有耐高溫、自潤滑、耐腐蝕、質輕和可塑性好等優(yōu)點，因此在工業(yè)生產中得到廣泛應用。石墨制品一般都有很高的質量要求。但是石墨材料本身具有的特性使其在加工時容易產生各種問題，如在磨削外圓時，會出現(xiàn)橢圓超大、尺寸超差及加工表面質量缺陷等，從而造成加工產品質量不合格甚至報廢。
通過對石墨材料加工經驗的長期積累，以及對加工過程中遇到的問題的合理分析，對磨削石墨外圓時的切削參數、磨削方式、砂輪的選擇以及裝夾力度等工藝因素進行優(yōu)化，能夠有效地克服加工石墨材料零件外圓時出現(xiàn)的質量問題，保證加工精度，減少缺陷。
2 磨削外圓時出現(xiàn)的問題
2.1 裝夾變形
因零件的外形尺寸和自身韌性大的特點，故零件在裝夾時，會隨著工裝的形狀而發(fā)生微量的變化，進而影響產品質量。零件的裝夾如圖1所示。
圖1 零件的裝夾
（1）影響零件的圓度和同軸度 同軸度的兩個加工基準是內孔與心軸，零件內孔與小錐度心軸過盈配合，心軸的磨損或頂尖與中心孔接觸不良可能會引起跳動超差。上一道工序的內孔采用車床加工，有裝夾變形的情況發(fā)生，可能造成內孔呈橢圓狀，從而影響外圓的加工精度。
（2）影響零件的尺寸 石墨材料具有很大的韌性，當石墨零件裝夾在心軸上時，由于心軸有錐度，因此零件會被心軸撐大，從而產生變形，進而使零件實際尺寸偏小，造成超差。
2.2 零件表面產生各種缺陷
石墨材料零件在磨削過程中，由于質地較軟[2]，會受到砂輪顆粒和磨削方式等因素的影響，使零件表面產生各種缺陷：①多角形缺陷。在零件表面沿軸線方向存在一條條等距的直線痕跡。②螺旋形缺陷。磨削表面呈現(xiàn)一條螺旋痕跡。③劃傷或劃痕。表面出現(xiàn)明顯的刻入式的磨削痕，有大有小、有長有短。
3 解決方法
3.1 砂輪的選擇
選擇砂輪時，砂輪的特性（磨料、粒度、硬度、結合劑和砂輪組織等）對磨削石墨材料零件外圓的質量有著極其重要的影響。如果砂輪選擇不當，則石墨零件的表面粗糙度就難以達到要求。此外，砂輪的切削性能還需要有保證。加工石墨零件時，選擇偏硬一些的砂輪，其磨料不容易脫落，既可以避免脫落的磨料對加工表面產生不利影響，又能保證砂粒的鋒利。零件的加工過程如圖2所示。
圖2 零件的加工過程
3.2 磨削方式
一般采用粗、精磨方式進行加工[3]。粗磨時，零件的留磨量大，采用定位橫向進給的方式。由于砂輪與石墨零件有較大的接觸面，磨削時容易發(fā)熱，因此在粗磨時冷卻要充分。精磨時，采用縱向走刀磨削，在磨削過程中作橫向進給，砂輪吃刀量
小，可有效保證零件的加工精度和尺寸要求。
3.3 裝夾零件的方法
一般采用有錐度的心軸穿孔加工外圓，由于石墨零件與心軸采用過盈配合的方式，所以裝夾的力度要適當。零件的裝夾如圖3所示。一般在粗磨時采用較大的裝夾力，這是由于在粗磨過程中，進給量比較大，零件受到擠壓，并且零件受到的磨削力較大，采用較大的裝夾力可以避免零件與心軸發(fā)生相對運動。精磨時，在零件與心軸沒有相對運動時，裝夾力越小越好，這是為了避免石墨零件被心軸撐大而發(fā)生彈性變形，進而影響零件尺寸。粗磨時過盈量一般為0.005～0.1mm，精磨時過盈量為0.003～0.005mm。
圖3 零件的裝夾
4 石墨制品加工實例
4.1 零件實例
零件材料牌號為M125P，特點是質地輕、密度小，為脆性材料。加工圖樣要求內孔與外圓同軸度為0.01mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。用M1420A外圓磨床加工[4]，按RT檢測03表配磨尺寸，計算間隙值并填入RT-40表，加工時采用穿心軸加工。磨削后的零件如圖4所示。
圖4 磨削后的零件
4.2 實際加工分析
同軸度的兩個加工基準是零件內孔與心軸外圓，心軸的磨損或頂尖與中心孔接觸不良可能會引起跳動超差。上一道工序的零件內孔采用車床加工，有裝夾變形的情況發(fā)生，可能造成內孔呈橢圓狀，從而影響外圓的加工。
零件的彈性變形、裝夾時的夾緊力，會影響加工精度及導致出現(xiàn)測量誤差。加工最大的難點在于石墨零件外圓的表面粗糙度。由于石墨屬于非金屬材料，砂輪脫落的顆粒與切削液組成的混合液會劃傷工件表面；循環(huán)切削液中的微小顆粒雜質沖入磨削區(qū)也會引起劃痕；砂輪鈍化會使工件表面出現(xiàn)多棱或螺旋紋缺陷。
4.3 解決方法
（1）零件的同軸度保證 心軸在使用前先在偏擺儀上用杠桿千分表測量，確保心軸兩端外圓對中心孔的跳動均在0.005mm以下時方能使用。
（2）零件的尺寸保證 零件的加工分粗、精磨兩部分。粗磨時不考慮表面粗糙度與變形，只保證為后序精磨時留磨量。加工時采取定位切入磨削方式，吃刀量偏大，分多次加工，進給量控制在0.01～0.02mm/r。使零件與心軸的裝夾力稍大一些，約有0.005～0.01mm的過盈量，這樣可以提高工作效率。精磨時，先對零件進行尺寸測量，如果零件發(fā)生變形，出現(xiàn)橢圓狀，圓柱度超過0.01mm的進行研孔保證，裝夾時力度要適中，心軸與零件的過盈量控制在0.003～0.006mm，這樣裝夾零件的彈性變形小，幾何公差得以保證。磨削時，機床采用往復走刀磨削方式，進給量為0.001～0.005mm/r，吃刀量小、磨削量小，磨削時產生的壓力作用時間短，可以更加精確地配磨尺寸。往復走刀不僅可以提高外圓的表面質量，還能夠減少零件加工表面產生的磨削痕，使表面更加平整。
（3）零件的表面粗糙度保證 保證所加工外圓的表面粗糙度，主要是通過砂輪的選擇和修整。零件硬度低時，磨粒鈍化慢，使磨粒在變鈍前就脫落，應該選擇硬一點的砂輪；零件硬度較低并且韌性較大時，由于切屑容易堵塞砂輪，因此要選擇粒度粗、氣孔大的砂輪。結合石墨質軟的性質，選擇硬度為K或L、陶瓷結合劑且粒度為60#的鉻剛玉砂輪最為有效。
在精磨加工時，砂輪磨損很小，一般修去0.05mm就足以滿足砂輪恢復切削性能的能力。修正速度要慢一些，大概為150～200mm/min。最后進行光修，目的是去除砂輪上個別突出的微刃和松散的砂粒。
（4）切削液 在加工石墨材料零件時，要保證切削液干凈，機床需要裝有過濾系統(tǒng)，防止砂輪脫落的顆粒與切削液組成的混合液劃傷工件表面或微小顆粒雜質混入循環(huán)切削液中沖入磨削區(qū)。
（5）定值測量 當石墨零件在機床上完成加工后，需要進行恒溫定值，等零件穩(wěn)定后再進行測量，然后依據配套表計算間隙值并填表。
5 結束語
本文介紹了石墨零件外圓磨削時出現(xiàn)的問題和解決方法，總結并分享磨削加工的經驗和技巧。在加工石墨材料零件時，要結合材料自身的特點和圖樣要求，進行認真的工藝分析，選擇合適的夾具、砂輪和磨削方式，以此解決裝夾變形、尺寸超差和零件表面缺陷問題，從而生產出優(yōu)質的產品。
專家點評
本例中的石墨材料具有自潤滑、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在機械加工領域獲得廣泛應用。但石墨材料質地較軟，外圓磨削時容易出現(xiàn)橢圓變形、尺寸超差和表面質量缺陷。作者針對石墨零件外圓磨削時出現(xiàn)的質量問題，結合材料特點和零件特征進行原因分析和實例加工，總結出外圓磨削的經驗和技巧。通過選擇合適的砂輪和磨削方式，優(yōu)化心軸裝夾方法等工藝改進措施，有效地解決了裝夾變形、尺寸超差和表面劃痕等問題，提高生產效率并降低了成本。文章結構合理、內容完整、邏輯清晰且論證有力，具有很好的參考和應用價值。
