第五章 光 整 加 工

1、37421Z5 主編第五章光 整 加 工第五章光 整 加 工第一節(jié)概述第二節(jié)手工研磨拋光第三節(jié)電解拋光第四節(jié)超聲波拋光第五節(jié)擠壓研磨拋光第六節(jié)其他光整加工第一節(jié)概述一、研磨和拋光的機(jī)理(一)研磨的機(jī)理圖5-1研磨加工過程示意圖1研具2磨料3切屑4原加工變質(zhì)層5研磨加工變質(zhì)層6工件基體第一節(jié)概述(1)微切削作用在研具和被加工表面作研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，在一定壓力下，對(duì)被加工表面進(jìn)行微量切削。(2)擠壓塑性變形鈍化了的磨粒在研磨壓力作用下，擠壓被加工表面的粗糙凸峰，在塑性變形和流動(dòng)中使凸峰趨向平緩和光滑，使被加工表面產(chǎn)生微擠壓塑性變形。(3)化學(xué)作用當(dāng)采用氧化鉻、硬脂酸等研磨劑時(shí)，研磨劑和被加工表面產(chǎn)生化學(xué)

2、作用，形成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜很容易被磨掉，而又不損傷材料基體。(二)研磨特點(diǎn)1)尺寸精度高。2)形狀精度高。3)表面質(zhì)量高。第一節(jié)概述4)表面耐磨性提高。5)耐疲勞強(qiáng)度提高。6)不能提高各表面之間的位置精度。7)多為手工作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。(三)拋光機(jī)理拋光加工過程與研磨加工基本相同，拋光加工過程如圖5 2所示。圖5-2拋光加工過程示意圖1軟質(zhì)拋光器具2細(xì)磨粒3微小切屑4工件第一節(jié)概述二、光整加工在模具中的作用目前，對(duì)模具成形表面的精度和表面粗糙度要求越來越高，特別是高壽命、高精密模具，精度發(fā)展到級(jí)精度，除了在加工中選用高精度、自動(dòng)化的加工設(shè)備外，研磨拋光加工也是實(shí)現(xiàn)高壽命、高精度的重

3、要一環(huán)。表5-1膜片沖裁模刃口表面第一節(jié)概述三、研磨拋光分類(一)按研磨拋光過程中人參與的程度分類1)手工作業(yè)研磨拋光，指主要依靠操作者個(gè)人技藝或采用輔助工具進(jìn)行的研磨拋光，工件和研具的運(yùn)動(dòng)均為手工操作。2)機(jī)械設(shè)備研磨拋光，主要依靠機(jī)械設(shè)備進(jìn)行的研磨拋光，工件和研具都為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。3)半機(jī)械作業(yè)研磨拋光，即工件或研具之一為簡(jiǎn)單機(jī)械運(yùn)動(dòng)，另一方為手工運(yùn)動(dòng)。(二)按磨料在研磨拋光過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡分類1)游離磨料研磨拋光。第一節(jié)概述2)固定磨料研磨拋光，指研磨拋光工具本身含有磨料，在加工過程中研磨拋光工具以一定壓力直接和被加工表面接觸，磨料和工具的運(yùn)動(dòng)軌跡一致。(三)按研磨拋光的機(jī)理分類1)機(jī)械式研

4、磨拋光，指利用磨料的機(jī)械能量和切削力對(duì)被加工表面進(jìn)行微切削為主的研磨拋光。2)非機(jī)械式研磨拋光，主要依靠電能、化學(xué)能等非機(jī)械能形式進(jìn)行的研磨拋光。(四)按研磨拋光劑使用的條件分類1)濕研(又稱敷砂研磨)。2)半干研(又稱嵌砂研磨)。3)干研，類似濕研，使用糊狀研磨膏。第一節(jié)概述四、研磨拋光的加工要素研磨拋光的加工要素見表5 2。表5-2研磨拋光的加工要素第二節(jié)手工研磨拋光一、研磨拋光劑研磨拋光劑是由磨料和研磨拋光液組成的均勻混合劑。(一)磨料磨料在機(jī)械式研磨拋光加工中對(duì)被加工表面起著微切削作用和微擠壓塑性變形作用，磨料選擇正確與否對(duì)加工質(zhì)量起著重要作用。磨料的選擇主要有磨料的種類和粒度。表5-

5、3常用磨料的主要物理力學(xué)性能表5-3常用磨料的主要物理力學(xué)性能第二節(jié)手工研磨拋光表5-4常用磨料及適用范圍第二節(jié)手工研磨拋光表5-5磨料粒度及可達(dá)到的表面粗糙度(二)研磨拋光液第二節(jié)手工研磨拋光研磨拋光液在研磨拋光過程中起著調(diào)合磨料、使磨料均勻分布和冷卻潤(rùn)滑作用，通過改變磨料和研磨拋光液之間的比例來控制磨料在研磨拋光劑中的含量。研磨拋光液有礦物油、動(dòng)物油和植物油三類，10機(jī)油應(yīng)用最普遍，煤油在粗、精加工中都可使用；豬油中含有油酸活性物質(zhì)，在研磨拋光過程中與被加工表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，加速研拋過程，又增加零件表面光澤。常用研磨拋光液及用途見表56。表5-6常用研磨拋光液及用途(三)研磨拋光膏第二節(jié)手

6、工研磨拋光研磨拋光膏是由磨料和研磨拋光液組成的研磨拋光劑，研磨拋光膏分硬磨料研磨拋光膏和軟磨料研磨拋光膏兩類。二、研磨拋光工具(1)研具材料研磨拋光時(shí)直接和被加工表面接觸的研磨拋光工具稱為研具。(2)普通油石普通油石一般用于粗研磨，它由氧化鋁、碳化硅磨料和粘結(jié)劑壓制燒結(jié)而成。(3)研磨平板研磨平板主要用于單一平面及中小鑲件端面的研磨拋光，如沖裁凹模端面、塑料模中的單一平面分型面等。(4)外圓研磨環(huán)外圓研磨環(huán)是在車床或磨床上對(duì)外圓表面進(jìn)行研磨的一種研具。第二節(jié)手工研磨拋光圖5-3外圓研磨環(huán)1研磨套2研磨環(huán)3限位螺釘4調(diào)節(jié)螺釘?shù)诙?jié)手工研磨拋光(5)內(nèi)圓研磨芯棒即研磨內(nèi)圓表面的一種研具，根據(jù)研磨零

7、件的外形和結(jié)構(gòu)不同，分別在鉆床、車床或磨床上進(jìn)行。圖5-4可調(diào)式內(nèi)圓研磨芯棒a)可調(diào)式內(nèi)圓研磨芯棒b)軸向直槽研磨套c)螺旋槽研磨套1芯棒2螺母3研磨套4套第二節(jié)手工研磨拋光(6)研磨拋光輔助工具1)電動(dòng)往復(fù)式。2)電動(dòng)直桿旋轉(zhuǎn)式。圖5-5手持電動(dòng)往復(fù)式研拋工具1工件2研磨環(huán)3球頭桿4軟軸第二節(jié)手工研磨拋光3)電動(dòng)彎頭旋轉(zhuǎn)式。圖5-6手持電動(dòng)直桿旋轉(zhuǎn)式研拋工具第二節(jié)手工研磨拋光圖5-7手持電動(dòng)彎頭旋轉(zhuǎn)式研拋工具三、研磨拋光工藝過程(一)研拋余量第二節(jié)手工研磨拋光研拋余量大小取決于零件尺寸、原始表面粗糙度、精度和最終的質(zhì)量要求，原則上研拋余量要能去除表面加工痕跡和變質(zhì)層即可。研拋余量過大，使加工

8、時(shí)間增多，研拋工具和材料消耗增多、加工成本增大；研拋余量過小，加工后達(dá)不到要求的表面粗糙度和精度。表5-7研磨余量(二)研拋步驟及注意事項(xiàng)第二節(jié)手工研磨拋光(1)研拋步驟研磨拋光加工一般經(jīng)過粗研磨細(xì)研磨精研磨拋光四個(gè)階段，四個(gè)階段中總的研拋次數(shù)依據(jù)研拋余量以及初始和最終的表面粗糙度和精度而定。表5-8拋光工藝過程(2)注意事項(xiàng)研磨拋光過程中磨料的運(yùn)動(dòng)軌跡要保證被加工表面各點(diǎn)均有相同的或近似的切削條件和磨削條件。第三節(jié)電解拋光一、基本原理和特點(diǎn)(一)基本原理圖5-8電解拋光基本原理圖1加工零件2工具e電子流方向i電流方向第三節(jié)電解拋光(二)特點(diǎn)1)電火花加工后的表面，經(jīng)過電解拋光后可使表由Ra1

9、.63.2m降低到Ra0.20.4m，電解拋光時(shí)各部位金屬去除速度相近，拋光量很小，電解拋光后尺寸精度和形狀精度可控制在0.01mm之內(nèi)。2)電解拋光和傳統(tǒng)手工研磨拋光相比效率提高幾倍以上，如拋光余量為0.10.15mm時(shí)，電解拋光時(shí)間約為1015min，而且拋光速度不受材料硬度的影響。3)電解拋光工藝方法簡(jiǎn)單，操作容易，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小。4)電解拋光不能消除原表面的“粗波紋”，所以電解拋光前，加工表面應(yīng)無波紋現(xiàn)第三節(jié)電解拋光5)電解拋光是基于電化學(xué)腐蝕原理，它不會(huì)使工件引起熱變形和表面殘余應(yīng)力。6)對(duì)于型腔中難于拋光的深槽、窄縫和不規(guī)則圓弧等型面，用相應(yīng)形狀的電解拋光頭可以方便地進(jìn)行拋光

10、。二、拋光方式(一)整體電解拋光法圖5-9整體電解拋光示意圖1工件2工具3床身4伺服機(jī)構(gòu)5進(jìn)給主軸6電解液7電解液槽8電源9縱橫工作臺(tái)第三節(jié)電解拋光(二)逐步電解拋光法逐步電解拋光法如圖5 10所示。DMP10型電解修磨拋光機(jī)由直流脈沖電源、電解液系統(tǒng)、真空吸引器和手持電動(dòng)拋光器組成。直流脈沖電源3的電壓從024V無級(jí)調(diào)速，輸出(平均)最大電流10A，輸出波形為矩形波。電解液系統(tǒng)的電解液槽7的容積為7L，由泵6經(jīng)過過濾器后向拋光區(qū)注入電解液流，積聚在拋光型腔工件11內(nèi)的電解液和電解產(chǎn)物由電動(dòng)吸引器9產(chǎn)生的負(fù)壓吸回電解液槽。電動(dòng)拋光器由160W電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)拋光夾持輪，拋光輪的轉(zhuǎn)速在80002000

11、0r/min范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速。拋光輪用于快速擦除電解拋光時(shí)在工件表面產(chǎn)生的黑色薄膜。電動(dòng)拋光器可以安裝導(dǎo)電油石、金屬導(dǎo)電銼和毛氈拋光輪等。(1)拋光工具第三節(jié)電解拋光1)導(dǎo)電油石。圖5-10逐步電解拋光法示意圖第三節(jié)電解拋光圖5-11導(dǎo)電油石加工示意圖2)金屬導(dǎo)電銼。第三節(jié)電解拋光3)小氈輪和硬木棍。(2)操作過程根據(jù)模具型腔形狀，選擇合適的導(dǎo)電油石或金屬導(dǎo)電銼，裝于電動(dòng)拋光器前端的夾持器上，并和電源負(fù)極接通。三、影響電解拋光質(zhì)量的因素(1)電解液電解液成分和比例對(duì)拋光質(zhì)量有決定性影響。(2)電流密度通常，電解拋光都在較高電流密度下進(jìn)行，以獲得平滑光亮的表面。(3)電解液溫度一般電解液溫度低，金

12、屬溶解速度低，生產(chǎn)效率低。(4)拋光時(shí)間拋光開始時(shí)，表面平整速度最大，隨著時(shí)間延續(xù)，陽極金屬去除總量增加。(5)金屬材料的金相組織狀態(tài)第三節(jié)電解拋光(6)拋光表面的原始表面粗糙度采用電解拋光時(shí)，工件原始表面粗糙度Ra達(dá)到2.50.8m時(shí)，電解拋光才能取得滿意效果。第四節(jié)超聲波拋光一、基本原理和特點(diǎn)(一)基本原理圖5-12超聲波拋光原理示意圖1超聲發(fā)生器2超聲換能器3、4變幅桿5工具6磨料懸浮液7工件第四節(jié)超聲波拋光(二)特點(diǎn)1)超聲波拋光是靠磨料的沖擊去除材料的，適用于硬脆材料及不導(dǎo)電的非金屬材料，而且加工效率高。2)拋光時(shí)，工具對(duì)工件的作用力和熱影響小，不會(huì)引起變形和燒傷，加工精度可達(dá)Ra值

13、可達(dá)0.11m。3)拋光時(shí)，工件只受磨料瞬間局部撞擊壓力，不存在橫向摩擦力，故可以拋光薄壁、薄片、窄縫及低剛度零件。4)超聲波拋光設(shè)備簡(jiǎn)單，使用和維修方便，操作容易。5)拋光時(shí)，由于工具頭無旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工具頭可以用軟材料做成復(fù)雜形狀，因此可以拋光復(fù)雜的型孔和型腔成形表面。二、設(shè)備簡(jiǎn)介第四節(jié)超聲波拋光圖5-13手持式超聲波拋光器外形圖第四節(jié)超聲波拋光(一)超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器的作用是將50Hz的交流電轉(zhuǎn)變成具有一定功率輸出的超聲波電振蕩，給工具端面提供往復(fù)振動(dòng)和去除被加工材料所需要的能量。(二)機(jī)械振動(dòng)換能器機(jī)械振動(dòng)換能器的作用是將超聲波電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，目前有壓電效應(yīng)式和磁致伸縮效應(yīng)式兩

14、種。圖5-14超聲波拋光機(jī)系統(tǒng)圖第四節(jié)超聲波拋光(1)壓電效應(yīng)式換能器圖5-15壓電效應(yīng)式換能器1壓緊螺釘2上端塊3壓電陶瓷4導(dǎo)電鎳片5下端塊6變幅桿(2)磁致伸縮效應(yīng)式換能器磁致伸縮效應(yīng)式換能器是利用鎳、鈷第四節(jié)超聲波拋光、鐵等鐵磁體置于變化的磁場(chǎng)內(nèi)，隨著磁場(chǎng)的變化，鐵磁體長(zhǎng)度發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。(三)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)包括變幅桿和工具。當(dāng)加工端面較小時(shí)，兩者可以做成一體。(1)變幅桿變幅桿也叫振蕩擴(kuò)大器，前述的壓電式或磁致伸縮式換能器的變形量很小，在共振條件下其振幅也不超過0.0050.01mm，而超聲波加工的振幅為0.010.1mm，故一般不能直接用來加工。第四節(jié)超聲波

15、拋光圖5-16磁致伸縮效應(yīng)式換能器第四節(jié)超聲波拋光圖5-17變幅桿形式(2)工具工具和變幅桿之間采用機(jī)械或膠合方式相連接，第四節(jié)超聲波拋光超聲波機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿擴(kuò)大振幅后傳給工具，工作時(shí)工具沿軸向振動(dòng)。三、拋光工藝(一)拋光余量模具成形表面經(jīng)過電火花精加工之后，進(jìn)行超聲波拋光時(shí)的拋光余量一般控制在002004mm之內(nèi)，其他情況下拋光余量不超過015mm。(二)拋光方式第四節(jié)超聲波拋光欲將Ra值為12525m的表面拋光后達(dá)到Ra008063m，要經(jīng)過逐級(jí)拋光才能達(dá)到。一般要經(jīng)過粗拋、細(xì)拋和精拋幾個(gè)階段，粗拋光時(shí)采用固定磨料或采用180左右的磨料進(jìn)行拋光；細(xì)拋光時(shí)采用木質(zhì)、竹質(zhì)工具頭加游離磨料方式

16、，磨料粒度為W40左右；最后精拋光時(shí)采用W5W35的微粉磨料進(jìn)行干拋，不加工作液。每次更換磨料時(shí)，都應(yīng)該將工具頭和拋光表面清洗干四、影響拋光效率和質(zhì)量的因素(一)影響拋光效率的主要因素(1)工具的振幅和頻率超聲波拋光的效率隨著工具振動(dòng)的頻率和振幅的增大而提高，在分級(jí)拋光時(shí)可采用維持工具頭壓力情況下，逐步提高工具頭振動(dòng)的頻率和振幅。第四節(jié)超聲波拋光(2)工具對(duì)工件的靜壓力拋光時(shí)，工具對(duì)工件的進(jìn)給力也稱為靜壓力。(3)磨料懸浮液磨料的種類、硬度、粒度、磨料與液體的比例及懸浮液的粘度等對(duì)拋聲波拋光都有影響。(二)影響拋光表面質(zhì)量的因素超聲波拋光的表面質(zhì)量與磨料的粒度、被加工材料性質(zhì)和工具振幅有關(guān)。磨

17、料顆粒尺寸越小，工件材料硬度越高，超聲振幅越小，則加工表面質(zhì)量改善得越好。另外，采用機(jī)油和煤油作工作液比用水作工作液得到的表面質(zhì)量要好。采用超聲波拋光加工，不會(huì)有表面燒傷和變質(zhì)層存在，這是超聲波加工的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第五節(jié)擠壓研磨拋光圖5-18擠壓研磨拋光加工過程示意圖1上磨料室2上活塞3研磨拋光劑4夾具5工件6下磨料室7下活塞第五節(jié)擠壓研磨拋光一、基本原理和特點(diǎn)(1)基本原理擠壓研磨拋光是利用一種含有磨料和油泥狀的彈粘性高分子介質(zhì)混合組成的半流動(dòng)狀態(tài)的粘性研磨拋光劑，在一定壓力作用下通過被加工表面，由于磨料顆粒的刮削作用去除被加工表面的微觀不平材料的工藝方法。(2)特點(diǎn)1)適用范圍廣。2)拋光效果

18、好。3)研磨拋光效率高。二、粘性研磨拋光劑(一)粘性研磨拋光劑的特點(diǎn)第五節(jié)擠壓研磨拋光粘性研磨拋光劑也稱為粘性磨料，它由磨料和特殊的流動(dòng)介質(zhì)均勻混合而成。粘性研磨拋光劑的性能優(yōu)劣直接影響到拋光效果。研磨拋光劑具有以下特點(diǎn)：1)具有一定的流動(dòng)性和彈粘性，以適應(yīng)不同表面的加工。2)它在通過零件型面時(shí)應(yīng)有足夠的切削力，磨料顆粒在流體介質(zhì)中要均勻分布。3)要求介質(zhì)有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，以防止流體粘到磨料表面形成一層薄膜，使磨料喪失切削作用。4)內(nèi)摩擦力要小，能使磨料本身很好地傳送壓力，使磨料順利通過被加工表面進(jìn)行往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)。5)穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)。第五節(jié)擠壓研磨拋光6)切削作用強(qiáng)，加工速度快，有明顯的拋

19、光和去毛刺作用，對(duì)人體無傷害。7)粘性磨料雖然是柔軟的，但不能發(fā)粘，粘到零件表面，將給零件清洗造成困難。(二)粘性研磨拋光劑的組成粘性研磨拋光劑一般由流體介質(zhì)、添加劑和磨料三部分均勻混合而成，各部分的作用如下：1)流體介質(zhì)。2)添加劑。3)磨料。三、機(jī)床和夾具簡(jiǎn)介(一)機(jī)床第五節(jié)擠壓研磨拋光目前，國(guó)內(nèi)外擠壓研磨拋光器多為立式對(duì)置活塞式，通過兩活塞的運(yùn)動(dòng)，迫使研磨拋光劑做上下流動(dòng)。機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖5 19所示。上磨料室固定在機(jī)床活動(dòng)橫梁5上，活動(dòng)橫梁在兩立柱上可以上下移動(dòng)，夾具和被拋光的零件安裝在上、下磨料室之間，通過夾緊液壓缸3使活動(dòng)橫梁完成夾緊。上、下磨料室內(nèi)的上、下活塞由兩個(gè)擠壓液壓缸2驅(qū)動(dòng)，

20、做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)先將粘性研磨拋光劑裝于下磨料室，通過夾緊液壓缸將工件和夾具夾緊在上、下磨料室之間，當(dāng)下磨料室的活塞向上擠壓研磨拋光劑時(shí)，使它通過被拋光表面型腔進(jìn)入上磨料室。當(dāng)下活塞到上死點(diǎn)位置時(shí)，上磨料室的上活塞開始向下擠壓研磨拋光劑，使它沿原道返回下磨料室。就這樣，研磨拋光劑以一定壓力在通道中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成研磨拋光。第五節(jié)擠壓研磨拋光圖5-19擠壓研磨拋光機(jī)簡(jiǎn)圖1控制盤2擠壓液壓缸3夾緊液壓缸4下磨料室5活動(dòng)橫梁6上磨料室第五節(jié)擠壓研磨拋光(二)夾具擠壓研磨拋光所用的夾具，除要完成定位和夾緊作用外，還應(yīng)能容納和引導(dǎo)研磨拋光劑通過零件需要研磨拋光的部位，以及阻抗、干擾研磨拋光劑不流過不需要加工的部位。由此可見，夾具在研磨拋光中起著重要的作用，應(yīng)該根據(jù)工件的形狀、尺寸和研磨拋光的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于某些工件，有時(shí)不需要夾具，直接安裝和固定在上、下磨料室之間就可進(jìn)行研磨拋光。圖5-20常用的擠壓研磨拋光夾具示意圖a)階梯型孔b)凸模c)、d)型腔1模具2夾具第五節(jié)擠壓研磨拋光四、工藝參數(shù)擠壓研磨拋光的工藝參數(shù)包括：磨料的種類