特種加工-總復(fù)習(xí)-第二章-光整加工

于克強(qiáng)光整加工技術(shù)及應(yīng)用遼寧科技大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院DepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyLiaoning一、光整加工技術(shù)概述1.1光整加工技術(shù)產(chǎn)生

去毛刺前表面去毛刺后表面渦流式去毛刺機(jī)零件在制造過程中，加工面的交接棱邊往往會產(chǎn)生毛刺或飛邊，它對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能都將產(chǎn)生不良影響。所以光整加工體系是在去毛刺的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來的。光飾磨料定義：光飾設(shè)備鋼球C2高鋁瓷斜三角鉻剛玉圓球C15流水線光飾機(jī)磁流變拋光機(jī)智能型納米級拋光機(jī)光整加工技術(shù)是一種以提高零件表面外觀質(zhì)量為主要目的一類加工方法。通常作為零件的終加工工序。其磨料和設(shè)備多種多樣。一、光整加工技術(shù)概述棕剛玉斜圓柱一、光整加工技術(shù)概述1.2光整加工技術(shù)分類按主要功能可分為三類：

滾磨，噴砂，高溫爆炸，動力刷—以去毛刺飛邊棱邊倒圓為主要目的滾壓，噴丸強(qiáng)化，壓光，擠孔—以改善零件表面物理力學(xué)性能為主要目的研磨，珩磨，滾磨，拋光—以降低零件表面粗糙度為主要目的.3.2.1噴丸強(qiáng)化的渦輪盤手機(jī)氧化噴砂表面一、光整加工技術(shù)概述若按加工時提供能量的方法分

三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展3.3軸承的長壽命光整加工技術(shù)基于ART的長壽命光整加工原理金屬磨損自修復(fù)技術(shù)（Auto-RestorationTechnologyofWearofMetals，以下簡稱ART技術(shù)）是采用一種礦石粉體潤滑組合物添加到油品和潤滑脂中使用。

經(jīng)ART處理的軋機(jī)軸承失效后金相一年的生產(chǎn)試驗證明，軋機(jī)軸承使用壽命提高1倍以上。

三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展

ART材料可達(dá)到如下功效：

（1）改變機(jī)械零件摩擦表面和表層的晶格結(jié)構(gòu)，顯著改善接觸和摩擦表面的物理-化學(xué)和力學(xué)性能；

（2）實現(xiàn)選擇性的補(bǔ)償磨損表面，使摩擦副的間隙最佳化，降低機(jī)械損耗；

（3）與原始金屬表面形成化學(xué)鍵結(jié)合，沒有明顯的分界面，不易起層或脫落。在金相顯微鏡下觀察到的ART光飾預(yù)處理后表面三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展3.4微電子制造領(lǐng)域中的CMP技術(shù)化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical-MechanicalPolishing，簡稱CMP）是目前最好的實現(xiàn)全局平面化的工藝技術(shù)，在集成電路，計算機(jī)磁頭/硬磁盤等超精密表面加工領(lǐng)域得到了大量研究和廣泛應(yīng)用。

化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展

使用小尺寸剛性磨具；利用了數(shù)控技術(shù)；適于中等大小零件加工。小磨具(CCOS)數(shù)控加工技術(shù)路線硬脆材料的非球面小磨頭數(shù)控拋光二十世紀(jì)70年代初期美國Itek公司的WiktorJ.Rupp曾提出了一種CCOS（ComputerControlledOpticalSurfacing）光學(xué)表面成型方法。三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展光學(xué)元件的磁流變拋光磁流變拋光（MagnetorheologicalFinishing,簡稱MRF）技術(shù)將電磁學(xué)、流體動力學(xué)理論、分析化學(xué)與光學(xué)零件加工理論相結(jié)合，提供了一種可以準(zhǔn)確控制去除量的確定性拋光策略，通過計算機(jī)控制，可以精確控制被拋光光學(xué)零件的面形，同時保證低粗糙度，達(dá)到超光滑的表面加工質(zhì)量和微小的工件亞表面損傷和高的加工效率。

磁射流加工法加工高陡度光學(xué)零件三、光整加工技術(shù)的應(yīng)用及若干新發(fā)展六軸聯(lián)動砂帶磨削原理示意圖

六軸聯(lián)動砂帶磨削機(jī)床結(jié)構(gòu)葉片的砂帶磨拋加工砂帶磨削是一種彈性磨削，兼有磨削、研磨和拋光三重作用，在葉片的拋光加工中得到廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)也成為今后葉輪葉片拋光加工發(fā)展的一個主要方向。以內(nèi)孔為例的表面光整技術(shù)孔加工約占機(jī)械加工總量的1／3，為使孔內(nèi)表面獲得較低的粗糙度、良好的物理力學(xué)性能，去除由于各種加工、制造方法在不同程度上產(chǎn)生的毛刺和提高清潔度。目前國內(nèi)外采用的孔表面光整加工技術(shù)主要有傳統(tǒng)光整加工方法和非傳統(tǒng)光整加工方法1.傳統(tǒng)光整加工方法傳統(tǒng)光整加工方法主要有：珩磨、研磨、滾壓、拋光輪拋光、動力刷加工等，因其工藝特點，對內(nèi)孔表面的光整加工都有一定的局限性。例如動力刷加工?是一種常用簡便的去毛刺加工方法。通過刷子和工件的相對運動，借助于刷絲對工件的多次反復(fù)壓接、摩擦、切削和彈性沖擊，達(dá)到去除毛刺的目的。動力刷加工的去毛刺質(zhì)量好，同時進(jìn)行倒圓、拋光和除銹等；具有較大柔性和適應(yīng)性；加工成本低，不需要專用設(shè)備，操作簡便，調(diào)整容易。但動力刷加工受零件和刷子結(jié)構(gòu)形狀、尺寸的限制，難以去除復(fù)雜型腔內(nèi)部隱蔽處的毛刺和微細(xì)孔和窄縫處的毛刺。2.非傳統(tǒng)光整加工方法(1)電化學(xué)光整加工將導(dǎo)電工具接到電源的陰極，被加工工件接到陽極，利用金屬電化學(xué)陽極溶解原理提高零件的表面質(zhì)量。該工藝不受材料硬度和韌性的限制，可加工各種復(fù)雜形狀的工件。例如可有效去除經(jīng)電火花加工后形成的60～70HRC硬化層，表面粗糙度由Ra4～7μm降低為Ra0．35—0．61μm。對一些復(fù)雜形狀，特別是模具的溝糟、角部、根部以及內(nèi)孔等，能明顯地提高勞動生產(chǎn)率。但需要制作各種電極，且電解液容易造成環(huán)境污染。(2)磁性研磨磁性研磨是在強(qiáng)磁場作用下，填充在磁場中的磁性磨料或液體被沿著磁力線的方向排列起來，吸附在磁極上形成“磨料刷”，并對工件表面產(chǎn)生一定的壓力，通過磁極或工件的相對運動，實現(xiàn)對工件表面的光整加工。圖1為使用永磁場時對內(nèi)孔表面進(jìn)行磁性研磨的加工示意圖。磁力研磨加工具有較好的柔性、自適應(yīng)性、自銳性、可控性、溫升小、無變質(zhì)層、加工質(zhì)量高、效率高和工具無須進(jìn)行磨損補(bǔ)償、無須修形等特點。目前，磁力研磨加工已能達(dá)到亞微米級加工精度。但磁力研磨加工中的磁性磨料成本高、重復(fù)利用率低，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到一定的限制。(3

)液體磁性磨具表面光整加工圖2為液體磁性磨具光整加工內(nèi)孔表面的原理示意圖。通過將適當(dāng)比例的磁性微粒、表面活性劑、非磁性磨料及防銹劑等分散在基液中而形成的一種粘稠狀懸浮液，通過相變形成一個可以連續(xù)進(jìn)行光整加工的“柔性砂輪”，適應(yīng)復(fù)雜型面工件的精密光整加工。對鋁材質(zhì)的內(nèi)孔試件進(jìn)行光整加工后，表面粗糙度Ra值從加工前的0．759μm降低至0．555μm，說明該工藝對內(nèi)孔表面具有一定的光整效果；同時由于液體磁性磨具的穩(wěn)定性、工藝成本等因素，目前還沒有進(jìn)入市場應(yīng)用階段。(4

)超聲波研磨超聲加工是利用工具端面做超聲振動，通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種成型方法。超聲研磨拋光作為超聲振動和機(jī)械作用的復(fù)合加工工藝，能夠獲得光滑的表面且無切削加工痕跡，加工表面質(zhì)量好，加工效率高。超聲波研拋的加工范圍比較廣(碳素鋼、合金鋼等黑色金屬；有色金屬、硬質(zhì)材料以及陶瓷等非金屬材料)，能適應(yīng)狹縫、窄槽等復(fù)雜型面的研磨。雖然超聲波去除毛刺效果不錯，精度也較高，但清洗槽的尺寸限制了加工零件的范圍和復(fù)雜程度，而且零件的干燥也是一個難題。(5)擠壓珩磨是通過磨料在被加工零件表面進(jìn)行往復(fù)運動，對零件的各種型腔及交叉孔徑及棱邊進(jìn)行研磨拋光、倒圓角、去毛刺、清除表面硬化層的一種新型工藝，是一種獨特的表面光整加工技術(shù)?？墒沽慵砻娲植诙冉档?～3級，精度可控制在微米級；適應(yīng)性強(qiáng)，對鋁、鋼、銅、硬質(zhì)合金、陶瓷等材料都適用。但對盲孔、交叉孔等復(fù)雜形狀的內(nèi)孔表面存在一定的局限性。(6

)表面滾磨光整加工是將零件置于盛有加工介質(zhì)(磨塊、磨劑、水等)的容器中，通過零件、容器或兩者同時產(chǎn)生一定的運動形式，使零件和磨塊之間產(chǎn)生一定的作用力和相對運動，達(dá)到對零件表面光整加工的目的。表面滾磨光整加工可去毛刺、除銹、表面光整、倒角倒圓、去除熱處理或其它工藝留下的各種缺陷、鍍前或漆前準(zhǔn)備等?？梢约庸ず谏饘?、有色金屬、塑料、復(fù)合材料、陶瓷、木材等，具有高生產(chǎn)效率、良好的加工效果、清潔度高、設(shè)備和工藝成本低等優(yōu)點。但受到零件尺寸、結(jié)構(gòu)形狀、加工部位等的制約，對于大型零件以及內(nèi)孔、溝槽及凹陷表面的光整加工相對較難。(7)其它激光光整是利用一定直徑的高能高脈沖激光束掃描工件表面，光斑部分重疊的單脈沖形成密集微孔群，使材料按一定的深度逐層氣化去除，加工表面幾乎看不出臺階痕跡，達(dá)到表面光整的目的。和傳統(tǒng)去毛刺方法相比，該工藝由于光斑溫度高，對毛刺加熱速度極快，零件熱影響區(qū)小，加工質(zhì)量好，對材料無選擇；不需刀具、電解液，激光工藝參數(shù)可以調(diào)控，因而不會損傷毛刺以外的組織。另外，激光去毛刺設(shè)備可以重復(fù)使用，運行成本低；可方便地實現(xiàn)自動化操作。是一種“綠色”工藝，不會對環(huán)境造成污染，避免了零件的重復(fù)清洗，從而降低了零件的制造成本。熱能去毛刺是把氫氣、氧氣分別通人高壓密閉容器，電爆引燃使氫氧氣體發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生瞬時高溫高壓、沖擊波，使工件的毛刺熔化，多余的氧氣將毛刺氧化變成氧化灰，達(dá)到去毛刺的目的。該工藝對黑色金屬、有色金屬、非金屬材料均適用；對相交孔等毛刺的去除是其它方法無法比擬的。但太大的毛刺須較大的能量，會損傷零件的尖角、薄壁、螺紋牙尖等，只能在零件的精加工階段進(jìn)行熱能去毛刺，且毛刺越小，熱能去毛刺的效果越好。3.兩相螺旋流內(nèi)孔表面光整加工氣粒兩相螺旋流光整加工是利用旋渦頭切向進(jìn)流的方式，人工產(chǎn)生亞音速的旋渦氣流，球形磨塊在強(qiáng)勁的旋渦氣流的攜帶下進(jìn)行螺旋運動，磨塊由于受慣性離心力作用，以數(shù)十倍于自身重力的壓力作用于工件內(nèi)孔表面，同時以螺旋線形狀的軌跡沿孔表面運動。通過磨塊與工件之間的相對運動和作用力，對工件表面的碰撞、滾壓、刻劃和滑擦的微量磨削，實現(xiàn)對工件內(nèi)孔表面的光整加工，其原理如圖4所示。該工藝是一種新的光整加工工藝，能夠有效降低工件內(nèi)孔表面粗糙度值1～2級，適用于零件中小尺寸內(nèi)孔表面進(jìn)行精飾、去毛刺、強(qiáng)化表面、清洗、去氧化皮等。(1)磁場輔助的氣粒兩相螺旋流光整加工可考慮采用磁場輔助的氣粒兩相螺旋流內(nèi)孔表面光整加工工藝(見圖5)。將壓縮空氣直接通入旋渦頭產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)氣流。在負(fù)壓的作用下，磁性磨粒被吸入。由于磁場力和旋轉(zhuǎn)氣流的耦合作用，大量磨粒壓向被加工表面，通過回轉(zhuǎn)磁場的移動和氣流的運動驅(qū)動磨粒與被加工表面產(chǎn)生復(fù)雜的相對運動，在大量磨粒的切削、滾壓和碰撞作用下實現(xiàn)對被加工表面的光整加工。該工藝可克服氣粒兩相螺旋流內(nèi)孔表面光整加工工藝存在軸向衰減等缺點，同時充分利用磁場的特點，更好地實現(xiàn)精密內(nèi)孔表面的光整加工。(2)高能液粒兩相螺旋流光整加工氣粒兩相螺旋流光整加工原始壓力低(工業(yè)用氣流壓力小于0．6MPa)，氣流束易擴(kuò)散，不能形成高能、長效的氣流束?？煽紤]采用高能液粒兩相螺旋流光整加工工藝(參見圖4)，將超高壓(380Mpa)液體轉(zhuǎn)化為高速(近3倍音速)直射液體，切向進(jìn)流形成高速穩(wěn)定的螺旋流束，以此液流束為載體驅(qū)動裝在被加工孔中的適量球形磨粒，形成高能和高柔性液粒兩相流，高速自適應(yīng)孔表面形狀進(jìn)行連續(xù)的螺旋推進(jìn)，形成持續(xù)高效的加工，以達(dá)到其它工藝方法難以達(dá)到的孔表面光整加工效果。該工藝可提供更大的能量，但由于該工藝需使孔內(nèi)充滿液體，裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計相對較復(fù)雜。(3)液粒兩相強(qiáng)制環(huán)流光整加工理論研究和實驗研究表明：氣粒、高能液粒兩相螺旋流內(nèi)孔表面光整加工工藝采用孔口切向進(jìn)流方式，雖能形成螺旋流，但由于動力液體阻力大，耗散能量多，驅(qū)動力下降，導(dǎo)致在被加工孔表面形成螺旋流直接實現(xiàn)連續(xù)加工十分困難。借鑒固液兩相泵運行磨損機(jī)理，提出液粒兩相強(qiáng)制環(huán)流光整加工工藝，可以俗稱為“液基砂輪”(見圖6)。光整加工技術(shù)

之

磁性研磨磁性研磨原理所謂磁研磨法，就是利用永久磁鐵或電磁鐵所產(chǎn)生的磁力，使磁性研磨粒子磁化并沿著磁力線方向仿形貼附在工件表面，形成“磁串”進(jìn)而形成“磁刷”。隨著工件和磁鐵的相對運動產(chǎn)生，完成磁性研磨粒子群對工件表面的拋光處理。加工原理：磁極(NS極)磁場填充磁性磨料磁刷研磨壓力置入工件相對運動磁研磨結(jié)束研磨的磨削力以研磨壓力的作用形式實現(xiàn)，來自于磁場PyPmPxN磁性研磨粒子磁極工件SNｎ磁研磨加工原理加工間隙FｍFｙFx磁極

N

Fx

Fy

A

F圓筒內(nèi)表面的磁研磨磁力線透過工件非磁性工作物

S磁研磨裝置構(gòu)成要素磁回路運動裝置磁性研磨粒子研磨磨粒結(jié)合剤強(qiáng)磁性粒子電磁回路永久磁石靜磁場工作物回轉(zhuǎn)移送磁極回轉(zhuǎn)、移送振動、擺動磁性研磨材的構(gòu)成（強(qiáng)磁性粒子＋磨粒）＋研磨液工件研磨粒子Fpn研磨液切削量磁力FptFnV磁性粒子1.燒結(jié)法2.粘接法3.簡單混合法專利

磁性磨料

包括鐵磁相、磨粒相和粘結(jié)劑

鐵磁相：

要求具有良好的導(dǎo)磁性，常用的材料有Fe粉、四氧化三鐵粉；

磨粒相：

要求具有較高的硬度，通常選用的材料白剛玉、金剛石、氧化物或碳化物等；

結(jié)合劑：

可將鐵磁相與磨粒相以一定的強(qiáng)度結(jié)合磁性研磨加工特點自銳性能好