拋光加工方法及應(yīng)用

1序言拋光是機(jī)械加工中對(duì)零件進(jìn)行光整加工的工藝，可使零件表面光亮如鏡。各種模具、裝飾零件及對(duì)外觀要求高的零件，在電鍍前都必須經(jīng)過拋光。拋光加工分為粗拋、中拋和精拋3個(gè)階段。粗拋時(shí)，一般采用事先用黏結(jié)劑粘好磨料的拋光輪，由于磨料粘得很牢固，因此拋光過程近似于采用砂輪、砂帶和砂布葉輪等一樣的光整加工；在中拋和精拋時(shí)，先將拋光劑涂在較軟質(zhì)的拋光輪上，然后將工件壓在高速旋轉(zhuǎn)的拋光輪上進(jìn)行拋光加工。2拋光原理拋光的基本原理是由黏結(jié)或敷有磨料的彈性拋光輪，在高速旋轉(zhuǎn)條件下，對(duì)工件進(jìn)行軟研磨。拋光可分為以下3種。（1）固定磨粒拋光采用用膠黏結(jié)的固定磨粒進(jìn)行拋光（見圖1）。由于磨粒和柔軟拋光輪表面黏結(jié)牢固，所以切削力較大，其原理近似于磨削。拋光時(shí)，拋光輪的旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給方向相同，可獲得十分光澤的表面。如方向相反，則在拋光輪與工件接觸處，磨粒具有較大的切削力，使得工件表面有劃痕，較為粗糙。

圖1

固定磨粒拋光（2）黏附磨粒拋光采用用油脂黏附的磨粒拋光輪進(jìn)行拋光（見圖2），磨粒在力的作用下，可在潤(rùn)滑脂中緩慢滾動(dòng)，使磨粒的全部切削刃都有機(jī)會(huì)參與工作，使拋光輪保持長(zhǎng)期的工作能力。與此同時(shí)，在摩擦熱和加工壓力的作用下，拋光劑中的脂肪酸等介質(zhì)與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易于去除的化合物，從而加快拋光效率。圖2

黏附磨粒拋光（3）液中拋光拋光輪一般采用材質(zhì)均勻并經(jīng)過脫脂處理的木材或特制的細(xì)毛氈制作，這兩種材料均為高含浸性材料，在拋光過程中能含浸大量的拋光液供加工使用。其原理是通過拋光過程的4個(gè)階段，即自由拋光階段、鑲嵌拋光階段、飽和鈍化拋光階段及“殼膜”化拋光階段來(lái)完成。在使用細(xì)毛氈拋光輪時(shí)，由于毛氈松軟、均勻，彈性與含浸性更大，整個(gè)拋光時(shí)間較短，只有鑲嵌、飽和鈍化與“殼膜”化3個(gè)拋光階段。3拋光輪的材料常用的拋光輪本體材料，有棉布、麻、毛氈、皮革、硬殼紙、軟木材和毛織品等比較柔軟的材料。粗拋時(shí)需用大的拋光力，以提高工作效率，可采用帆布、毛氈、硬殼紙、軟木、皮革和麻等比較硬的拋光輪材料。中拋和精拋時(shí)則選用柔軟性好、與拋光劑保持性較好的棉布、毛氈等拋光輪材料。拋光輪材料在制作前還需進(jìn)行處理，處理的目的是增大剛性，以提高拋光能力，強(qiáng)化纖維，延長(zhǎng)使用壽命，增加柔軟性，增強(qiáng)“仿形”能力，提高對(duì)拋光劑的保持性、潤(rùn)滑性和耐燃性。處理方法有漂白、上漿、蠟處理、樹脂處理及藥劑處理等。拋光輪的彈性與剛性，可以通過改變拋光輪的縫合方式、網(wǎng)紋間隔來(lái)加以調(diào)節(jié)。旋渦狀縫合方式制造和使用方便，應(yīng)用較廣。此外，還有同心圓狀、棋盤狀和放射狀縫合方式。若拋光輪的縫合方式相同，如果縫合間隔大，則拋光輪的彈性就大，反之則彈性小、剛性大。4拋光劑的選擇拋光劑由粉狀拋光材料與油脂及其他適當(dāng)成分的介質(zhì)均勻混合而成。按其在常溫下的狀態(tài)，可分為固體拋光劑和液體拋光劑。固體拋光劑按介質(zhì)的組成或性質(zhì)，可分為油脂性和非油脂性兩種。液體拋光劑根據(jù)介質(zhì)的組成或性質(zhì)，可分為乳濁狀型、液體油脂型和非油脂型3類。但用得最多的是固體拋光劑。固體油脂性拋光劑包括賽扎爾拋光膏（熔融氧化鋁），用于碳素鋼、不銹鋼和非鐵金屬的粗拋；金剛砂膏（熔融氧化鋁、金剛砂），用于碳素鋼、不銹鋼的粗拋和中拋；黃拋光膏（板狀硅藻巖），用于鐵、黃銅、鋁和鋅等的中拋；棒狀氧化鐵，用于銅、黃銅、鋁和鍍銅面的中拋和精拋；白拋光膏（焙燒白云石），用于銅、黃銅、鋁、鍍銅面和鍍鎳面的精拋；綠拋光膏（氧化鉻），用于不銹鋼、黃銅和鍍鉻面的精拋；紅拋光膏（精制氧化鐵），用于金、銀和白金的精拋；塑料用拋光劑（微晶無(wú)水碳酸），用于塑料、皮革和象牙的精拋。液體拋光劑一般采用氧化鉻和乳化液混合的液體。5拋光用磨料粒度的選擇拋光劑中磨料的粒度對(duì)工件拋光后的表面粗糙度值和拋光效率有直接影響。磨料粒度粗，則工件表面粗糙度值大，而加工效率高；磨料粒度細(xì)，則工件表面粗糙度值小，但加工效率低。要求加工表面粗糙度值Ra=1.6～3.2μm時(shí)，粒度為F46～F60；要求Ra=0.4～0.8μm時(shí)，粒度為F100～F180；要求Ra=0.1～0.2μm時(shí)，粒度為F240～W28；要求Ra=0.025～0.05μm時(shí)，粒度為W20～W5；要求Ra≤0.012μm時(shí)，粒度＜W5。在拋光中有粗拋、中拋和精拋，更換不同粒度拋光劑時(shí)，一定要更換不同磨料粒度的拋光輪，以免粗粒度磨料的磨粒帶入而影響拋光效果。6拋光速度和壓力的選擇（1）拋光輪的圓周速度拋光時(shí)，在一定壓力條件下的圓周速度越高，磨粒的切削量就越小，有利于降低工件表面粗糙度值，拋光效率也相應(yīng)提高。拋光鋼、鑄鐵、鎳和鉻等較硬的材料時(shí)，拋光輪的速度為30～35m/s；拋光銅、銅合金和銀時(shí)，拋光輪的速度為20～30m/s；拋光鋁、鋁合金、鋅和錫等軟材料時(shí)，拋光輪的速度為18～25m/s。在實(shí)際工作中，選擇拋光輪速度時(shí)，要根據(jù)具體情況靈活掌握，以達(dá)到安全、高效和優(yōu)質(zhì)的目的。（2）拋光時(shí)的壓力拋光時(shí)工件壓向拋光輪的壓力大小，與拋光效率和工件表面質(zhì)量密切相關(guān)。粗拋時(shí)，壓力相對(duì)大一些，以提高工作效率；精拋時(shí)，采用較小的壓力，以提高工件的表面質(zhì)量。一般粗拋時(shí)的壓力為10～30MPa，精拋時(shí)為5～10MPa。7其他拋光工藝（1）砂紙（布）拋光此種方法操作簡(jiǎn)便、靈活，是傳統(tǒng)的工藝方法。可以在車床、磨床上，為了進(jìn)一步降低工件的表面粗糙度值而用手工進(jìn)行，不需要其他設(shè)備。但必須根據(jù)工件表面粗糙度值要求，合理選用砂布磨料粒度。例如，要求表面粗糙度值Ra=0.1～0.8μm時(shí)，砂布磨料粒度為F150～F240。對(duì)于內(nèi)孔和型面（槽）的拋光，現(xiàn)在廣泛采用砂布葉輪拋光。這種葉輪是用樹脂把磨粒粘結(jié)在砂布上制成的，葉輪上的砂布呈漸開線分布，十分柔軟，密集度高而有彈性，使用時(shí)可安裝在電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)工具上進(jìn)行?？筛鶕?jù)工件的表面要求，選用不同直徑和粒度的砂布葉輪，十分方便。（2）液體拋光將挾帶磨料和液體的混合懸砂液，用壓縮空氣并通過噴嘴以高速噴向工件表面，進(jìn)行光整加工。這種拋光方法一般可以在表面粗糙度值Ra=0.2μm的基礎(chǔ)上，很快得到Ra=0.05～0.1μm，主要用于其他方法難于光整加工的表面（如小孔、復(fù)雜型面和小窄溝槽等）。（3）電解機(jī)械研磨復(fù)合拋光其原理和電解磨削基本相同。拋光時(shí)，拋光頭接直流電源負(fù)極，工件接正極，它們中間由液壓泵把電解液注入拋光區(qū)，拋光頭以一定速度和壓力旋轉(zhuǎn)。在接通直流電源后，工件表面被電解液溶解而形成鈍化膜，這種極薄的鈍化膜的硬度遠(yuǎn)低于工件材料本身的硬度，很容易被拋光頭上所帶的磨料去除。由于該過程只在0.1s以內(nèi)時(shí)間循環(huán)進(jìn)行，所以拋光效率高，質(zhì)量好，成本低。（4）超聲電火花復(fù)合拋光靠超聲磨和火花放電來(lái)光整加工工件表面，比單純的超聲機(jī)械拋光效率高3倍以上。其最大的特點(diǎn)是可高效率拋光小孔、窄槽、縫隙及小型精密表面，加工表面粗糙度值Ra可達(dá)0.08～0.16μm。（5）磁力研磨拋光如圖3所示，把磁性磨料放入磁場(chǎng)中，磨料沿磁力線方向排列成磁力刷，當(dāng)工件放入N-S磁極中間，作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩磁極磨料對(duì)工件研磨拋光，工件表面粗糙度值Ra可