機械零件表面精整與光飾

1、機械零件表面精整與光飾    機械零件投入機械加工的每張圖紙都有去毛刺的技術(shù)要求。去毛刺工序,工藝人員往往無法編制工藝文件,通常采用銼刀、布輪、砂布、砂帶等辦法來去除毛刺。隨著科學技術(shù)的進步和生產(chǎn)的發(fā)展,人工去毛刺已不能適應(yīng)現(xiàn)代市場竟爭的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)方式的要求,光整加工技術(shù)逐步取代了傳統(tǒng)的去毛刺工藝,而且越來越被人們所重視,目前有些先進企業(yè)機械零件的精整與光飾已被技術(shù)人員編入圖紙技術(shù)要求的內(nèi)容,并形成了標準工序。各種機械加工,無論是切削加工,還是鑄造、鍛造、沖壓等加工,幾乎都不可避免在零件表面留下一定的缺陷,如表面不平、凸棱明顯、刀痕波紋、飛邊、毛刺、

2、微觀裂紋等。這些缺陷直接影響到零件的外觀質(zhì)量及使用性能,嚴重造成整機質(zhì)量及性能指標下降。然而,只需增加一道光整加工工序就能解決這些問題。經(jīng)過幾年來的實驗分析、生產(chǎn)驗證和大量的工藝試驗研究結(jié)果,凡應(yīng)用機械零件的精整與光飾加工技術(shù)均可達到以下技術(shù)指標:(1)可靠地去除零件的機械加工毛刺,倒圓銳邊與尖角;(2)有效地清除鑄件、鍛件和熱處理件表面的殘渣、雜質(zhì)及氧化皮;(3)在原基礎(chǔ)上細化零件加工表面粗糙度12級;(4)改善零件表面層應(yīng)力狀態(tài),形成抗疲勞破壞的均勻壓應(yīng)力值;(5)改善零件表面層金相組織狀態(tài),提高表面顯微硬度,形成耐磨損、抗疲勞的致密金屬層;(6)提高零件清潔度,完成傳動件的初期磨損,改善

3、整機部分性能指標,縮短整機磨合期40%以上;(7)降低工藝成本,減輕工人勞動強度,提高生產(chǎn)效率,無污染,便于機械化和自動化生產(chǎn)。各種各樣的產(chǎn)品零件需要相適應(yīng)的精整與光飾加工方法,下面介紹幾種先進的精整與光飾加工方法。1自由磨具表面光整加工技術(shù)自由磨具表面光整加工技術(shù)包括旋流式、離心式、叉軸式、臥式四大系列,及十幾種機型及相應(yīng)的磨料磨液輔料,經(jīng)數(shù)百種機械零件的精整與光飾的工藝試驗研究,獲得了良好效果。獲得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。1.1自由磨具光整加工效果的實驗研究滾磨光整加工是將被加工零件置于盛有磨塊和磨劑等介質(zhì)的滾筒中,在復雜的相對運動下,游離狀態(tài)的磨塊始終以一定的壓力對零件表面進行碰撞、

4、滾壓及微量磨削,從而細化表面粗糙度,去除加工毛刺和表面微觀缺陷,改善表面物理機械性能,達到提高零件表面質(zhì)量和改善使用性能的目的。當設(shè)備選定后,還必須確定合適的磨塊種類、裝入量、混合比、加工時間等參數(shù)才能獲得理想的光整加工效果。影響光整加工中工件的質(zhì)量和效果各因素有關(guān)。磨塊特性包括:磨塊的形狀、尺寸大小、表面粒度、材質(zhì)配比、燒結(jié)硬度及含沙量等。光整加工時要根據(jù)被光整零件的材料及要求,認真選擇相對應(yīng)的磨塊特性;混合比是指磨塊、磨劑、水和工件的混合比例。在使用離心機進行光整加工時,裝入量(指磨塊、磨劑、水和工件的總量)和工件比尤其重要。一般情況下,保證在光整加工過程中,磨塊始終包容著每個被光整加工的

5、零件;磨劑是根據(jù)被光整加工零件的材料(鋼、銅、鋁、不銹鋼等)和要求來分種類。零件的材料不同,所選磨劑的種類也不相同。1.2自由磨具光整加工注意事項在推廣應(yīng)用滾磨光整加工的過程中,如果用戶對該技術(shù)缺乏全面性的了解,勢必導致光整效果較差,光整效率明顯下降,由此造成實用經(jīng)濟性很差。下面把光整前、中、后的零件處理方法,提供給廣大用戶參考。滾磨光整加工技術(shù)的實用工藝過程是:除油處理光整加工及去毛刺分選清洗烘干防銹處理(1)除油處理:光整前的零件要進行徹底除油處理,常采用超聲波清洗方法效果最佳。如果工件上油污進入,磨塊切削力明顯減弱,磨劑作用會降低、光整效果、效率下降,光整后的零件表面不光亮。(2)光整加

6、工:光整加工主要是根據(jù)被光整零件件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小及光整要求選擇或確定設(shè)備形式、設(shè)備規(guī)格、工藝用料、工藝參數(shù)等內(nèi)容。一般情況下,這些內(nèi)容可參照表5及工藝指導來進行,也可參考其它具體文獻的介紹。(3)光整加工后處理包括三方面:磨塊與工件的分選、磨塊與工件的清洗及工件的脫水防銹。磨塊與工件的分選常用方法有:手工篩選、機械篩選、振動篩選、手工電磁分選和傳送帶式磁力分選,可根據(jù)實際情況選用。磨塊與工件的清洗采用超聲波清洗方法最佳,再用清水沖洗干凈,要特別注意工件的脫水烘干和防銹處理。大量工藝試驗發(fā)現(xiàn),工件經(jīng)滾磨光整加工后表面光潔錚亮,其表層的活躍金屬分子赤裸暴露在空氣中很快被氧化變黑,繼而生銹,原

7、因是清洗后留在零件表面上的水膜形成了電化學腐蝕所必須的一層電解質(zhì)溶液。水的電離度雖小,但仍可電離成H+和OH-,這種電離過程隨溫度升高而加快。同時水中還溶解有CO2、SO2等,它們都極易與水結(jié)合。H2OH+ OH-CO2+H2OH2CO3H+HCO3-與鐵和鐵中的雜質(zhì)浸泡在有H+、OH-和HCO3-等多種離子的溶液中一樣,形成了腐蝕電池,鐵是陽極、雜質(zhì)是陰極。一般情況下,水膜里含有氧氣,陽極上的鐵被氧化成Fe2+離子,在陽極上獲得電子的是氧,然后與水結(jié)合成OH-離子。腐蝕反應(yīng)為:2 Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2由此看來,光整前除油處理和光整后的脫水烘干、防銹處理是非常必要的,二者缺

8、一不可,其方法也很多。脫水烘干通常采用工業(yè)型甩干機,防銹油的主要成份是羊毛脂,石油磺酸鋇,石油磺酸鈉及助劑。2磨粒流拋光原理:在磨粒流加工過程中,夾具配合工件形成加工通道,兩個相對的磨料缸使磨料在這個通道中來回擠動(如圖1)。磨料均勻而漸進地對通道表面或邊角進行研磨,產(chǎn)生拋光、倒角作用。圖1磨拉流加工原理機床、磨料和夾具是磨粒流加工的三個要素:(1)擠壓研磨機床:其作用是固定工件和夾具,控制擠出壓力。在一定的壓力作用下,使磨料研磨被加工表面,得到去毛刺、倒角的效果。機床壓力范圍為7224 kg/cm2;(2)磨料:是由一種具有粘彈性、柔軟性和切割性的半固態(tài)載體和一定量磨砂拌和而成。不同載體的粘

9、度、磨砂種類、磨粒大小,可以產(chǎn)生不同的效果。常用磨料有:碳化硅、立方氮化硼、氧化鋁和金鋼砂。砂粒尺寸在0. 0051. 5 mm。高粘度磨料可用于對零件的壁面和大通道進行均勻研磨;低粘度磨料用于對零部件邊角倒圓和小通道進行研磨;(3)夾具:使零件定位,并引導磨料到達被加工部位,堵住不需要加工的部位。要順利完成零件的磨粒流加工,得到最佳加工效果,影響因素很多,除設(shè)備以外,還包括磨料的選擇、擠壓力的大小、循環(huán)次數(shù)、夾具的合理設(shè)計等。優(yōu)點:擠壓研磨是對金屬材料進行微量去除,對零件內(nèi)腔交叉部位去毛刺并倒圓,達到精細加工的目的。磨粒流加工具有精確性、穩(wěn)定性和靈活性。廣泛用于汽車業(yè)和各種生產(chǎn)制造業(yè)。它最根

10、本的優(yōu)點是:可以通達零件復雜而難以進入的部位;拋光表面均勻、完整;批量零件的加工效果重復一致。這些加工特點使零件性能得到改善,壽命延長,同時減免繁雜的手工勞動,大大降低勞動強度。如汽車進氣管,手工拋光其內(nèi)表面時,只能先切割開,拋光后再焊接起來。而用磨粒流加工方法,不需要切割打開就可以完成內(nèi)表面拋光。除了作為一種拋光手段,磨粒流工藝還可以對一些表面形狀公差、質(zhì)量要求極其嚴格的零件進行微量磨削加工。應(yīng)用:磨料流加工適用于加工不同的零件和尺寸。小至0. 2 mm的小孔或1. 5 mm直徑的齒輪,大至50 mm直徑的花鍵通道,甚至1. 2 m的透平葉輪。加工大型零件的機床可以裝置回旋臂或輸送軌道。該工

11、藝已廣泛用于汽車零部件的精加工:進排氣管、進氣門、增壓腔、噴油器、噴油嘴、氣缸頭、渦輪殼體和葉片、花鍵、齒輪、制動器等。如:粗糙的氣缸頭鑄造件在專門的二工位磨粒流生產(chǎn)線上,每小時生產(chǎn)量可達到30件,粗糙度從Ra 4m或Ra 5m達到Ra 0. 4m,可使廢氣排放量減少7%,發(fā)動機功率增加6%,行駛里程數(shù)增加5%。近年來研制開發(fā)出的微孔磨粒流機床,在加工噴油嘴方面獨樹一幟。它根據(jù)擠出壓力、磨料溫度和粘度之間的關(guān)系,進行復雜的程序運算。加工過程中,當達到噴油嘴的設(shè)定流量時,加工即自動停止。加工時間在10 s左右,流量散差可控制在±1%。與此加工設(shè)備配套的還有流量測試儀以及高壓清洗設(shè)備。這

12、些設(shè)備可根據(jù)用戶需要,提供單工位或多工位的。也可以是帶機械手連接,包括加工、測量、清洗的全套系統(tǒng)。3電化學去毛刺零件內(nèi)通道相交處粗糙并帶有毛刺一直是令人頭痛的問題。電化學去毛刺是解決這些問題的好方法。這一技術(shù)是用成形工裝,對工件的選定部位進行加工,接通電流的電解液在工件和工裝之間通過,瞬間溶解毛刺,去毛刺的同時,在內(nèi)通道相交處產(chǎn)生均勻、精確的倒圓邊角。加工時間一般在1030 s之間。大多數(shù)工件采用多個電極頭工裝,可以達到更高的工作效率。去除量取決于工件(正極)和工裝(負極)之間電流量的大小。電極頭通常設(shè)計成與工件表面相對稱的形狀。對金屬材料制成的零件自動地、有選擇地完成去毛刺作業(yè)。它可廣泛用于

13、氣動、液壓、工程機械、油嘴油泵、汽車、發(fā)動機等行業(yè)不同金屬材質(zhì)的泵體、閥體、連桿、柱塞針閥偶件等零件的去毛刺加工。電化學去毛刺是一種有特色,效率高的生產(chǎn)技術(shù),適宜加工各種金屬零件,用以去毛刺,成形機加工,邊角倒圓、精整。鑄造的、鍛造的、機加工的,或電火花加工的零件都可以用電化學方法拋光。去除量在0. 010. 5 mm之間。一般情況,光潔度可改善510個數(shù)量級。拋光后的產(chǎn)品表面均勻光滑,而且鏡樣閃亮。電化學拋光的典型應(yīng)用包括:有高純凈度要求的零件;人體手術(shù)植入件;瓶模;以及各種各樣的不銹鋼零件。如:電解加工柴油機噴油嘴零件時,在中孔處加工出一個壁面光滑的定量空腔,同時對交叉孔道、邊角倒圓。美國

14、的電解自動去毛刺設(shè)備,具有一小時能加工成百件產(chǎn)品的能力。在電化學去毛刺的自動系統(tǒng)上加工汽車用安全氣囊裝置上的殼體,每個殼體上共有48個小孔, 8個殼體同時加工, 10 s以內(nèi)完成所有孔的去毛刺加工。電化學去毛刺是模具工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備,是工業(yè)產(chǎn)品批量生產(chǎn)的有效工具。目前模具的成型工藝,已普遍采用銑削、電火花、線切割、電鑄等方法。但是加工出來的模具表面光潔度只有25至26,采用高水平的電加工機床也只能達到29至210級,有更先進的設(shè)備加工能基本達212以上,但它的機床設(shè)備昂貴并加工時間要長若干倍。所以,拋光是制造型腔模具的一道重要工序。它的成本占模具成本的5% 30%,急需使用的模具往往因

15、拋光而耽誤工期。電化學機械拋光,同時結(jié)合SD1型獨有的液體拋光技術(shù),應(yīng)用于各種復雜形狀的金屬模具的零件,收到了極佳效果。這項拋光技術(shù)得到北京市模具行業(yè)專家的一致好評。認為這項拋光技術(shù)填補了國內(nèi)空白,拋光效率高,效果好,型腔達到鏡面要求,縮短模具制造周期,比手工拋光效率高十倍以上,解決了異型面、勾糟拋光的難題。3.1電化學去毛刺的原理化學拋光是利用金屬電化學陽極溶解原理進行修磨拋光。將電化學預(yù)拋光和機械精拋光相結(jié)合,發(fā)揮了電化學和機械兩類拋光的特長。它不受材料硬度和韌性的限制,可拋光各種復雜形狀的工件其方法與電解磨削類似。導電拋光工具使用金鋼石導電銼或石墨油石,接到電源的陰極,被拋光的工件(如模

16、具)接到電源的陽極。電修磨拋光機可用來修磨拋光各種復雜形狀的零件和模具,不受材料的硬度所限制。(1)經(jīng)電火花加工后的型腔模具,基表層產(chǎn)生由溶化區(qū)和熱影響區(qū)組成的硬化層,硬度高達6070HRC,鉗工手工打磨非常困難。電修磨拋光能有效地去除這層“硬化層”,并將原表現(xiàn)為Ra 47m的粗糙度改善為Ra 0. 350. 6m,生產(chǎn)率為每平方厘米3 min左右。(2)用它來修磨拋光復雜形狀,特別是模具的窄縫、溝糟、角部、根部以及內(nèi)孔等,能明顯地提高勞動生產(chǎn)率。(3)電修磨也可用來去除不銹鋼和耐熱合金制復雜形狀或薄壁零件機械加工后殘留的毛刺,并將其銳邊倒平,提高表面光潔度。圖2電化學加工原理圖(4)電解拋光

17、在工件表面產(chǎn)生極薄的一層黑膜,再用80002000轉(zhuǎn)/min的多功能軟軸機械拋光器夾上適當?shù)臍州?略涂一點綠油膏進行表面拋光,即可產(chǎn)生光亮的表面。其光潔度還可提高二級以上。另外這種機械軟軸手柄可夾上相應(yīng)的工具進行鉆、銑、磨、雕、切、拋光等作業(yè),使用十分靈活方便。3.2電化學去毛刺機電化學去毛刺機。修磨拋光使用220 V單相電源,輸出電壓030 V無級可調(diào),最大輸出電流可達20100 A。設(shè)有電解液噴吸自動循環(huán)系統(tǒng),水流量大小可調(diào)。(1)將電解液晶體溶解在自來水中(110)注意要整包一次性沖溶,不能分零調(diào)溶,充分攪勻后倒入電解液控制循機箱的防腐槽內(nèi)。(2)把輸出脈動電源的正極接到預(yù)拋光工件上(接

18、觸有磁鋼自動吸住,把負極接到工作手柄上,有鱷魚夾自動夾住),根據(jù)被拋工件選擇形狀基本相似的人造金鋼石導電銼或?qū)щ娛褪?3)按開機電源,再按噴液開關(guān),電解液即從導電銼中心小孔噴出,然后輕輕接觸被拋工件或模具作往復移動或打小孤圈運動。電流一般調(diào)節(jié)在78A。這樣,工件就產(chǎn)生陽極溶解,淬火高炭鋼的什錦銼鋼齒僅需幾十秒鐘就能拋得光亮而平整。(4)電化學去毛刺機拋光的去除量與加工電流和加工時間成正比。在一定的加工電流下,拋光時間較長時表面粗糙度改善也較好。以加工面積3 cm2的原始表面粗糙度Ra 57m的T8試樣為例:大量試驗和生產(chǎn)實踐表明,對于2425的電火花加工表面,經(jīng)過1min/cm2左右的電

19、化學修磨拋光,硬化層已基本去除。但要提高到28左右必須3min/cm2左右。4含磨料研磨刷內(nèi)孔光整加工技術(shù)機械零件進行內(nèi)孔去刺光整加工,是現(xiàn)代產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不可缺少的先進工藝,在不改變零件原有尺寸精度的前提下研磨刷去毛刺拋光加工。去毛刺拋光研磨刷可去除機械零件深孔、交叉相關(guān)孔、同心大小孔相連處在加工過程中產(chǎn)生的毛刺,提高零件品質(zhì),是機械加工工藝中必要、經(jīng)濟、高效率的方法。含磨料尼龍絲是新型拋光研磨刷材料,尼龍絲中均勻摻入氧化鋁或碳化硅等磨料。根據(jù)加工要求,含磨料尼龍絲具有優(yōu)良的記憶特性和彎曲恢復能力;遇水、油其性能幾乎不受影響,并對大多數(shù)化學品抗腐蝕。含磨料尼龍絲相當于同等數(shù)量的柔性銼刀,在加

20、工零件時,可任意彎曲,自然貼合到工件內(nèi)孔輪廓上,進入溝槽、裂縫等一般工具難以進入的地方,將毛刺去掉,銳邊倒鈍為光滑均勻的圓弧,達到去毛刺、刃口鈍化和表面精整加工的理想效果。含磨料拋光研磨刷可用于液壓件的轉(zhuǎn)向泵和液壓閥內(nèi)孔(包括轉(zhuǎn)子、定子、配油盤、閥孔、泵體內(nèi)腔孔及連接平面),例如對發(fā)動機的摩擦副零件(包括曲軸內(nèi)孔、凸輪軸內(nèi)孔、活塞內(nèi)孔、各種齒輪、軸瓦等)進行光整加工后,即可獲得明顯效果。含磨料研磨刷還可用于電鍍、涂層加工前之金屬表面的精整加工,鋁型材表面、切斷面的精整加工,牛仔布打磨,磨毛機使用。含磨料研磨刷去毛刺拋光加工特點:(1)有效去除零件表面加工后的毛刺、飛邊,進行棱邊倒圓、除銹、去氧

21、化皮等。(2)能在原有基礎(chǔ)上提高零件表面粗糙度等級12級。(3)明顯改善零件表面的物理機械性能,如消除表面應(yīng)力集中及微觀裂紋、提高表面硬度、增加耐磨層厚度、改善零件的使用性能、延長疲勞壽命。改善零件的外觀質(zhì)量及裝配性能,提高整機質(zhì)量和清潔度指標,完成傳動件的初期磨損,縮短整機的出廠磨合時間。5熱能去毛刺機熱能去毛刺是一種特種加工技術(shù),具有效率高,通用性強,可達性好,去除毛刺均勻、干凈,工件表面光滑等特點,且不受工件、材料、形狀及毛刺部位的限制。可用于黑色金屬、有色金屬及熱塑性塑料等非金屬材料的工件去除毛刺,清理壓鑄件、塑壓件的飛邊,以提高工件內(nèi)腔清潔度和產(chǎn)品質(zhì)量。故廣泛適用于汽車、拖拉機、摩托車、液壓等機械行業(yè)的生產(chǎn)中。熱能去毛刺機是以燃氣(H2或CH4)和氧氣為主要介質(zhì),通過兩者的熱化學作用產(chǎn)生瞬時高溫,工件在差動加熱規(guī)律的作用下,毛刺及金屬屑立即熔化,富氧使其繼續(xù)氧化變?yōu)檠趸?沉積于工作表面,從而取得滿意的去毛刺效果。5.1熱能去毛刺原理熱能去毛刺,是利用高溫清除零件的毛刺和飛邊。被加工零件置于密封燃燒腔內(nèi),將可燃氣體(天然氣/甲烷/氫氣)和氧氣按一定比例、一定壓力充入腔內(nèi),可燃氣體包裹零件的里外以及毛刺、飛邊,充滿在零件內(nèi)部、孔洞,甚至盲孔中。由火花塞點燃氣體,瞬間產(chǎn)生燃點以上的高溫。由于毛刺、飛邊高于零部件表面,當溫度急劇上升到