第五章 光 整 加 工

1、37421Z5 主编第五章光 整 加 工第五章光 整 加 工第一节概述第二节手工研磨抛光第三节电解抛光第四节超声波抛光第五节挤压研磨抛光第六节其他光整加工第一节概述一、研磨和抛光的机理(一)研磨的机理图5-1研磨加工过程示意图1研具2磨料3切屑4原加工变质层5研磨加工变质层6工件基体第一节概述(1)微切削作用在研具和被加工表面作研磨运动时，在一定压力下，对被加工表面进行微量切削。(2)挤压塑性变形钝化了的磨粒在研磨压力作用下，挤压被加工表面的粗糙凸峰，在塑性变形和流动中使凸峰趋向平缓和光滑，使被加工表面产生微挤压塑性变形。(3)化学作用当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时，研磨剂和被加工表面产生化学

2、作用，形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜很容易被磨掉，而又不损伤材料基体。(二)研磨特点1)尺寸精度高。2)形状精度高。3)表面质量高。第一节概述4)表面耐磨性提高。5)耐疲劳强度提高。6)不能提高各表面之间的位置精度。7)多为手工作业，劳动强度大。(三)抛光机理抛光加工过程与研磨加工基本相同，抛光加工过程如图5 2所示。图5-2抛光加工过程示意图1软质抛光器具2细磨粒3微小切屑4工件第一节概述二、光整加工在模具中的作用目前，对模具成形表面的精度和表面粗糙度要求越来越高，特别是高寿命、高精密模具，精度发展到级精度，除了在加工中选用高精度、自动化的加工设备外，研磨抛光加工也是实现高寿命、高精度的重

3、要一环。表5-1膜片冲裁模刃口表面第一节概述三、研磨抛光分类(一)按研磨抛光过程中人参与的程度分类1)手工作业研磨抛光，指主要依靠操作者个人技艺或采用辅助工具进行的研磨抛光，工件和研具的运动均为手工操作。2)机械设备研磨抛光，主要依靠机械设备进行的研磨抛光，工件和研具都为机械运动。3)半机械作业研磨抛光，即工件或研具之一为简单机械运动，另一方为手工运动。(二)按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹分类1)游离磨料研磨抛光。第一节概述2)固定磨料研磨抛光，指研磨抛光工具本身含有磨料，在加工过程中研磨抛光工具以一定压力直接和被加工表面接触，磨料和工具的运动轨迹一致。(三)按研磨抛光的机理分类1)机械式研

4、磨抛光，指利用磨料的机械能量和切削力对被加工表面进行微切削为主的研磨抛光。2)非机械式研磨抛光，主要依靠电能、化学能等非机械能形式进行的研磨抛光。(四)按研磨抛光剂使用的条件分类1)湿研(又称敷砂研磨)。2)半干研(又称嵌砂研磨)。3)干研，类似湿研，使用糊状研磨膏。第一节概述四、研磨抛光的加工要素研磨抛光的加工要素见表5 2。表5-2研磨抛光的加工要素第二节手工研磨抛光一、研磨抛光剂研磨抛光剂是由磨料和研磨抛光液组成的均匀混合剂。(一)磨料磨料在机械式研磨抛光加工中对被加工表面起着微切削作用和微挤压塑性变形作用，磨料选择正确与否对加工质量起着重要作用。磨料的选择主要有磨料的种类和粒度。表5-

5、3常用磨料的主要物理力学性能表5-3常用磨料的主要物理力学性能第二节手工研磨抛光表5-4常用磨料及适用范围第二节手工研磨抛光表5-5磨料粒度及可达到的表面粗糙度(二)研磨抛光液第二节手工研磨抛光研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调合磨料、使磨料均匀分布和冷却润滑作用，通过改变磨料和研磨抛光液之间的比例来控制磨料在研磨抛光剂中的含量。研磨抛光液有矿物油、动物油和植物油三类，10机油应用最普遍，煤油在粗、精加工中都可使用；猪油中含有油酸活性物质，在研磨抛光过程中与被加工表面产生化学反应，加速研抛过程，又增加零件表面光泽。常用研磨抛光液及用途见表56。表5-6常用研磨抛光液及用途(三)研磨抛光膏第二节手

6、工研磨抛光研磨抛光膏是由磨料和研磨抛光液组成的研磨抛光剂，研磨抛光膏分硬磨料研磨抛光膏和软磨料研磨抛光膏两类。二、研磨抛光工具(1)研具材料研磨抛光时直接和被加工表面接触的研磨抛光工具称为研具。(2)普通油石普通油石一般用于粗研磨，它由氧化铝、碳化硅磨料和粘结剂压制烧结而成。(3)研磨平板研磨平板主要用于单一平面及中小镶件端面的研磨抛光，如冲裁凹模端面、塑料模中的单一平面分型面等。(4)外圆研磨环外圆研磨环是在车床或磨床上对外圆表面进行研磨的一种研具。第二节手工研磨抛光图5-3外圆研磨环1研磨套2研磨环3限位螺钉4调节螺钉第二节手工研磨抛光(5)内圆研磨芯棒即研磨内圆表面的一种研具，根据研磨零

7、件的外形和结构不同，分别在钻床、车床或磨床上进行。图5-4可调式内圆研磨芯棒a)可调式内圆研磨芯棒b)轴向直槽研磨套c)螺旋槽研磨套1芯棒2螺母3研磨套4套第二节手工研磨抛光(6)研磨抛光辅助工具1)电动往复式。2)电动直杆旋转式。图5-5手持电动往复式研抛工具1工件2研磨环3球头杆4软轴第二节手工研磨抛光3)电动弯头旋转式。图5-6手持电动直杆旋转式研抛工具第二节手工研磨抛光图5-7手持电动弯头旋转式研抛工具三、研磨抛光工艺过程(一)研抛余量第二节手工研磨抛光研抛余量大小取决于零件尺寸、原始表面粗糙度、精度和最终的质量要求，原则上研抛余量要能去除表面加工痕迹和变质层即可。研抛余量过大，使加工

8、时间增多，研抛工具和材料消耗增多、加工成本增大；研抛余量过小，加工后达不到要求的表面粗糙度和精度。表5-7研磨余量(二)研抛步骤及注意事项第二节手工研磨抛光(1)研抛步骤研磨抛光加工一般经过粗研磨细研磨精研磨抛光四个阶段，四个阶段中总的研抛次数依据研抛余量以及初始和最终的表面粗糙度和精度而定。表5-8抛光工艺过程(2)注意事项研磨抛光过程中磨料的运动轨迹要保证被加工表面各点均有相同的或近似的切削条件和磨削条件。第三节电解抛光一、基本原理和特点(一)基本原理图5-8电解抛光基本原理图1加工零件2工具e电子流方向i电流方向第三节电解抛光(二)特点1)电火花加工后的表面，经过电解抛光后可使表由Ra1

9、.63.2m降低到Ra0.20.4m，电解抛光时各部位金属去除速度相近，抛光量很小，电解抛光后尺寸精度和形状精度可控制在0.01mm之内。2)电解抛光和传统手工研磨抛光相比效率提高几倍以上，如抛光余量为0.10.15mm时，电解抛光时间约为1015min，而且抛光速度不受材料硬度的影响。3)电解抛光工艺方法简单，操作容易，而且设备简单，投资小。4)电解抛光不能消除原表面的“粗波纹”，所以电解抛光前，加工表面应无波纹现第三节电解抛光5)电解抛光是基于电化学腐蚀原理，它不会使工件引起热变形和表面残余应力。6)对于型腔中难于抛光的深槽、窄缝和不规则圆弧等型面，用相应形状的电解抛光头可以方便地进行抛光

10、。二、抛光方式(一)整体电解抛光法图5-9整体电解抛光示意图1工件2工具3床身4伺服机构5进给主轴6电解液7电解液槽8电源9纵横工作台第三节电解抛光(二)逐步电解抛光法逐步电解抛光法如图5 10所示。DMP10型电解修磨抛光机由直流脉冲电源、电解液系统、真空吸引器和手持电动抛光器组成。直流脉冲电源3的电压从024V无级调速，输出(平均)最大电流10A，输出波形为矩形波。电解液系统的电解液槽7的容积为7L，由泵6经过过滤器后向抛光区注入电解液流，积聚在抛光型腔工件11内的电解液和电解产物由电动吸引器9产生的负压吸回电解液槽。电动抛光器由160W电动机带动抛光夹持轮，抛光轮的转速在80002000

11、0r/min范围内无级调速。抛光轮用于快速擦除电解抛光时在工件表面产生的黑色薄膜。电动抛光器可以安装导电油石、金属导电锉和毛毡抛光轮等。(1)抛光工具第三节电解抛光1)导电油石。图5-10逐步电解抛光法示意图第三节电解抛光图5-11导电油石加工示意图2)金属导电锉。第三节电解抛光3)小毡轮和硬木棍。(2)操作过程根据模具型腔形状，选择合适的导电油石或金属导电锉，装于电动抛光器前端的夹持器上，并和电源负极接通。三、影响电解抛光质量的因素(1)电解液电解液成分和比例对抛光质量有决定性影响。(2)电流密度通常，电解抛光都在较高电流密度下进行，以获得平滑光亮的表面。(3)电解液温度一般电解液温度低，金

12、属溶解速度低，生产效率低。(4)抛光时间抛光开始时，表面平整速度最大，随着时间延续，阳极金属去除总量增加。(5)金属材料的金相组织状态第三节电解抛光(6)抛光表面的原始表面粗糙度采用电解抛光时，工件原始表面粗糙度Ra达到2.50.8m时，电解抛光才能取得满意效果。第四节超声波抛光一、基本原理和特点(一)基本原理图5-12超声波抛光原理示意图1超声发生器2超声换能器3、4变幅杆5工具6磨料悬浮液7工件第四节超声波抛光(二)特点1)超声波抛光是靠磨料的冲击去除材料的，适用于硬脆材料及不导电的非金属材料，而且加工效率高。2)抛光时，工具对工件的作用力和热影响小，不会引起变形和烧伤，加工精度可达Ra值

13、可达0.11m。3)抛光时，工件只受磨料瞬间局部撞击压力，不存在横向摩擦力，故可以抛光薄壁、薄片、窄缝及低刚度零件。4)超声波抛光设备简单，使用和维修方便，操作容易。5)抛光时，由于工具头无旋转运动，工具头可以用软材料做成复杂形状，因此可以抛光复杂的型孔和型腔成形表面。二、设备简介第四节超声波抛光图5-13手持式超声波抛光器外形图第四节超声波抛光(一)超声波发生器超声波发生器的作用是将50Hz的交流电转变成具有一定功率输出的超声波电振荡，给工具端面提供往复振动和去除被加工材料所需要的能量。(二)机械振动换能器机械振动换能器的作用是将超声波电振荡转换成机械振动，目前有压电效应式和磁致伸缩效应式两

14、种。图5-14超声波抛光机系统图第四节超声波抛光(1)压电效应式换能器图5-15压电效应式换能器1压紧螺钉2上端块3压电陶瓷4导电镍片5下端块6变幅杆(2)磁致伸缩效应式换能器磁致伸缩效应式换能器是利用镍、钴第四节超声波抛光、铁等铁磁体置于变化的磁场内，随着磁场的变化，铁磁体长度发生变化的现象称为磁致伸缩效应。(三)机械振动系统机械振动系统包括变幅杆和工具。当加工端面较小时，两者可以做成一体。(1)变幅杆变幅杆也叫振荡扩大器，前述的压电式或磁致伸缩式换能器的变形量很小，在共振条件下其振幅也不超过0.0050.01mm，而超声波加工的振幅为0.010.1mm，故一般不能直接用来加工。第四节超声波

15、抛光图5-16磁致伸缩效应式换能器第四节超声波抛光图5-17变幅杆形式(2)工具工具和变幅杆之间采用机械或胶合方式相连接，第四节超声波抛光超声波机械振动经变幅杆扩大振幅后传给工具，工作时工具沿轴向振动。三、抛光工艺(一)抛光余量模具成形表面经过电火花精加工之后，进行超声波抛光时的抛光余量一般控制在002004mm之内，其他情况下抛光余量不超过015mm。(二)抛光方式第四节超声波抛光欲将Ra值为12525m的表面抛光后达到Ra008063m，要经过逐级抛光才能达到。一般要经过粗抛、细抛和精抛几个阶段，粗抛光时采用固定磨料或采用180左右的磨料进行抛光；细抛光时采用木质、竹质工具头加游离磨料方式

16、，磨料粒度为W40左右；最后精抛光时采用W5W35的微粉磨料进行干抛，不加工作液。每次更换磨料时，都应该将工具头和抛光表面清洗干四、影响抛光效率和质量的因素(一)影响抛光效率的主要因素(1)工具的振幅和频率超声波抛光的效率随着工具振动的频率和振幅的增大而提高，在分级抛光时可采用维持工具头压力情况下，逐步提高工具头振动的频率和振幅。第四节超声波抛光(2)工具对工件的静压力抛光时，工具对工件的进给力也称为静压力。(3)磨料悬浮液磨料的种类、硬度、粒度、磨料与液体的比例及悬浮液的粘度等对抛声波抛光都有影响。(二)影响抛光表面质量的因素超声波抛光的表面质量与磨料的粒度、被加工材料性质和工具振幅有关。磨

17、料颗粒尺寸越小，工件材料硬度越高，超声振幅越小，则加工表面质量改善得越好。另外，采用机油和煤油作工作液比用水作工作液得到的表面质量要好。采用超声波抛光加工，不会有表面烧伤和变质层存在，这是超声波加工的一个优点。第五节挤压研磨抛光图5-18挤压研磨抛光加工过程示意图1上磨料室2上活塞3研磨抛光剂4夹具5工件6下磨料室7下活塞第五节挤压研磨抛光一、基本原理和特点(1)基本原理挤压研磨抛光是利用一种含有磨料和油泥状的弹粘性高分子介质混合组成的半流动状态的粘性研磨抛光剂，在一定压力作用下通过被加工表面，由于磨料颗粒的刮削作用去除被加工表面的微观不平材料的工艺方法。(2)特点1)适用范围广。2)抛光效果

18、好。3)研磨抛光效率高。二、粘性研磨抛光剂(一)粘性研磨抛光剂的特点第五节挤压研磨抛光粘性研磨抛光剂也称为粘性磨料，它由磨料和特殊的流动介质均匀混合而成。粘性研磨抛光剂的性能优劣直接影响到抛光效果。研磨抛光剂具有以下特点：1)具有一定的流动性和弹粘性，以适应不同表面的加工。2)它在通过零件型面时应有足够的切削力，磨料颗粒在流体介质中要均匀分布。3)要求介质有很强的内聚力，以防止流体粘到磨料表面形成一层薄膜，使磨料丧失切削作用。4)内摩擦力要小，能使磨料本身很好地传送压力，使磨料顺利通过被加工表面进行往复切削运动。5)稳定性好，使用寿命长。第五节挤压研磨抛光6)切削作用强，加工速度快，有明显的抛

19、光和去毛刺作用，对人体无伤害。7)粘性磨料虽然是柔软的，但不能发粘，粘到零件表面，将给零件清洗造成困难。(二)粘性研磨抛光剂的组成粘性研磨抛光剂一般由流体介质、添加剂和磨料三部分均匀混合而成，各部分的作用如下：1)流体介质。2)添加剂。3)磨料。三、机床和夹具简介(一)机床第五节挤压研磨抛光目前，国内外挤压研磨抛光器多为立式对置活塞式，通过两活塞的运动，迫使研磨抛光剂做上下流动。机床结构如图5 19所示。上磨料室固定在机床活动横梁5上，活动横梁在两立柱上可以上下移动，夹具和被抛光的零件安装在上、下磨料室之间，通过夹紧液压缸3使活动横梁完成夹紧。上、下磨料室内的上、下活塞由两个挤压液压缸2驱动，

20、做上下往复运动。工作时先将粘性研磨抛光剂装于下磨料室，通过夹紧液压缸将工件和夹具夹紧在上、下磨料室之间，当下磨料室的活塞向上挤压研磨抛光剂时，使它通过被抛光表面型腔进入上磨料室。当下活塞到上死点位置时，上磨料室的上活塞开始向下挤压研磨抛光剂，使它沿原道返回下磨料室。就这样，研磨抛光剂以一定压力在通道中往复运动，完成研磨抛光。第五节挤压研磨抛光图5-19挤压研磨抛光机简图1控制盘2挤压液压缸3夹紧液压缸4下磨料室5活动横梁6上磨料室第五节挤压研磨抛光(二)夹具挤压研磨抛光所用的夹具，除要完成定位和夹紧作用外，还应能容纳和引导研磨抛光剂通过零件需要研磨抛光的部位，以及阻抗、干扰研磨抛光剂不流过不需要加工的部位。由此可见，夹具在研磨抛光中起着重要的作用，应该根据工件的形状、尺寸和研磨抛光的需要进行设计。对于某些工件，有时不需要夹具，直接安装和固定在上、下磨料室之间就可进行研磨抛光。图5-20常用的挤压研磨抛光夹具示意图a)阶梯型孔b)凸模c)、d)型腔1模具2夹具第五节挤压研磨抛光四、工艺参数挤压研磨抛光的工艺参数包括：磨料的种类