機(jī)械零件表面精整與光飾

1、機(jī)械零件表面精整與光飾    機(jī)械零件投入機(jī)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(xué)技術(shù)的進(jìn)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(chǎng)竟?fàn)幍漠a(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(jìn)企業(yè)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)工序。各種機(jī)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(yán)重造成整機(jī)質(zhì)量及性能指標(biāo)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(shí)驗(yàn)分析、生產(chǎn)驗(yàn)證和大量的工藝試驗(yàn)研究結(jié)果,凡應(yīng)用機(jī)械零件的精整與光飾加工技術(shù)均可達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo):(1)可靠地去除零件的機(jī)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?jiān)㈦s質(zhì)及氧化皮;(3)在原基礎(chǔ)上細(xì)化零件加工表面粗糙度12級(jí);(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(dòng)件的初期磨損,改善

3、整機(jī)部分性能指標(biāo),縮短整機(jī)磨合期40%以上;(7)降低工藝成本,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,無污染,便于機(jī)械化和自動(dòng)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(jìn)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(jī)型及相應(yīng)的磨料磨液輔料,經(jīng)數(shù)百種機(jī)械零件的精整與光飾的工藝試驗(yàn)研究,獲得了良好效果。獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.1自由磨具光整加工效果的實(shí)驗(yàn)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(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)下,游離狀態(tài)的磨塊始終以一定的壓力對(duì)零件表面進(jìn)行碰撞、

4、滾壓及微量磨削,從而細(xì)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(jī)械性能,達(dá)到提高零件表面質(zhì)量和改善使用性能的目的。當(dāng)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(shí)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(shí)要根據(jù)被光整零件的材料及要求,認(rèn)真選擇相對(duì)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(jī)進(jìn)行光整加工時(shí),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(gè)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(xiàng)在推廣應(yīng)用滾磨光整加工的過程中,如果用戶對(duì)該技術(shù)缺乏全面性的了解,勢(shì)必導(dǎo)致光整效果較差,光整效率明顯下降,由此造成實(shí)用經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jìn)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(jìn)入,磨塊切削力明顯減弱,磨劑作用會(huì)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(dǎo)來進(jìn)行,也可參考其它具體文獻(xiàn)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(jī)械篩選、振動(dòng)篩選、手工電磁分選和傳送帶式磁力分選,可根據(jù)實(shí)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(yàn)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(xué)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(shí)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(jī),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(gè)相對(duì)的磨料缸使磨料在這個(gè)通道中來回?cái)D動(dòng)(如圖1)。磨料均勻而漸進(jìn)地對(duì)通道表面或邊角進(jìn)行研磨,產(chǎn)生拋光、倒角作用。圖1磨拉流加工原理機(jī)床、磨料和夾具是磨粒流加工的三個(gè)要素:(1)擠壓研磨機(jī)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(jī)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(duì)零件的壁面和大通道進(jìn)行均勻研磨;低粘度磨料用于對(duì)零部件邊角倒圓和小通道進(jìn)行研磨;(3)夾具:使零件定位,并引導(dǎo)磨料到達(dá)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(jì)等。優(yōu)點(diǎn):擠壓研磨是對(duì)金屬材料進(jìn)行微量去除,對(duì)零件內(nèi)腔交叉部位去毛刺并倒圓,達(dá)到精細(xì)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(diǎn)是:可以通達(dá)零件復(fù)雜而難以進(jìn)入的部位;拋光表面均勻、完整;批量零件的加工效果重復(fù)一致。這些加工特點(diǎn)使零件性能得到改善,壽命延長(zhǎng),同時(shí)減免繁雜的手工勞動(dòng),大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。如汽車進(jìn)氣管,手工拋光其內(nèi)表面時(shí),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(duì)一些表面形狀公差、質(zhì)量要求極其嚴(yán)格的零件進(jìn)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(jī)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(jìn)排氣管、進(jìn)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(dòng)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(shí)生產(chǎn)量可達(dá)到30件,粗糙度從Ra 4m或Ra 5m達(dá)到Ra 0. 4m,可使廢氣排放量減少7%,發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)床,在加工噴油嘴方面獨(dú)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(jìn)行復(fù)雜的程序運(yùn)算。加工過程中,當(dāng)達(dá)到噴油嘴的設(shè)定流量時(shí),加工即自動(dòng)停止。加工時(shí)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(cè)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(jī)械手連接,包括加工、測(cè)量、清洗的全套系統(tǒng)。3電化學(xué)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(xué)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(duì)工件的選定部位進(jìn)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(shí),在內(nèi)通道相交處產(chǎn)生均勻、精確的倒圓邊角。加工時(shí)間一般在1030 s之間。大多數(shù)工件采用多個(gè)電極頭工裝,可以達(dá)到更高的工作效率。去除量取決于工件(正極)和工裝(負(fù)極)之間電流量的大小。電極頭通常設(shè)計(jì)成與工件表面相對(duì)稱的形狀。對(duì)金屬材料制成的零件自動(dòng)地、有選擇地完成去毛刺作業(yè)。它可廣泛用于

13、氣動(dòng)、液壓、工程機(jī)械、油嘴油泵、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)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(xué)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(jī)加工,邊角倒圓、精整。鑄造的、鍛造的、機(jī)加工的,或電火花加工的零件都可以用電化學(xué)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(gè)數(shù)量級(jí)。拋光后的產(chǎn)品表面均勻光滑,而且鏡樣閃亮。電化學(xué)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(jī)噴油嘴零件時(shí),在中孔處加工出一個(gè)壁面光滑的定量空腔,同時(shí)對(duì)交叉孔道、邊角倒圓。美國(guó)

14、的電解自動(dòng)去毛刺設(shè)備,具有一小時(shí)能加工成百件產(chǎn)品的能力。在電化學(xué)去毛刺的自動(dòng)系統(tǒng)上加工汽車用安全氣囊裝置上的殼體,每個(gè)殼體上共有48個(gè)小孔, 8個(gè)殼體同時(shí)加工, 10 s以內(nèi)完成所有孔的去毛刺加工。電化學(xué)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(jī)床也只能達(dá)到29至210級(jí),有更先進(jìn)的設(shè)備加工能基本達(dá)212以上,但它的機(jī)床設(shè)備昂貴并加工時(shí)間要長(zhǎng)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(xué)機(jī)械拋光,同時(shí)結(jié)合SD1型獨(dú)有的液體拋光技術(shù),應(yīng)用于各種復(fù)雜形狀的金屬模具的零件,收到了極佳效果。這項(xiàng)拋光技術(shù)得到北京市模具行業(yè)專家的一致好評(píng)。認(rèn)為這項(xiàng)拋光技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,拋光效率高,效果好,型腔達(dá)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(xué)去毛刺的原理化學(xué)拋光是利用金屬電化學(xué)陽極溶解原理進(jìn)行修磨拋光。將電化學(xué)預(yù)拋光和機(jī)械精拋光相結(jié)合,發(fā)揮了電化學(xué)和機(jī)械兩類拋光的特長(zhǎng)。它不受材料硬度和韌性的限制,可拋光各種復(fù)雜形狀的工件其方法與電解磨削類似。導(dǎo)電拋光工具使用金鋼石導(dǎo)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(jī)可用來修磨拋光各種復(fù)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(dá)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(fù)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(dòng)生產(chǎn)率。(3)電修磨也可用來去除不銹鋼和耐熱合金制復(fù)雜形狀或薄壁零件機(jī)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(xué)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(jī)械拋光器夾上適當(dāng)?shù)臍州?略涂一點(diǎn)綠油膏進(jìn)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(jí)以上。另外這種機(jī)械軟軸手柄可夾上相應(yīng)的工具進(jìn)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(xué)去毛刺機(jī)電化學(xué)去毛刺機(jī)。修磨拋光使用220 V單相電源,輸出電壓030 V無級(jí)可調(diào),最大輸出電流可達(dá)20100 A。設(shè)有電解液噴吸自動(dòng)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?jǐn)噭蚝蟮谷腚娊庖嚎刂蒲瓩C(jī)箱的防腐槽內(nèi)。(2)把輸出脈動(dòng)電源的正極接到預(yù)拋光工件上(接

18、觸有磁鋼自動(dòng)吸住,把負(fù)極接到工作手柄上,有鱷魚夾自動(dòng)夾住),根據(jù)被拋工件選擇形狀基本相似的人造金鋼石導(dǎo)電銼或?qū)щ娛褪?3)按開機(jī)電源,再按噴液開關(guān),電解液即從導(dǎo)電銼中心小孔噴出,然后輕輕接觸被拋工件或模具作往復(fù)移動(dòng)或打小孤圈運(yùn)動(dòng)。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(xué)去毛刺機(jī)拋光的去除量與加工電流和加工時(shí)間成正比。在一定的加工電流下,拋光時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)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(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明,對(duì)于2425的電火花加工表面,經(jīng)過1min/cm2左右的電

19、化學(xué)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(jī)械零件進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)械加工工藝中必要、經(jīng)濟(jì)、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(fù)能力;遇水、油其性能幾乎不受影響,并對(duì)大多數(shù)化學(xué)品抗腐蝕。含磨料尼龍絲相當(dāng)于同等數(shù)量的柔性銼刀,在加

20、工零件時(shí),可任意彎曲,自然貼合到工件內(nèi)孔輪廓上,進(jìn)入溝槽、裂縫等一般工具難以進(jìn)入的地方,將毛刺去掉,銳邊倒鈍為光滑均勻的圓弧,達(dá)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(jī)使用。含磨料研磨刷去毛刺拋光加工特點(diǎn):(1)有效去除零件表面加工后的毛刺、飛邊,進(jìn)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(jí)12級(jí)。(3)明顯改善零件表面的物理機(jī)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(zhǎng)疲勞壽命。改善零件的外觀質(zhì)量及裝配性能,提高整機(jī)質(zhì)量和清潔度指標(biāo),完成傳動(dòng)件的初期磨損,縮短整機(jī)的出廠磨合時(shí)間。5熱能去毛刺機(jī)熱能去毛刺是一種特種加工技術(shù),具有效率高,通用性強(qiáng),可達(dá)性好,去除毛刺均勻、干凈,工件表面光滑等特點(diǎn),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(jī)、摩托車、液壓等機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)中。熱能去毛刺機(jī)是以燃?xì)?H2或CH4)和氧氣為主要介質(zhì),通過兩者的熱化學(xué)作用產(chǎn)生瞬時(shí)高溫,工件在差動(dòng)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?xì)怏w(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?xì)怏w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(diǎn)燃?xì)怏w,瞬間產(chǎn)生燃點(diǎn)以上的高溫。由于毛刺、飛邊高于零部件表面,當(dāng)溫度急劇上升到