表面滚磨光整加工工艺现状与发展综述.doc

研究生课程（论文类）试卷2 011/2 012学年第1学期课程名称： 机械工程发展现状 课程代码： 14000102 论文题目： 表面滚磨光整加工工艺现状及发展综述 学生姓名： 贾 政 专业学号： 机械制造及其自动化112211017 学院： 机械工程学院 课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：任课教师签字： 日期： 年 月 日表面滚磨光整加工工艺现状与发展综述贾 政 112211017摘要:从不断提高零件表面质量的角度出发, 列举国内外重要事实、数据，阐述研究开发光整加工技术的必要性。在种类繁多的光整加工技术中,概括性地提出自由磨具光整加工的基本概念、主要功能及特点, 重点阐述滚磨光整加工技术的研究、开发、应用及发展方向。关键词：表面质量、自由磨具光整加工、滚磨光整加工、去毛刺、加工自动化1 研究开发光整加工技术的必要性及国内外动态1.1 研究开发光整加工技术的必要性各种机械加工方法, 无论是切削, 还是铸造、锻造、冲压、焊接, 几乎都不可避免地在零件表面留下一定的缺陷, 如表面不平、凸棱明显、刀痕波纹、飞边、毛刺、微观裂纹及一定的拉应力等。这些缺陷对零件外观及使用功能造成一定的影响, 如造成电器产品工作失灵、机械传动系统磨损加剧、振动及噪音加大、密封失效、机械效率下降、影响电镀保护层的结合力等。更为严重的是, 零件在自动流水线上加工时, 常因缺陷的存在导致废品率上升。 因此, 必须从多方面采取措施, 最大限度地克服这些缺陷, 这是用户所急、企业所想, 更是研究工作者的立足点。在机械加工中, 以提高零件表面质量为目的的各种加工方法、加工技术统称为表面光整加工技术, 简称光整技术。它的发展水平直接关系到产品的质量和性能, 以及产品的成本和价格。但事实上, 对精密表面光整加工及去毛刺, 并不是一件容易的事, 在工业发达国家的制造业中, 对此均十分重视。美国曾对400个工厂进行调查, 其中70%以上的工厂去毛刺费用惊人, 最高竟占生产成本的40%。在这400个工厂中, 有80个工厂去毛刺费用占生产成本的1020%。近十年来, 美国每年去毛刺费用在30亿美元以上,有的年份竟高达80亿美元。在日本,TOYOTA汽车公司有25%的工作人员直接或间接从事光整去毛刺的工作。据统计, 一辆高级小轿车有95%以上的零件需进行去毛刺及光整加工。更有甚者, 对航空、航天装置中精密度很高的零件, 其去毛刺的成本和其他工序成本的总和相差无几。在激烈的国际竞争中, 中国机械工业产品有相当一部分是由于零件表面质量问题而失利的。光整加工技术己成为现代机械工业发展必不可少的内容, 在最大限度推广应用已有技术的基础上, 研究开发新的光整加工技术十分必要。1.2 国内外学术动态七十年代, 精密零件表面光整加工去毛刺技术己受到工业发达国家的普遍重视, 国际标准化组织于1975年举办了第一届关于去毛刺、飞边的国际学术会议。之后, 美国、前西德、日本、前苏联等国家先后设立了许多专门研究机构和产品开发部门, 进行了大量的研究工作, 开发了许多实用的光整加工及去毛刺工艺方法及相应设备, 尤其是美国制造工程师协会的去毛刺、飞边及表面精加工技术委员会（BEST）及日本精密机械学会1997年成立的去毛刺分会, 对这一战略性技术在世界范围内的推广和应用起到了积极的作用。后来, 国际生产工程协会（CIRP）也在其学术年会上, 相继发表了有关去毛刺及表面光整加工方面的论文。进入九十年代,这项技术在机械工业中占据的重要地位, 已得到各国的普遍重视, 先后于1990、1992、1994、1996、1998、2000年在日本、中国、韩国、德国、美国和俄罗斯召开了六届国际学术会议。同时, 在1997年成立了国际BEST组织。我国光整加工及去毛刺技术的发展起步比较晚, 八十年代初才有第一本去毛刺技术专著问世, 至今也仅有五、六部专门著作。现在中国企业正大踏步走向国际大市场, 提高产品质量才能提高国际市场竞争力, 这就大大促进了光整加工及去毛刺技术的快速发展。九十年代初国内先后成立了中国仪表工艺学会光整技术研究会和中国机械工程学会光整技术研究会。十年来先后在北京、上海、大连、西安、太原等地举行过三届全国光整技术研讨会及多次设备推广、技术交流会。1999年中国机械工程学会生产工程分会的组织机构中增设了光整加工专业委员会,并挂靠在太原理工大学。随着国内外学术组织不断健全, 交往不断增加, 学术交流日趋活跃, 光整加工技术一定会有更大的发展。2 滚磨光整加工技术2.1 自由磨具光整加工的基本概念、主要功能及特点所谓自由磨具光整加工, 即加工过程中, 磨料（或以某种形式构成的磨具）始终与工件没有确定的相对位置, 而是处于游离状态, 仅以一定的相对运动速度和作用压力来实现对工件表面的加工。在自由磨具光整加工中, 自由磨具总是通过某种特定的运动方式, 以一定的作用力对工件表面随机地进行挤压（滚压） 、刻划和微量切削。自由磨具光整加工的主要功能如图1所示：自由磨具光整加工的主要功能去除棱边毛刺、棱边均匀导圆，改善零件表面、棱边质量提高零件的装配工艺，实现零件装配过程自动化提高零件本身和整机的使用寿命提高镀层与基体的结合力，满足外观特殊要求细化表面粗糙度，提高和改善零件表面质量使具有装配关系的各零件具有更好的配合性、重复性及传递性，有效缩短整机装配后零件的初期磨损时间提高零件表面物理力学性能，改善零件表面应力分布状态改善或改变零件表面光泽、光亮度，提高零件本身的清洁度图1 自由磨具光整加工的主要功能自由磨具光整加工的主要特点包括：（1） 在不破坏上道工序加工的尺寸精度、形状精度的前提下，重在提高表面质量。（2） 参与加工的磨料必须借助与某种气体、液体或固体形式的工作载体构成磨具，并且通过这种磨具以一定相对运动方式及一定工作压力随机地完成挤压（滚压）、刻划和微量切削加工。（3） 设备简单、成本低，通常不要求有较高的运动精度。（4） 配套加工附属装置多，非标准设计制造多。一般要配备如筛选装置、分离装置、清洗装置、烘干装置及自动装卸料装置等。2.2 滚磨光整加工技术的基本概念滚磨光整加工是将处于自由状态或非自由状态的零件置于盛有加工介质（磨块、磨剂、水等）的容器中，加工时，通过零件、容器或两者同时产生一定的运动形式，使零件和磨块之间形成复杂的相对运动。在相对运动的作用下，处于游离状态的磨块以一定的作用力对零件表面进行碰撞、滚压、滑擦和刻划的微量磨削作用。改变零件表面的几何特征（降低表面粗糙度值，增加表面轮廓支承率，改变表面纹理，去除毛刺等缺陷），改善表面层的物理力学性能（提高表面显微硬度，表面形成变质层，改善表面应力状态等），提高零件的清洁度，综合改善零件的表面完整性，提高零件及产品的使用性能和寿命，达到对零件表面光整加工的目的。2.3 滚磨光整加工方法分类可以按其加工运动方式分类, 见图2：喷丸加工两相流光整加工非自由磨具光整加工研磨机械法滚磨磁性研磨动力刷加工弹性轮抛光砂带抛光珩磨超精研磨光整磨削挤压珩磨自由磨具光整加工表面光整加工化学和电化学法热能法复合加工液体磁性磨具光整加工电化学抛光化学心轴抛光电化学振动抛光电解研磨超声波加工热电阻丝加工电化学超声波研磨其他复合光整加工激光加工电化学机械抛光高温去毛刺图2 滚磨光整加工方法分类2.4 滚磨光整加工技术的应用曲轴光整加工前后表面应力对比表：加工状态切向应力/MPa轴向应力/MPa主轴颈连杆轴颈主轴颈连杆轴颈光整加工前-293-149-171-423光整加工后-622-703-507-655结论：表面残余拉应力被改变为压应力，原压应力数值增加曲轴滚磨光整加工前后的清洁度指标比较：单位名称曲轴型号要求清洁度指标光整前光整后天润曲轴有限公司玉柴YC410866mg100mg40.8mg10mg江苏松林曲轴有限公司六缸曲轴200mg400mg180mg20mg湘潭新煌曲轴有限公司G6135200mg400mg160mg30mg杭州祥龙曲轴有限公司MR479Q15mg20mg10mg2mg结论：达到清洁度指标要求，进一步满足使用要求实例 曲轴 凸轮轴 轮毂凸轮轴拆机发动机整机性能序号零件名称零件材料光整加工工艺方法光整时间/min1曲 轴QT800-2卧式主轴式滚磨152连杆总成（外表面）立式主轴式滚磨10连杆总成（两孔）永磁磁性研磨83活塞销20Cr10Si2Mo离心式滚磨84活 塞66-1共晶硅合金立式主轴式滚磨25活塞环组件合金铸铁离心式滚磨86缸 套硼铸铁气粒两相流光整107凸轮轴精选45钢卧式主轴式滚磨158摇臂轴20钢立式主轴式滚磨109进气门4Cr9Si2立式主轴式滚磨1010排气门4Cr10Si2Mo立式主轴式滚磨1011气门内弹簧钢丝4-10/50CrVA-2Y离心式滚磨1012气门外弹簧钢丝4-10/50CrVA-2Y离心式滚磨1013油泵正时齿轮45钢交叉主轴式滚磨1214曲轴正时齿轮45钢交叉主轴式滚磨1215凸轮轴齿轮45钢交叉主轴式滚磨1216正时惰齿轮45钢交叉主轴式滚磨1217惰齿轮40Cr交叉主轴式滚磨12发动机整机性能（1）磨合时间可减少50%。（2）磨合燃油消耗减少30%，燃油消耗率减少3-4g/kwh。（3） 外特征曲线基本一致。（4）拆机后检测未出现拉缸，划瓦现象。（5）噪音降低1dB以上。2.5 滚磨光整加工技术发展方向与策略（1）加强滚磨加工机理研究和工艺实验, 构建工艺参数合理的数学模型, 应用现代测试技术实现滚磨加工的微机控制；（2）提高滚磨光整加工设备的自动化程度, 提高适应加工要求的自动化程度；（3） 研究开发新型干