（机械制造及其自动化专业论文）发动机气门曲面砂带抛光过程研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g in v e s t i g a t i o n so na b r a s i v eb e l tp o l i s h i n gp r o c e s so f e n g i n ev a l v es u r f a c e c a n d i d a t e ：s o n gy a n a n s u p e r v i s o r ：p r o f y a nq i u s h e n g j u n e2 0 1 0 s c h o o lo fe l e c t r o m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p - r c h i n a ，5 1 0 0 9 0 99洲5 姗54帆7以洲y 摘要 摘要 发动机气门是发动机燃烧室的门户，在高温、高压、腐蚀的极端环境中工作， 承受强烈的热和力的冲击以及高温高压气流冲蚀。气门的形状精度和表面加工质量 对发动机输出功率、油耗、排放、噪声、平稳性等性能有决定性影响，是发动机的 关键零件之一。发动机气门一般采用耐热高合金钢制造，气门头部到导杆之间的过 渡回转曲面是气门的重要组成部分。用于高性能发动机的气门，由于工作过程中气 流导向设计，要求气门过渡表面具有连续的螺旋线抛光轨迹，功能上具有引导气流 顺畅和改善燃烧的作用，因此其加工表面粗糙度、加工轨迹纹理等直接影响气流方 向以及燃烧状态，其加工精度决定了气门产品性能和质量。 本文对发动机气门的过渡曲面特性和加工工艺进行了研究，为了实现发动机气 门过渡区曲面抛光的自动化，提出采用砂带抛光方式基于数控技术实现气门过渡曲 面自动抛光加工的技术方案。 1 ) 针对发动机气门过渡曲面加工特性分析，在此基础上基于对抛光加工过程中 运动轨迹的分析建立了运动模型。 2 ) 通过数学模型的建立，分析了气门过渡曲面抛光过程中的动态接触弧长以及 抛光轨迹的螺旋角，找到了增大螺旋角的切实可行的方法。 3 ) 分析了砂带抛光过程中工艺参数对表面粗糙度的影响，选取合适的砂带进行 生产加工与实验。 4 ) 采取赫兹接触理论对门过渡曲面抛光过程中，砂带导轮轴与气门工件之间 的弹性接触状态进行了研究分析，进而对气门过渡曲面抛光过程中的去除趋势进行 了分析研究，得到理论去除趋势，并进行实验验证了所得模型。 5 ) 通过分析气门过渡曲面抛光过程中参数对加工过程的影响，研究相应参数的 控制方法，并通过实验实现了保持当量去除厚度恒定的发动机气门过渡曲面砂带抛 光，为发动机气门过渡曲面自动抛光加工提供技术支持。 关键词：气门曲面；砂带抛光；动态弧长；弹性接触；去除趋势 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t e n g i n ev a l v ei st h eg a t e w a yt ot h ee n g i n ec o m b u s t i o nc h a m b e r , w o r k i n gi nt h e e x t r e m ee n v i r o n m e n to fh i g ht e m p e r a t u r e ，h i g h p r e s s u r e a n dc o r r o s i o n w i t h s t a n d i n t e n s eh e a ta n df o r c e ，h i g ht e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ef l o we r o s i o n v a l v ei so n eo ft h e k e ye n g i n ec o m p o n e n t s ，i t ss h a p ep r e c i s i o na n ds u r f a c ef i n i s hq u a l i t yh a v ead e c i s i v e i m p a c to ne n g i n eo u t p u t ，f u e lc o n s u m p t i o n ，e m i s s i o n s ，n o i s e ，s m o o t h n e s sa n do t h e r p r o p e r t i e s g e n e r a l l y , e n g i n ev a l v e sm a d eo fh e a t - r e s i s t a n th i g h - a l l o ys t e e l ，t h er o t a r y s u r f a c eb e t w e e nt h eg u i d e - b a ra n dv a l v eh e a di sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ev a l v e ，v a l v ef o r h i g h - p e r f o r m a n c ee n g i n e s ，r e q u i r e dac o n t i n u o u ss p i r a lp o l i s h i n gp a t hi nt h ed e s i g no f f l o w o r i e n t e d ，t og u i d et h ef l o ws m o o t ha n di m p r o v et h ec o m b u s t i o n s ot h es u r f a c e r o u g h n e s sa n dp o l i s h i n gp a t hd i r e c t l ya f f e c tt h ea i rf l o wd i r e c t i o na n dt h ec o m b u s t i o n s t a t e ，t h ep r e c i s i o nd e t e r m i n e st h ev a l v ep e r f o r m a n c ea n dq u a l i t y i nt h i sp a p e r , c h a r a c t e r i s t i c so fe n g i n ev a l v et r a n s i t i o ns u r f a c ea n dp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yw e r es t u d i e d ，i no r d e rt oa c h i e v et h ep o l i s h i n ga u t o m a t i o no fe n g i n ev a l v e t r a n s i t i o ns u r f a c e ，t h ea b r a s i v eb e l tp o l i s h i n gm e t h o dw a sp r o p o s e dt o p r o c e s s e dt h e t r a n s i t i o n a ls u r f a c eo ft h ee n g i n ev a l v e t h ep o l i s h i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h et r a n s i t i o n a ls u r f a c ew e r ea n a l y z e d ，t h e nt h e p o l i s h i n gp r o c e s sm o d e lw a se s t a b l i s h e d 2 ) b a s e do nm a t h e m a t i c a lm o d e l ，t h ed y n a m i cc o n t a c ta r cd u r i n gt h et r a n s i t i o n s u r f a c ea n dt h eh e l i xa n g l eo ft h ep o l i s h i n gt r a je c t o r yw a s a n a l y z e d ，t h ep r a c t i c a lm e t h o d t oi n c r e a s et h eh e l i xa n g l ew a sf o u n d 3 ) t h ep o l i s h i n gp a r a m e t e r si n f l u e n c eo fr o u g h n e s sw a sa n a l y z e d ，a n ds e l e c t e dt h e a p p r o p r i a t eb e l tf o rp r o d u c ea n de x p e r i m e n t 4 ) b a s e do nt h eh e r t zc o n t a c tt h e o r y , e l a s t i cc o n t a c ts t a t eb e t w e e nb e l tg u i d ew h e e l a n dv a l v ew a sa n a l y z e d ，t h e na n a l y z e dt h er e m o v a lt r e n do fv a l v es u r f a c ep o l i s h i n g p r o c e s s ，f o u n dt h et h e o r e t i c a lr e m o v a lt r e n d ，a n dt e s ta n dv e r i f yt h em o d e l 5 ) b ya n a l y z i n gt h ep a r a m e t e r si n f l u e n c eo fp o l i s h i n gp r o c e s s ，f o u n dt h ec o n t r o l m e t h o do fc o r r e s p o n d i n gp a r a m e t e r s ，a c h i e v e dc o n s t a n tr e m o v a lt h i c k n e s s b yt h e e x p e r i m e n t ，p r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r tf o ra u t o m a t i cp o l i s h i n go fe n g i n ev a l v e a b s t r a c t k e y w o r d s ：v a l v es u r f a c e ；b e l tp o l i s h i n g ；d y n a m i ca r cl e n g t h ；e l a s t i c c o n t a c t ； r e m o v a lt r e n d i i i 广东工业大学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t 目j 豪】9 0 r c o n t e n t s v i i 第一章绪论l 1 1 课题研究背景和意义1 1 2 国内外研究现状i 2 1 2 1 国内外气门曲面抛光现状2 1 2 2 常用曲面抛光方法3 1 3 砂带抛光技术的发展与应用6 1 3 1 砂带抛光技术概述6 1 3 2 国内外砂带抛光技术研究现状及应用7 1 3 3 砂带抛光技术的发展趋势1 0 1 4 课题来源及本文的主要内容：1 0 1 4 1 课题的来源10 1 4 2 课题研究的主要内容1 0 1 5 本章小结1 1 第二章砂带加工原理与设备。1 2 2 1 概述1 2 2 2 砂带抛光的基本概念1 2 2 2 1 砂带抛光机理1 2 2 2 2 砂带抛光的基本特征和要素1 5 2 2 3 砂带抛光的基本形式1 7 2 3 气门曲面砂带抛光加工条件1 9 2 3 1 气门曲面分析2 0 2 3 2 气门曲面砂带抛光设备。2 1 2 3 3 法向接触状态分析2 3 2 4 本章小结2 3 i v 目录 第三章气门曲面砂带加工过程运动模型研究2 3 3 1 概j 苤j 2 3 3 2 气门过渡曲面砂带抛光过程加工特性分析2 4 3 2 1 速度变化分析2 6 3 2 2 接触状态分析2 7 3 3 气门曲面砂带抛光过程运动模型建立2 6 3 4 气门曲面砂带抛光n - r 轨迹螺旋角分析与实验验证3 l 3 5 本章小结3 4 第四章气门曲面抛光过程中表面粗糙度的研究。3 5 4 1 概j 迷3 5 4 2 实验条件与测量装置3 6 4 3 气门曲面抛光过程中砂带的选择3 6 4 4 气门曲面抛光过程工艺参数对粗糙度的影响3 9 4 4 1 抛光过程中砂带线速度对粗糙度的影响分析3 9 4 4 2 抛光过程中进给速度对粗糙度的影响分析4 0 4 4 3 抛光过程中进给深度对粗糙度的影响分析4 l 4 5 本章小结4 2 第五章气门曲面抛光过程中去除特性研究4 2 5 1 概j 峦4 2 5 2 气门曲面抛光过程工艺参数对去除厚度的影响分析4 3 5 2 1 抛光过程中进给速度对去除厚度的影响分析4 4 5 2 2 抛光过程中进给深度对去除厚度的影响分析4 4 5 3 气门曲面抛光过程弹性接触状态分析4 5 5 4 气门曲面抛光过程去除趋势分析4 8 5 4 1 理论去除趋势分析4 9 5 4 2 抛光过程实际去除趋势验证5 0 5 5 气门曲面抛光过程工艺参数控制分析5 1 5 5 1 抛光过程中进给深度控制分析5 l 5 5 2 针对抛光过程中去除厚度恒定的进给速度分析一5 2 5 6 本章小结5 4 v 广东工业大学硕士学位论文 总结与展望。5 5 参考文献5 7 攻读硕士学位期间发表的论文。5 9 独创性声明：6 0 致谢6 1 v i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) ，i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) 1 v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) ： c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h ep r o j e c t 1 1 2r e s e a r c hs t a t u so ft h i sp r o j e c t 2 1 2 1r e s e a r c hs t a t u so fv a l v es u r f a c ep o l i s h i n g 2 1 2 2s u r f a c ep o l i s h i n gt e c h n o l o g y 3 1 3t h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to fb e l tp o l i s h i n gt e c h n o l o g y 6 1 3 1b e l tp o l i s h i n gt e c h n o l o g yo v e r v i e w 6 1 3 2r e s e a r c hs t a t u so f b e l tp o l i s h i n gt e c h n o l o g y 7 1 3 3b e l tp o l i s h i n gt e c h n o l o g yt r e n d 1 0 1 4s u b j e c ts o u r c ea n dc o n t e n t so f t h ep r o j e c t 1 0 1 4 1s u b j e c ts o u r c e 1 0 1 4 2r e s e a r c hc o n t e n t so ft h ep r o j e c t 1 0 1 5s u m m a r y 1 1 c h a p t e r2p r i n c i p l ea n de q u i p m e n to fb e l tp o l i s h i n g 1 2 2 1i n t r o d u c t i o n 1 2 2 2t h eb a s i cc o n c e p to fb e l tp o l i s h i n g 1 2 2 2 1b a s i cc o n c e p tm e c h a n i s m 1 2 2 2 2t h eb a s i ce l e m e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fb e l tp o l i s h i n g 15 2 2 3t h eb a s i cf o r mo fb e l tp o l i s h i n g 1 7 2 3b e l tp o l i s h i n gc o n d i t i o n s 19 2 3 1v a l v es u r f a c ea n a l y s i s 2 0 2 3 2b e l tp o l i s h i n ge q u i p m e n t 2 1 2 3 3a n a l y s i so fn o r m a lc o n t a c ts t a t e 2 3 2 4s u m m a r y 2 3 v i i 一堑三些兰丝垡竺堡二一 c h a p t e r3m o v e m e n tm o d e l o f t h ep o l i s h i n gp r o c e s s 2 4 3 1i n t r o d u c t i o n 2 4 3 2p r o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i c so fb e l tp o l i s h i n gp r o c e s s 2 4 3 2 1v e l o c i t ya n a l y s i s 2 7 3 2 2c o n t a c ts t a t ea n a l y s i s 2 7 3 3m o v e m e n tm o d e lo ft h ep o l i s h i n gp r o c e s s 2 6 3 4h e l i xa n g l ea n s l y s i sa n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o n 3 1 3 5s u m m a r y 3 4 c h a p t e r4t h es t u d y o fs u r f a c er o u g h n e s s 3 5 4 1i n t i 0 d u c t i o n 3 5 4 2e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sa n dm e a s u r i n gd e v i c e s 3 6 4 3b e i ts e l e c t i o n 3 6 4 4i n f l u e n c eo fp r o c e s sp a r f a m e t e r so nt h er o u g h n e s s 3 9 4 4 1i n f l u e n c eo f b e l ts p e e do nt h er o u g h n e s s 3 9 4 4 2i n f l u e n c eo ff e e dr a t eo nt h er o u g h n e s s 4 0 4 4 3i n f l u e n c eo ff e e dd e p t ho nt h er o u g h n e s s 一4 1 4 5s u m m a r y 4 2 c h a p t e r5t h es t u d yo fr e m o v a lc h a r a c t e r i s t i c s 4 2 5 1i n t r o d u c t i o n 4 2 5 2i n f l u e n c eo fp r o c e s sp a r a m e t e r so nt h er e m o v a lt r e n d 4 3 5 2 1i n f l u e n c eo ff e e dr a t eo nt h er e m o v a lt h i c k n e s s 4 4 5 2 2i n f l u e n c eo ff e e dd e p t ho nt h er e m o v a lt h i c k n e s s 4 4 5 3a n a l y s i so f e l a s t i cc o n t a c ts t a t e 4 5 5 4a n a l y s i so fr e m o v a lt r e n d 4 8 5 4 1t h e o r e t i c a lr e m o v a lt r e n d 4 9 5 4 2e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fr e m o v a lt r e n d 5 0 5 5c o n t r o lo ft h ep o l i s h i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s 51 5 5 1c o n t r o lo ft h ef e e dd e p t h 51 5 5 2a n a l y s i so ft h ef e e dr a t eb a s e do nc o n s t a n tr e m o v a lt h i c k n e s s 一5 2 5 6s u m m a r y 一5 4 v m c o n t e n t s c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 5 4 r e f e r e n c e s 5 7 l i s to fp u b l i c a t i o n s 5 9 a n o u n c e m e n t 6 0 a c k n o w l e d g e m e n t s 。6 l 第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 第一章绪论 汽车产业是国民经济重要支柱产业。在2 0 0 9 年初国务院常务会议审议通过汽 车产业调整振兴规划，规划强调要大力推进汽车产业重组、支持企业自主创新和技 术改造，要重点支持企业技术创新、技术改造和新能源汽车及零部件发展，加快汽 车及零部件出口基地建设。广州市已经发展成为全国重要的汽车制造基地，广东省 正逐渐成为汽车零部件的制造业大省，研究汽车零部件加工工艺发展相应的数控加 工装备是当务之急。早在“十五”期间广东省委省政府就把振兴装备制造业作为广东 省的发展战略，从政策等方面予以扶持，由于数控机床产业的基础性和高技术特性， 其发展壮大需要有一个孕育过程，离不开政府的关心和持续的支持。广东省委省政 府在“十一五”规划纲要中，强调调整优化产业结构、促进工业产业升级，加快发展 汽车、装备制造、钢铁等主导产业的发展，提出装备制造业振兴的重点发展能源设 备等重大技术装备，医疗影像设备、电子器件生产设备等高技术装备和数控系统、 精密测试仪器等基础装备，提高系统集成能力。建立起具有先进装备制造业特征、 产业结构合理、技术先进的装备制造体系。 汽车发动机进、排气门是发动机燃烧室的门户，在高温( 最高可达8 0 0 ) 、 高压( 1 8 0 m p a ) 、腐蚀环境中工作，承受强烈的冲击和剧烈的摩擦，气门的形状精 度和表面加工质量对发动机输出功率、油耗、排放、噪声、平稳性等性能有决定性 影响，是发动机的关键零件之一【1 】。 我国生产的发动机气门产品作为汽车零部件已经大批量出口欧美市场，本项目 的合作企业之一广东省怀集登云汽配股份有限公司从1 9 8 6 年起开始出口发动机气 门，并且出口量直位居全国气门行业之首，客户主要包括美国e a t o m 、m a r t n 、 p e p 、e p s 、a p c 、e l c 、意大利e a t o m 和新加坡a t p a 公司等，品种多达2 0 0 0 多 个，配套机型包括在国际上汽车知名度较高的康明斯、通用、福特、克莱斯勒、卡 特比勒和大众等在内的车型。通过产品出口到美国、欧洲市场，特别是出口全球最 大的气门贸易商伊顿公司( 销售量占全球总量的5 0 以上) ，逐步发展成为了全球 有影响的发动机气门生产供应商。 发动机气门一般采用耐热高合金钢制造，需要经过锻造、焊接、车磨等机械加 广东工业大学硕士学位论文 工、热处理等6 0 余道工序，几乎每一个结构部位都具有功能需要加工，是一个具有 高技术含量的机械零件【2 】。随着汽车工业百余年来的发展，单台车气门的数量越来 越多，从初期的每缸双气门发展到4 气门、5 气门。由于燃烧室温度、压力不断提 高，对气门质量的要求也越来越高，制造也越来越复杂。众所周知，由于结构功能要求 气门头部直径是导杆的数倍，因此从头部到导杆需要曲面过渡，该过渡回转曲面是 气门的重要结构之一，其加工表面粗糙度、加工轨迹纹理等影响到进气流和排气流 方向以及燃烧状态【3 ，4 】，目前在跑车发动机、v 8 和v 6 发动机上使用的高档气门对气 门头部过渡回转曲面有严格的技术要求需要进行螺旋抛光加工，随着对发动机性能 要求的提高逐渐在其他大功率发动机上使用的气门也需要进行头部过渡回转曲面的 螺旋抛光加工。因此研究气门曲面的自动螺旋抛光工艺并开发数控螺旋抛光加工装 备，对于提高高档发动机气门产品质量和加工效率有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外气门曲面抛光现状 曲面的自动抛光加工在国内外一直是一个难题，以3 维模具成型曲面为代表， 很多情况下都是靠手工完成的，曲面抛光加工技术是先进加工技术中难度最大的技 术之一，抛光过程中需要良好的柔性、根据曲面曲率的变化调节工具与工件的接触 状态以及抛光压力大小，采用数控装备的自动抛光加工需集计算机控制、过程建模、 人工智能、伺服驱动和精密加工技术于一体，才能实现稳定可靠的抛光加工过程。 发动机气门需要在高温、高压下长期工作，气门材料普遍采用耐热钢制造，这 类材料大致有3 类：马氏体铬硅耐热钢、奥氏体镍耐热钢和镍基超耐热合金，进气 门材料以马氏体耐热钢为主【5 】，而随着近代汽车工业的发展排气门材料由原来普遍采 用的马氏体耐热钢逐渐被沉淀硬化型奥氏体耐热钢所代替，对于重型发动机的气门， 为了进一步提高锥面的抗磨损能力和抗腐蚀性能，常常采用气门锥面堆焊强化工艺。 由于气门高温高压工作环境的要求，材料中添加高含量的合金元素产生强化作用， 因此制作气门的材料成为了典型的难加工材料，给气门加工带来了很大的困难。 由于气门材料采用高合金钢价格昂贵，原材料费用在成本中占有较高比例，同 时加工工艺路线长、工序多，降低废品率是提高气门制造过程经济效益的重要途径。 气门曲面的螺旋抛光是气门加工的最后工序，一旦在螺旋抛光加工过程产生废品则 2 第一章绪论 前功尽弃就会造成更大的损失。 国外在气门头部过渡曲面加工方面则是经过磨削之后采用仿形自动螺旋抛光加 工工艺【6 】，要求螺旋抛光加工之前有较高的形状精度和较低的粗糙度，但国内出于 加工成本考虑以及曲面磨削技术和磨床的欠缺，而是采用曲面经过数控车削之后手 工螺旋抛光的技术方案。国内目前气门头部过渡回转曲面的加工工艺路线是数控车 削之后手工砂带圈螺旋抛光加工，但存在以下几方面的问题：手工抛光废品率高， 要达到在回转曲面上形成完整的磨粒螺旋轨迹手工抛光无法1 0 0 实现；手工抛光 效率低，一般需要4 5 台手工抛光机床才能满足一条气门生产线上设备的节拍； 手工抛光成本高，使用的砂圈抛光工具直径小( 一般直径2 0 毫米左右) 磨损快工 具消耗大；环境污染，不但劳动条件差而且开放的抛光过程产生粉尘飘浮影响到 车间和生产线上其他高精度设备。 受到熟练工人短缺、气门加工质量和加工稳定性要求的不断提高，采用计算机 控制、人工智能、数控技术和精密加工工艺【7 】等综合技术实现气门曲面自动螺旋抛 光加工并研发相应数控装备已经成为急迫解决的问题。 1 2 2 常用曲面抛光方法 表1 1 曲面抛光方法分类 t a b l e1 - 1s u r f a c ep o l i s h i n gm e t h o d 广东工业大学硕士学位论文 考虑到传统手工抛光发动机气门曲面存在上述的诸多问题，人们努力探索新的 抛光加工方法以解决这些问题。新的抛光加工方法，主要有施加特殊形式力的抛光， 用微粒子冲击去除材料抛光，采用特殊工具抛光，复合抛光等，其分类如上表1 1 所示【8 】： l 施加特殊形式力的抛光 ( 1 ) 振动抛光 振动抛光就是在抛光过程中，使磨料与工件的相对运动附加以振动。其主要目 的是提高加工效率。如在抛光中采用振幅( 1 2 - - 2 5 ) um ，频率为( 2 0 - - 5 0 ) k h z 的超声波振动，可提高加工效率1 5 倍。为了抛光复杂曲面的工件，王纯等人研究了 柔性磨体振动抛光，取得了很好的效果【9 】。 ( 2 ) 磁性流体抛光 磁性流体抛光是利用磁性流体本身所具有的液体流动性和磁性材料的磁性以及 外磁场作用，用来保持磨粒与工件之间产生相对运动而达到抛光工件表面的精加工 方法。其特点是：n - f 质量好，表面精度高，不会有加工表面形成新的加工变质层， 并可用于有复杂形面的表面精加工【l o 】。 ( 3 ) 磁力抛光 磁力抛光也称磁性磨料抛光，它将工件置于磁场中，而在磁场中填充着具有磁 性的细微磨料，磨料在磁场的作用下对工件表面产生压力。当工件相对磁场存在着 相对运动时，磨料对工件表面产生抛光切削作用。这种加工方法的优点是通过控制 磁场强度，很容易控制抛光压力；并且因为是柔性抛光，适合研磨加工工件的形状 较为广泛；另外可以去除较小的毛刺，有利于提高零部件生产加工自动化程度【1 1 , 1 2 】。 2 用微粒子冲击去除材料抛光 ( 1 ) 弹性发射加工 弹性发射加工( e e m ) 是利用微粒子在材料表面上滑动去除材料。微粒子以接 近水平的角度与材料碰撞，在接近材料表面处产生最大剪断力，既不能使其体内的 位错、缺陷等发生移动( 塑性变形) ，又能产生微量的“弹性破坏 ，以进行去除加 工。其去除量可以控制在几个至几十个原子级。表面粗糙度达l n m 。 ( 2 ) 非接触抛光 非接触抛光是以弹性发射加工为理论基础的一种加工方法。顾名思义，就是在 抛光过程中，抛光盘不接触工件。一般来说，抛光盘在下面，其上是抛光液，而工 4 第一章绪论 件是浮在抛光液之上。当抛光盘转动时，带动抛光液运动，抛光液中的微细磨粒就 冲击工件表面，产生抛光作用。其特点与弹性发射加工相似。 ( 3 ) 利用电泳动抛光 利用电泳现象进行表面抛光是一种超精密加工方法。当两个相互不同材料的物 体接触时，通常在其界面上引起正负电荷的分离，使两个物体之间产生电位差。利 用液体中磨粒的电特性作为控制磨粒运动产生抛光作用【1 7 , , 1 4 】。 3 采用特殊工具抛光 ( 1 ) 液体结合剂砂轮抛光 液体结合剂砂轮研磨作为一种高效抛光的方法，正在受到人们的重视。采用该 方法加工，工件已加工表面粗糙度达0 0 1 u r n 以下。其主要特征是采用了液体结合剂 砂轮。该砂轮结构与普通砂轮大体相同。其构成情况按体积比为磨粒：结合剂：气 孔= 5 ：2 ：3 。其不同点是液体结合剂砂轮的结合剂不是固体，而是水、各种酸性或 碱性溶液和各种油，是用液体代替传统的固体结合剂，液体表面张力和粘着力牢固 地将磨粒粘接起来代替固体结合剂的粘接。这种液体结合剂的砂轮与传统的砂轮相 比耐用度很低。 ( 2 ) 采用研磨膜研磨抛光 采用抛光膜进行抛光是一种比较新的抛光方法。所谓的抛光膜就是镀有磨料的 聚酯膜。抛光膜在接触滚子的作用下，压向工件。在抛光加工时，工件旋转，接触 滚子也旋转，带动抛光膜相对于工件有移动，从而产生抛光作用，为保证抛光的均 匀性，抛光膜相对于工件不仅有切向移动，还有轴向移动，即往复摆动。抛光膜上 的厚度均匀，可通过控制抛光膜上的磨料尺寸，控制抛光工件已加工表面粗糙度。 4 复合研磨抛光 ( 1 ) 机械化学抛光 机械化学抛光是在相对运动的两个物体的接触点上产生固相反应，生成了反应 生成物，出现原子级的脱落，从而实现加工。目前人们所从事的机械化学抛光加工 研究，主要是针对具体加工对象的应用研究【1 5 】。 ( 2 ) 电解抛光 电解抛光是应用较早的电化学复合加工工艺，可蚀除金属表面大的粗糙度而使 表面平整；也可蚀除金属表面微观不平，使其光滑成镜面。电解抛光原理是通过电 解蚀除表面金属，但在蚀除过程中，会产生钝化膜，所以再加上机械抛光，去除表 广东工业大学硕士学位论文 面微观高点的钝化膜，使其能继续电解蚀除，如此反复进行，从而使加工表面逐渐 平整光滑。这种加工方法可以消除传统散粒磨料抛光加工在工件加工表面上产生的 加工变质层，因此受到了人们的重视【1 6 1 。 上面所介绍的各种新的抛光加工方法，主要是提高抛光加工质量和加工精度， 但绝大部分都没能有效的提高加工效率，特别是在降低加工成本方面几乎没有什么 效果，加工成本太高。这些新的抛光加工方法，仍不能改变传统抛光在人们心目中 的加工效率低，加工成本高的印象。 1 3 砂带抛光技术的发展与应用 1 3 1 砂带抛光技术概述 砂带加工是一种新的高效加工技术，具有磨削、研磨及抛光的多重作用，能进 行外圆、内圆、平面、型面的加工，可以获得高的加工精度和表面质量，与传统砂 轮磨削、车削，铣削相比，具有许多加工优越性能。由于静电植砂技术的应用以及 新型砂带的不断推出，使得当今的砂带加工技术已经成为国外应用非常普遍的先进 机械加工方法之一。其主要优点有： 1 ) 冷态：由于砂带有较长的周长，散热快，使磨粒得到很好的冷却，不易产生 工件表面烧伤现象，工件表面无微裂纹或金相组织的改变； 2 ) 弹性：由于砂带自身有很好的挠性和柔性，与工件是柔性接触，具有很好的 磨削和抛光作用【1 7 】； 3 ) 高效：砂带加工生产效率高，在材料去除率方面，砂带磨床远远超过