6-8第八节 研磨技术.doc

第八节 研磨技术研磨是精密和超精密零件精加工的主要方法之一，是在精加工，如精车、精磨或精洗加工后的超精加工。研磨加工可使零件获得极高的尺寸精度、几何形状和位置精度，最高的表面粗糙度等级以及提高配合精度。零件的内、外圆表面、平面、圆锥面、斜面、螺纹面、齿轮的齿面及其他特殊形状的表面均可以采用此种方法进行加工。船舶主、副柴油机燃油系统中的三对精密偶件：柱塞套筒偶件、针阀针阀体偶件、出油阀出油阀座偶件的内、外圆表面、圆锥面、平面在制造时都需要采用研磨进行精加工。在针阀针阀体配合锥面磨损和柴油机的进排气阀配合锥面磨损后均需采用研磨技术进行修复，使配合面恢复密封性能。进行研磨的零件材料可以是经淬火或未经淬火的碳钢、合金钢、硬质合金，也可以是铸铁、铜及其合金等有色金属材料，或玻璃、水晶和塑料等非金属材料。灵活的研磨技术是进行精密零件修理的有效方法，尤其是在备件缺乏、时间紧迫的情况下此法尤为重要。例如，主、副柴油机的喷油器故障大多是针阀针阀体偶件的锥面配合不良引起的，轮机人员须经常进行针阀偶件的研配工作。所以，研磨技术在船上轮机工作中是克服精密设备短缺、延长零件寿命、节省修理费用和保证船舶正常航行的有效工艺，轮机人员应该掌握研磨技术。一、概述 1研磨原理研磨是使零件与研磨工具在无强制的相对滑动或滚动的情况下，通过加入其间的研磨剂的微切削和研磨液的化学作用，在零件表面生成易被磨削的氧化膜，从而加速研磨过程。所以研磨加工是机械、化学联合作用完成的精密加工。1）零件与研磨工具的相对运动零件与研磨工具不受外力的强制引导，以免引起偏差和缺陷；运动方向周期变换，以使研磨剂均匀分布在零件表面上并加工出纵横交叉的切削痕，均匀研磨零件表面；研磨表面上各点相对于研磨工具表面的滑动路程相等，以达到均匀切削。2）研磨压力在实际应用的压力范围内，研磨效率随压力增加而提高。研磨压力取决于零件材料、研磨工具材料和外界压力等因索，一般通过实验确定。常用的压力范围为0.050.3MPa，粗研宜用0.l0.2MPa，精研宜用0.0l0.1MPa。研磨压力过大，研磨剂磨粒被压碎，切削作用减小，表面划痕加深，研磨质量降低；压力过小则研磨效率大大降低。3）研磨速度研磨速度影响研磨效率，一定条件下，研磨速度增加将使研磨效率提高。研磨速度取决于零件加工精度、材质、重量、硬度、研磨面积等。一般研磨速度在10150m/min。速度过高，产生的热量较多，引起零件变形、表面加工痕迹明显等质量问题，所以精密零件研磨速度不应超过3060次/min。一般手工粗研往复次数为3060次/min，精研为2040次/min。 4）研磨时间研磨初期，因研磨剂磨粒锋利，微切削作用强，零件研磨表面的几何形状误差和粗糙度得以较快地纠正。随着研磨时间的延长，磨粒钝化，微切削作用下降，不仅零件精度不能提高，反而由于热量增加使之下降。粗研时间取决于研磨剂的切削性能，为提高研磨效率，当研磨剂磨粒钝化，研磨效果差时应立即更换研磨剂。精研时间一般约为13min，超过3min研磨效果不显著。所以，粗研时选用较粗的研磨剂，较高的压力和较低的速度进行研磨，以期较快地消除几何形状误差和切去较多的加工余量；精研时选用较细的研磨剂、较小的压力和较高的速度进行研磨，以获得精确的形状、尺寸和最高的表面粗糙度。2研磨膏研磨膏或称研磨剂，是在研磨粉中加入油溶性或水溶性辅助材料制成的一种混合剂。使用时，需用研磨液稀释后才能进行研磨。研磨粉是具有一定粒度的磨料。油溶性辅助材料有分散剂(煤油、机油)、载体(柏子油、凡士林油等)及着色剂、防腐剂等；水溶性辅助材料有分散剂(丙三醇等)、载体(十六醇、硬脂酸等)及着色剂、防腐剂等。1)磨料常用的磨料有以Al2O3，为主要成分的各种刚玉(棕刚玉、白刚玉和铬刚玉)、以SiC为主要成分的各种碳化硅(黑碳化硅、绿碳化硅、立方碳化硅)、碳化硼和Cr2O3，等。磨料的种类和用途见表6-6。表6-6 常用磨料的种类及用途名称 代号 主要化学成分 颜色 硬度和强度 用途加工方法 工件材料 棕钢玉 A 92.5%-97% Al2O3 棕褐、灰褐，暗红 具有较高的硬度， 韧性高，承受力大，锋利 粗研 各种碳钢、合金钢、铸铁、硬青铜 白钢玉 WA 97%-98.5% Al2O3 白色 比棕钢玉硬，但韧性稍低，锋利，切削性好 粗研和精研 淬硬钢、高速钢、铸铁 黑碳化硅 C 97%-98.5% SiC 黑色（半透明），深蓝 比白钢玉硬，性脆，锋利 粗研 青铜、黄铜、铸铁、大理石、玻璃等非金属材料 绿碳化硅 GC 94%-99% SiC 绿色（半透明） 比黑碳化硅硬，但次于人造金刚石和碳化硼，性脆，锋利 粗研和精研 淬硬钢、硬质合金、硬铬、金刚石、硬度高的非金属材料 铬钢玉 PA 97.5%-98% Al2O3 玫瑰红色 比白钢玉韧性好 粗研和精研 淬硬钢、工具钢、合金钢的韧性大的材料 立方碳化硅 SC 87%-92% SiC 黄绿色 强度大、棱角锋利 精研 轴承钢、淬硬钢 碳化硼 BC 85%-95% B4C 灰色至黑色 比绿碳化硅硬而脆，但次于人造金刚石，颗粒能自行修磨保持锋利，高温易氧化 粗研和精研 硬质合金、硬铬、宝石、淬硬钢 人造金刚石 JR 灰色至黄白色 硬度仅次于天然金刚石，强度也稍低，自锐性较好 粗研和精研 硬质合金、光学玻璃 氧化铬 Cr2O3 深绿色 质软，极细抛光剂 粗研和抛光2 铜、青铜、淬硬钢、铸铁 氧化铁 Fe2O2 （或FeO，Fe2O3） 红色，暗红 比氧化铬软，极细抛光剂 抛光 淬硬钢、玻璃、水晶、铜 氧化镁 白色 质软 抛光 淬硬钢、玻璃、水晶、铜 氧化铈 土黄色 质软 抛光 淬硬钢、玻璃、水晶、铜 磨料的粒度是指磨料颗粒的尺寸大小，粒度号是根据l英吋长度上有多少个孔的筛网而定。按磨粒的颗粒尺寸范围和粒度号分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四种，如表6-7所示。研磨加工仅使用粒度号为100以上的磨料，称为研磨粉。研磨加工常用的磨粒粒度号及其所能达到的表面粗糙度分别如表6-8、表6-9所示。表6-7 磨料粒度号及对应的磨粒公称尺寸种类粒度号基本颗粒尺寸范围（m）磨粒12141620243036466070802000-16001600-12501250-10001000-800800-630630-500500-400400-315315-250250-200200-160磨粉100120150180240280160-125125-100100-8080-6363-5050-40微粉W63W50W40W28W20W14W10W7W563-5050-4040-2828-2020-1414-1010-77-55-3.5超微粉W3.5W2.5W1.5W1.0W0.53.5-2.52.5-1.51.5-1.01.0-0.50.5及更细表6-8 常用磨料粒度范围加工方法粒度应用粗研磨精研磨100-240240-W14一般零件的研磨粗研磨半精研精研磨W14-W10W7-W5W5以下精密零件、量具、刃具的精密研磨 表6-9 常用磨料加工能达到的表面粗糙度加工方法磨料粒度能达到的表面粗糙度（m）粗研磨磨粉240-280280-W40Ra0.20半精研磨微粉W28-W20W20-W14W14-W10Ra0.10Ra0.05Ra0.025精研磨W7W5Ra0.012Ra0.006磨料的研磨性能与其粒度、硬度和强度有关。磨料的硬度是指磨料表面抵抗局部塑性变形的能力。研磨加工就是利用磨粒与零件材料的硬度差来实现的，所以磨粒硬度越高，切削能力越强，研磨性能越好；磨料的强度是磨粒承受外力不被压碎的能力。磨粒强度越高，切削力越强，寿命越高，研磨性也越好。以金刚石的研磨能力为准，设为l ，其他磨料的研磨能力分别为：金刚石 1.0 碳化硼 0.5 绿刚玉 0.28黑碳化硅 0.26 白刚玉 0.12 棕刚玉 0.102)研磨膏研磨膏分为油溶性和水溶性两大类。油溶性研磨膏使用时需用航空汽油、煤油或机油等研磨液稀释。油溶性研磨膏可使加工表面获得极高的粗糙度等级和精确尺寸。水溶性研磨膏使用时需用水、甘油等研磨液稀释。研磨液需具有一定的粘度和稀释能力，以粘吸磨料和使之均匀；具有较好的润滑和冷却能力，及具有化学活性和无腐蚀性，以加速研磨的化学作用。研磨膏是一种重要的表面光整加工材料，除船用外，广泛用于仪表、仪器、光学玻璃镜头、量具、金相试片和精密零件的精研磨和抛光。常用氧化铬、氧化铝、碳化硼、碳化硅、氧化铁等研磨膏。常用研磨膏的品种、规格和应用范围见表6-10所示。 表6-10 普通研磨膏的品种、规格及应用范围产品名称颜色磨料代号粒度范围应用范围氧化铬研磨膏深绿Cr2O3W3.5以下金属镀件的精抛和钢件的最后抛光氧化铁研磨膏深红Fe2O3W3.5以下贵金属如金银制品、有机玻璃和玻璃制品的抛光棕钢玉研磨膏棕色A60280普通碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜的研磨白钢玉研磨膏白色WA60W1淬火钢、高速钢、轴承钢、不锈钢等的研磨和抛光绿碳话硅研磨膏浅绿GC60W5铜、铝等有色金属，硬质核计，玻璃等的研磨和抛光碳化硼研磨膏褐黑色BC60280硬质合金、陶瓷、宝石、光学玻璃等的研磨和抛光注：除磨粒、磨粉60280为软膏外，微粉和超微粉均为硬膏。研磨分为粗研、半精研、精研三种。精密零件的粗研可选用W14Wl0的级化铝研磨膏；半精研选用W7W5的氧化铬研磨膏；精研和偶件互研时选用W5以下的氧化铬研磨膏。3研磨工具研磨是精密和超精密加工方法，是精密零件加工制造的最后工序，也是精密零件的修复方法。研磨时，零件与研具表面接触并作相对运动，研具的几何形状精度直接影响零件表面的加工精度。因此，对研具要求较高，不仅要制造精度高，而且耐磨。研具有手工研具和机械研具。按研具工作表面形状分为研磨平板、研磨尺、研磨盘、研磨棒、研磨套和研磨环等；按研具的用途分为平面、外圆、内孔、锥面、球面、螺纹、齿轮等研具。研具的材料一般常用灰铸铁、低碳钢、铜、铝、铅、木材、丝绸和皮革等。零件外圆或内孔研磨时，分别用机床夹持零件或研磨棒，使之按一定转速回转，然后用手握住研磨套或零件，涂上研磨膏使磨粒随研磨具作往复和回转运动进行研磨切削。配合件配合面磨损、腐蚀用研磨进行修复时，则采用配合面上涂研磨膏使之相对运动相互研磨，即互研。二、船机零件的研磨修复在船上柴油机的进、排气阀和阀座、燃油系统精密偶件等的配合面磨损失效后，是由轮机人员进行研磨，自修恢复其使用功能。1平面研磨修复船机零件工作表面或其它配合面为平面的配合件，当平面发生磨损或腐蚀时，如果零件尺寸较小和研磨要求不太高，可以在高精度的研磨平板上手工研磨修复。研磨前，先将零件加工表面和平板清洗干净，将研磨剂均匀涂于零件待修表面上，并放于研磨板上；研磨时，用手按住零件，沿8字形轨迹运动，使磨痕交叉以提高表面粗糙度等级；研磨一段时间后，将零件转动一定角度再继续研磨。一般圆形零件转120，方形零件转90，矩形零件转180，目的是研磨均匀。研磨平板是带有交叉沟槽(深度为1.52mm)的铸铁板。 针阀体端面发生腐蚀，套筒端面密封不良均可以在平板上研磨修复，如图6-20所示。研磨时根据腐蚀、磨损情况，即研磨量的大小确定研磨工序和选用研磨膏。如研磨量大，就需要先进行粗研，再精研。一般选用氧化铝研磨膏粗研，氧化铬研磨膏精研。按8字形轨迹在研磨平板上滑动，直至零件端面呈均匀暗灰色为止。清洗后，再与相对应的配合平面互研，使之吻合。互研时，只需加润滑油进行研磨。2锥面研磨修复喷油器针阀偶件的锥面配合面和进、排气阀的阀面磨损、腐蚀后，在船上条件下采用互研方法进行修复。针阀偶件锥面磨损后锥面上环形密封带(正常宽度为0.30.5mm)变宽或中断、模糊不清时，采用互研修复。一般选用极细的氧化铬研磨膏或润滑油进行手工互研。先在针阀锥面上放少量(一点点)研磨膏，准确迅速插入到针阀体座面，严防研磨膏粘到内圆表面上破坏内孔精度。一手握针阀体，另一手拿针阀，适当施力使二者相对左右转动，相互研磨，直到针阀锥面上出现细窄光亮的环形密封带为止。研磨中，依针阀锥面磨损情况可先用研磨膏互研，再用润滑油互研，或只用油互研。最后进行雾化试验以检验针阀密封性。研磨是一项精细的工作，研磨中的清洁尤为重要，并应细心、耐心地研磨，操之过急，效果不良。复习思考题1、金属扣合修复法有哪几种？各适用于哪些场合？2、对波浪键的材料有什么要求？常用的有哪些材料？3、试述波浪键扣合法的修复工艺及其要