第五章 光 整 加 工

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μ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5-3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5⁃6。表5-6常用研磨抛光液及用途(三)研磨抛光膏第二节手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Ra1.6～3.2μm降低到Ra0.2～0.4μm，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0.1～0.15mm时，电解抛光时间约为10～15min，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。

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。DMP—10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0～24V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8000～20000r/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2.5～0.8μm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值可达0.1～1μm。

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