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目前常用的拋光方法 日期:2016.11.16
 目前常用的拋光方法有以下幾種:
  1.1 機械拋光
  機械拋光是靠切削、材料表麵塑性變形去掉被拋光後的凸部而得到平滑麵的拋光方法,一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等,以手工操作為主,特殊零件如回轉體表麵,可使用轉台等輔助工具,表麵質量 要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采用特製的磨具,在含有磨料的研拋液中,緊壓在工件被加工表麵上,作高速旋轉運動。利用該技術可以達到 Ra0.008 μ m 的表麵粗糙度,是各種拋光方法中最高的。光學鏡片模具常采用這種方法。
  1.2 化學拋光
  化學拋光是讓材料在化學介質中表麵微觀凸出的部分較凹部分優先溶解,從而得到平滑麵。這種方法的主要優點是不需複雜設備,可以拋光形狀複雜的工件,可以同時拋光很多工件,效率高。化學拋光的核心問題是拋光液的配製。化學拋光得到的表麵粗糙度一般為數 10 μ m 。
  1.3 電解拋光
  電解拋光基本原理與化學拋光相同,即靠選擇性的溶解材料表麵微小凸出部分,使表麵光滑。與化學拋光相比,可以消除陰極反應的影響,效果較好。電化學拋光過程分為兩步:
  ( 1 )宏觀整平 溶解產物向電解液中擴散,材料表麵幾何粗糙下降, Ra > 1 μ m 。
  ( 2 )微光平整 陽極極化,表麵光亮度提高, Ra < 1 μ m 。
  1.4 超聲波拋光
  將工件放入磨料懸浮液中並一起置於超聲波場中,依靠超聲波的振蕩作用,使磨料在工件表麵磨削拋光。超聲波加工宏觀力小,不會引起工件變形,但工裝製作和安裝較困難。超聲波加工可以與化學或電化學方法結合。在溶液腐蝕、電解的基礎上,再施加超聲波振動攪拌溶液,使工件表麵溶解產物脫離,表麵附近的腐蝕或電解質均勻;超聲波在液體中的空化作用還能夠抑製腐蝕過程,利於表麵光亮化。
  1.5 流體拋光
  流體拋光是依靠高速流動的液體及其攜帶的磨粒衝刷工件表麵達到拋光的目的。常用方法有:磨料噴射加工、液體噴射加工、流體動力研磨等。流體動力研磨是由液壓驅動,使攜帶磨粒的液體介質高速往複流過工件表麵。介質主要采用在較低壓力下流過性好的特殊化合物(聚合物狀物質)並摻上磨料製成,磨料可采用碳化矽粉末。
  1.6 磁研磨拋光
  磁研磨拋光是利用磁性磨料在磁場作用下形成磨料刷,對工件磨削加工。這種方法加工效率高,質量好,加工條件容易控製,工作條件好。采用合適的磨料,表麵粗糙度可以達到 Ra0.1 μ m 。
  在塑料模具加工中所說的拋光與其他行業中所要求的表麵拋光有很大的不同,嚴格來說,模具的拋光應該稱為鏡麵加工。它不僅對拋光本身有很高的要求並且對表麵平整度、光滑度以及幾何精確度也有很高的標準。表麵拋光一般隻要求獲得光亮的表麵即可。鏡麵加工的標準分為四級: AO=Ra0.008 μ m , A1=Ra0.016 μ m , A3=Ra0.032 μ m , A4=Ra0.063 μ m ,由於電解拋光、流體拋光等方法很難精確控製零件的幾何精確度,而化學拋光、超聲波拋光、磁研磨拋光等方法的表麵質量又達不到要求,所以精密模具的鏡麵加工還是以機械拋光為主。
  2.1 機械拋光基本程序
  要想獲得高質量的拋光效果,最重要的是要具備有高質量的油石、砂紙和鑽石研磨膏等拋光工具和輔助品。而拋光程序的選擇取決於前期加工後的表麵狀況,如機械加工、電火花加工,磨加工等等。機械拋光的一般過程如下:
  ( 1 )粗拋 經銑、電火花、磨等工藝後的表麵可以選擇轉速在 35 000 —40 000 rpm 的旋轉表麵拋光機或超聲波研磨機進行拋光。常用的方法有利用直徑Φ 3mm 、 WA # 400 的輪子去除白色電火花層。然後是手工油石研磨,條狀油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑。一般的使用順序為 #180 ~ #240 ~ #320 ~ #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000 。許多模具製造商為了節約時間而選擇從 #400 開始。
  ( 2 )半精拋 半精拋主要使用砂紙和煤油。砂紙的號數依次為: #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000 ~ #1200 ~ #1500 。實際上 #1500 砂紙隻用適於淬硬的模具鋼( 52HRC 以上),而不適用於預硬鋼,因為這樣可能會導致預硬鋼件表麵燒傷。
  ( 3 )精拋 精拋主要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉或研磨膏進行研磨的話,則通常的研磨順序是 9 μ m ( #1800 ) ~ 6 μ m ( #3000 ) ~3 μ m ( #8000 )。 9 μ m 的鑽石研磨膏和拋光布輪可用來去除 #1200 和 #1500 號砂紙留下的發狀磨痕。接著用粘氈和鑽石研磨膏進行拋光,順序為 1 μ m ( #14000 ) ~ 1/2 μ m ( #60000 ) ~1/4 μ m ( #100000 )。
  精度要求在 1 μ m 以上(包括 1 μ m )的拋光工藝在模具加工車間中一個清潔的拋光室內即可進行。若進行更加精密的拋光則必需一個絕對潔淨的空間。灰塵、煙霧,頭皮屑和口水沫都有可能報廢數個小時工作後得到的高精密拋光表麵。
  2.2 機械拋光中要注意的問題
  用砂紙拋光應注意以下幾點:
  ( 1 )用砂紙拋光需要利用軟的木棒或竹棒。在拋光圓麵或球麵時,使用軟木棒可更好的配合圓麵和球麵的弧度。而較硬的木條像櫻桃木,則更適用於平整表麵的拋光。修整木條的末端使其能與鋼件表麵形狀保持吻合,這樣可以避免木條(或竹條)的銳角接觸鋼件表麵而造成較深的劃痕。
  ( 2 )當換用不同型號的砂紙時,拋光方向應變換 45 °~ 90 °,這樣前一種型號砂紙拋光後留下的條紋陰影即可分辨出來。在換不同型號砂紙之前,必須用 100 %純棉花沾取酒精之類的清潔液對拋光表麵進行仔細的擦拭,因為一顆很小的沙礫留在表麵都會毀壞接下去的整個拋光工作。從砂紙拋光換成鑽石研磨膏拋光時,這個清潔過程同樣重要。在拋光繼續進行之前,所有顆粒和煤油都必須被完全清潔幹淨。
  ( 3 )為了避免擦傷和燒傷工件表麵,在用 #1200 和 #1500 砂紙進行拋光時必須特別小心。因而有必要加載一個輕載荷以及采用兩步拋光法對表麵進行拋光。用每一種型號的砂紙進行拋光時都應沿兩個不同方向進行兩次拋光,兩個方向之間每次轉動 45 °~ 90 °。
  鑽石研磨拋光應注意以下幾點:
  ( 1 )這種拋光必須盡量在較輕的壓力下進行特別是拋光預硬鋼件和用細研磨膏拋光時。在用 #8000 研磨膏拋光時,常用載荷為 100~200g/cm2 ,但要保持此載荷的精準度很難做到。為了更容易做到這一點,可以在木條上做一個薄且窄的手柄,比如加一銅片;或者在竹條上切去一部分而使其更加柔軟。這樣可以幫助控製拋光壓力,以確保模具表麵壓力不會過高。
  ( 2 )當使用鑽石研磨拋光時,不僅是工作表麵要求潔淨,工作者的雙手也必須仔細清潔。
  ( 3 )每次拋光時間不應過長,時間越短,效果越好。如果拋光過程進行得過長將會造成“橘皮”和“點蝕”。
  ( 4 )為獲得高質量的拋光效果,容易發熱的拋光方法和工具都應避免。比如:拋光輪拋光,拋光輪產生的熱量會很容易造成“橘皮”。
  ( 5 )當拋光過程停止時,保證工件表麵潔淨和仔細去除所有研磨劑和潤滑劑非常重要,隨後應在表麵噴淋一層模具防鏽塗層。
  由於機械拋光主要還是靠人工完成,所以拋光技術目前還是影響拋光質量的主要原因。除此之外,還與模具材料、拋光前的表麵狀況、熱處理工藝等有關。優質的鋼材是獲得良好拋光質量的前提條件,如果鋼材表麵硬度不均或特性上有差異,往往會產生拋光困難。鋼材中的各種夾雜物和氣孔都不利於拋光。
  3.1 不同硬度對拋光工藝的影響
  硬度增高使研磨的困難增大,但拋光後的粗糙度減小。由於硬度的增高,要達到較低的粗糙度所需的拋光時間相應增長。同時硬度增高,拋光過度的可能性相應減少。
  3.2 工件表麵狀況對拋光工藝的影響
  鋼材在切削機械加工的破碎過程中,表層會因熱量、內應力或其他因素而損壞,切削參數不當會影響拋光效果。電火花加工後的表麵比普通機械加工或熱處理後的表麵更難研磨,因此電火花加工結束前應采用精規準電火花修整,否則表麵會形成硬化薄層。如果電火花精修規準選擇不當,熱影響層的深度最大可達 0.4mm 。硬化薄層的硬度比基體硬度高,必須去除。因此最好增加一道粗磨加工,徹底清除損壞表麵層,構成一片平均粗糙的金屬麵,為拋光加工提供一個良好基礎。
  拋丸與噴砂的區別
  拋丸是利用高速旋轉的葉輪把小鋼丸或者小鐵丸拋擲出去高速撞擊零件表麵,故可以除去零件表麵的氧化層。同時鋼丸或鐵丸高速撞擊零件表麵,造成零件表麵的晶格扭曲變形,使表麵硬度增高,是對零件表麵進行清理的一種方法,拋丸常用來鑄件表麵的清理或者對零件表麵進行強化處理。
  一般拋丸用於規則形狀等,幾個拋頭上下左右一起,效率高,汙染小。
  修、造船業,拋丸、噴砂是普遍使用的。但是無論是拋丸還是噴砂,都是使用壓縮空氣的形式。當然並不是拋丸就非用高速旋轉的葉輪不可。在修、造船業一般來說,拋丸(小鋼丸)多用在鋼板預處理(塗裝前除鏽);噴砂(修、造船業用的是礦砂)多用在成型的船舶或者分段,作用是把鋼板上的舊油漆和鏽除掉,重新塗裝。在修、造船業,拋丸、噴砂的主要作用是增加鋼板塗裝油漆的附著力。
  其實鑄造件清理不隻是用拋丸,對於大件一般先進行滾筒清砂,就是把鑄造件的冒口切除後放在滾筒內滾,由零件在滾筒內互相碰撞,把表麵的砂大部分先清掉再進行拋丸或噴丸的。
  拋丸丸子大小是1.5mm。
  研究表明,就破壞而言,金屬材料表麵存在拉應力時比壓應力要容易的多,表麵呈壓應力時,材料的疲勞壽命大大提高,因此,對於軸類等容易疲勞斷裂的部件通常采用噴丸形成表麵壓應力,提高產品壽命,此外,金屬金屬材料對拉伸很敏感,這就是材料的拉伸強度比壓縮強度低的多的原因,這也是金屬材料一般用拉伸強度(屈服,抗拉)表示材料性能的原因。
  我們日常乘坐的汽車的鋼板的工作麵就是用噴丸來強化的,可以顯著的提高材料的抗疲勞強度。
  拋丸是用電機帶動葉輪體旋轉,靠離心力的作用,將直徑在0.2~3.0的丸子(有鑄丸切丸不鏽鋼丸等)拋向工件的表麵,使工件的表麵達到一定的粗造度,使工件變的美觀,或著改變工件的焊接拉應力為壓應力,提高工件的使用壽命.幾乎用於機械的大多數領域,修造船汽車零部件飛機部件槍炮坦克表麵橋梁鋼結構玻璃鋼板管道等等.噴砂(丸)是用壓縮空氣作為動力將直徑在40~120目的砂或0.1~2.0左右的丸噴向工件的表麵,使工件達到同樣的效果.丸粒的大小不同,達到的處理效果就不一樣.重點提出:噴丸同樣能起到強化的作用.現在國內的設備走進了一個誤區,認為隻有拋丸才能達到強化的目的.美國日本的企業用於強化的是拋噴丸並用的!各有各的優勢.比如象齒輪這樣的工件,拋丸的出丸角度無法改變,隻能用變頻改變初速度.但它處理的量大,速度快,而噴丸則正好於之相反,拋丸的效果就沒有噴丸的效果好。
  噴砂是利用壓縮空氣把石英砂高速吹出去對零件表麵進行清理的一種方法。工廠裏也叫吹砂,不僅去鏽,還可以順帶除油,對塗裝來說非常有用。常用於零件表麵除鏽;對零件表麵修飾(市場賣的小型的濕式噴砂機就是這個用途,砂粒通常是剛玉,介質是水);在鋼結構中,應用高強螺栓進行聯接是一種比較先進的方法,由於高強聯接是利用結合麵之間的摩擦來傳力的,所以對結合表麵的質量要求很高,這時必須用噴砂對結合表麵進行處理。
  噴沙用於形狀複雜,易於用手工除鏽,效率不高,現場環境不好,除鏽不均勻。
  一般的噴砂機都有各種規格的噴砂槍,隻要不是特別小的箱體,都可以把槍放進去打幹淨。
  壓力容器的配套產品—封頭采用噴砂方式清除工件表麵的氧化皮,石英砂的直徑為1.5mm~3.5mm.
  有一種加工就是利用水作載體,帶動金剛砂來加工零件的,就是一種噴砂。
  拋丸與噴砂都能對工件起到清整去汙的目的,目的為下序作準備,即要保證下道工序的粗糙度要求,也有的為了要表麵的一致性,噴丸對工件有強化作用,噴砂就不明顯了。一般噴丸為小鋼球,噴砂為石英砂。按不同要求,分目數。
  精密鑄造幾乎天天都在用噴砂、拋丸。
  補充:
  1.拋丸和噴砂都是表麵處理,但不是說隻有鑄件才拋丸
  2.噴砂主要功能是表麵除鏽,除氧化皮等,比如熱處理後的零件,而拋丸的作用和功能就較多:不但除鏽,除表麵氧化皮,還提高表麵粗糙度,去除零件機加工毛刺,消除零件內應力,減少熱處理後零件變形,提高零件表麵耐磨,受壓能力等
  3.用於噴丸的工藝有很多,例如:鑄件,鍛件,機加工後零件表處,零件熱處理後表處等
  4.噴砂主要是人工操作,而拋丸自動化和半自動化的多
  5.拋丸所用的鋼丸和鐵丸其實並不是真正意義上的丸,準確的說它是小鋼絲或小鋼棍,隻是使用了一段時間後才看起來象丸子的,所謂噴砂的砂說穿了,也就是河砂而已,和建築用的沒有什麽兩樣,隻是噴砂用的經過篩製,含泥少,顆粒大小規格而已。當然有的行業也有不同,如船舶行業的拋丸用的是真正的鋼丸、噴砂用的是金屬礦砂(不是河砂-石英砂)。
    6.丸與砂 
  丸一般是球形一類沒有棱角的顆粒.如鋼絲切丸等;
  砂是指有棱角的砂粒,如棕剛玉、白剛玉、河砂等。
  7.噴與拋
  噴是以壓縮空氣作為動力將砂料或丸料噴到材料表麵,達到清除和一定的粗糙度。
  拋是將丸料以高速旋轉時產生的離心力的方法,衝擊材料表麵,達到清除和一定的粗糙度。
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