拋光加工方法及應用

鄭文虎，馬驍驊

中車北京南口機械有限公司 北京 102202

1 序言

拋光是機械加工中對零件進行光整加工的工藝，可使零件表面光亮如鏡。各種模具、裝飾零件及對外觀要求高的零件，在電鍍前都必須經過拋光。拋光加工分為粗拋、中拋和精拋3個階段。粗拋時，一般采用事先用黏結劑粘好磨料的拋光輪，由于磨料粘得很牢固，因此拋光過程近似于采用砂輪、砂帶和砂布葉輪等一樣的光整加工；在中拋和精拋時，先將拋光劑涂在較軟質的拋光輪上，然后將工件壓在高速旋轉的拋光輪上進行拋光加工。

2 拋光原理

拋光的基本原理是由黏結或敷有磨料的彈性拋光輪，在高速旋轉條件下，對工件進行軟研磨。拋光可分為以下3種。

圖1 固定磨粒拋光

（1）固定磨粒拋光 采用固定磨粒（用膠黏結）進行拋光（見圖1）。由于磨粒和柔軟拋光輪表面黏結牢固，所以切削力較大，其原理近似于磨削。拋光時，拋光輪的旋轉方向與工件進給方向相同，可獲得十分光澤的表面。如方向相反，則在拋光輪與工件接觸處，磨粒具有較大的切削力，使得工件表面有劃痕，較為粗糙。

（2）黏附磨粒拋光 采用油脂黏附的磨粒拋光輪進行拋光（見圖2）。磨粒在力的作用下，可在潤滑油脂中緩慢滾動，磨粒的全部切削刃都有機會參與工作，使拋光輪保持長期的工作能力。與此同時，在摩擦熱和加工壓力的作用下，拋光劑中的脂肪酸等介質與金屬表面發生化學反應，生成易于去除的化合物，從而提高拋光效率。

圖2 黏附磨粒拋光

（3）液中拋光 拋光輪一般采用材質均勻并經過脫脂處理的木材或特制的細毛氈制作，這兩種材料均為高含浸性材料，在拋光過程中能含浸大量的拋光液供加工使用。其原理是通過拋光過程的幾個階段，即自由拋光、鑲嵌拋光、飽和鈍化拋光及“殼膜”化拋光4個階段來完成。在使用細毛氈拋光輪時，由于毛氈松軟、均勻，彈性與含浸性更大，所以使整個拋光時間較短，只有鑲嵌、飽和鈍化與“殼膜”化3個拋光階段。

3 拋光輪的材料

常用的拋光輪本體采用棉布、麻、毛氈、皮革、硬殼紙、軟木材和毛織品等比較柔軟的材料。粗拋時需用大的拋光力，以提高工作效率，可采用帆布、毛氈、硬殼紙、軟木、皮革和麻等比較硬的拋光輪材料。中拋和精拋時則選用柔軟性好，與拋光劑保持性較好的棉布、毛氈等拋光輪材料。拋光輪材料在制作前還需進行處理，目的是增大剛性、以提高拋光能力，強化纖維、延長使用壽命，增加柔軟性，增強“仿形”能力，提高對拋光劑的保持性、潤滑性和耐燃性。處理方法有漂白、上漿、蠟處理、樹脂處理及藥劑處理等。拋光輪的彈性與剛性可以通過改變拋光輪的縫合方式、網紋間隔來加以調節。旋渦狀縫合方式制造和使用方便，應用較廣。此外，還有同心圓狀、棋盤狀和放射狀縫合方式。若拋光輪的縫合方式相同，如果縫合間隔大，則拋光輪的彈性就大；反之，則彈性小、剛性大。

4 拋光劑的選擇

拋光劑由粉狀拋光材料與油脂及其他適當成分的介質均勻混合而成，按其在常溫下的狀態，可分為固體拋光劑和液體拋光劑。固體拋光劑按介質的組成或性質，可分為油脂性和非油脂性兩種；液體拋光劑根據介質的組成或性質，可分為乳濁狀型、液體油脂型和非油脂型3類。但用得最多的是固體拋光劑。

固體油脂性拋光劑包括賽扎爾拋光膏（熔融氧化鋁），用于碳素鋼、不銹鋼和非鐵金屬的粗拋；金剛砂膏（熔融氧化鋁、金剛砂）用于碳素鋼、不銹鋼的粗拋和中拋；黃拋光膏（板狀硅藻巖）用于鐵、黃銅、鋁和鋅等的中拋；棒狀氧化鐵用于銅、黃銅、鋁和鍍銅面的中拋和精拋；白拋光膏（焙燒白云石）用于銅、黃銅、鋁、鍍銅面和鍍鎳面的精拋；綠拋光膏（氧化鉻）用于不銹鋼、黃銅和鍍鉻面的精拋；紅拋光膏（精制氧化鐵）用于金、銀和白金的精拋；塑料用拋光劑（微晶無水碳酸），用于塑料、皮革和象牙的精拋。

液體拋光劑一般采用氧化鉻和乳化液混合的液體。

5 拋光用磨料粒度的選擇

拋光劑中磨料的粒度對工件拋光后的表面粗糙度和拋光效率有直接影響。磨料粒度粗，則工件表面粗糙度值大，而加工效率高；磨料粒度細，則工件表面粗糙度值小，但加工效率低。要求加工表面粗糙度值Ra為1.6～3.2μm時，磨料粒度選F46～F60；Ra為0.4～0.8μm時，磨料粒度選F100～F180；Ra為0.1～0.2μm時，磨料粒度選F240～W28；Ra為0.025～0.05μm時，磨料粒度選W5～W20；Ra≤0.012μm時，磨料粒度＜W5。在拋光中有粗拋、中拋和精拋，更換不同粒度拋光劑時，一定要更換不同磨料粒度的拋光輪，以免因粗粒度磨料的磨粒帶入而影響拋光效果。

6 拋光速度和壓力的選擇

（1）拋光輪的圓周速度 拋光時，在一定壓力條件下的圓周速度越高，磨粒的切削量就越小，有利于降低工件表面粗糙度值，拋光效率也相應提高。拋光鋼、鑄鐵、鎳和鉻等較硬的材料時，拋光輪的速度為30～35m/s；拋光銅、銅合金和銀時，拋光輪的速度為20～30m/s；拋光鋁、鋁合金、鋅和錫等軟材料時，拋光輪的速度為18～25m/s。在實際工作中，選擇拋光輪速度時，要根據具體情況靈活掌握，以達到安全、高效和優質的目的。

（2）拋光時的壓力 拋光時工件壓向拋光輪的壓力大小，與拋光效率和工件表面質量密切相關。粗拋時，采用的壓力相對大一些，以提高工作效率；精拋時，采用較小的壓力，以提高工件的表面質量。一般粗拋時的壓力為10～30MPa，精拋時壓力為5～10MPa。

7 其他拋光工藝

（1）砂紙（布）拋光 此種方法操作簡便、靈活，是傳統的工藝方法，為了進一步降低工件的表面粗糙度值，可以在車床、磨床上用手工進行，不需要其他設備，但必須根據工件表面粗糙度值要求，合理選用砂布磨料粒度。例如，要求表面粗糙度值Ra為0.1～0.8μm時，砂布磨料粒度選F150～F240。對于內孔和型面（槽）的拋光，現在廣泛采用砂布葉輪拋光。這種葉輪是用樹脂把磨粒黏結在砂布上制成的，葉輪上的砂布呈漸開線分布，十分柔軟，密集度高且有彈性，使用時可安裝在電動或風動工具上進行?？筛鶕ぜ谋砻娲植诙戎狄螅x用不同直徑和粒度的砂布葉輪，十分方便。

（2）液體拋光 將挾帶磨料和液體的混合懸砂液，用壓縮空氣并通過噴嘴以高速噴向工件表面，進行光整加工。這種拋光方法一般可以在表面粗糙度值Ra為0.2μm的基礎上，很快達到Ra為0.05～0.1μm，主要用于其他方法難以光整加工的表面（如小孔、復雜型面和小窄溝槽等）。

（3）電解機械研磨復合拋光 其原理和電解磨削基本相同。拋光時，拋光頭接直流電源負極，工件接正極，然后由液壓泵把電解液注入拋光區，拋光頭以一定速度和壓力旋轉。在接通直流電源后，工件表面因被電解液溶解而形成鈍化膜，這種極薄鈍化膜的硬度遠低于工件材料本身的硬度，很容易被拋光頭上所帶的磨料去除。由于該過程只在0.1s以內循環進行，所以拋光效率高、質量好且成本低。

（4）超聲電火花復合拋光 靠超聲磨和火花放電來光整加工工件表面，比單純的超聲機械拋光效率高3倍以上。其最大的特點是可高效率地拋光小孔、窄槽、縫隙及小型精密表面，工件表面粗糙度值Ra可達0.08～0.16μm。

（5）磁力研磨拋光 如圖3所示，把磁性磨料放入磁場中，磨料沿磁力線方向排列成磁力刷，當工件放入N-S磁極中間，作相對運動時，兩磁極磨料對工件研磨拋光，工件表面粗糙度值Ra可在8～12s時達到0.2μm。

圖3 磁力研磨拋光

8 結束語

實踐證明，拋光是機械加工中應用廣泛且日趨成熟的表面光整加工方法，既有傳統工藝的實踐經驗，又有現代工藝的理論基礎，操作簡單，經濟實用。對于現階段研發的許多高效的新型拋光工藝，應結合生產條件，因地制宜地選用，通過工藝試驗取得預期效果后再進行全面推廣。