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表面光整设备

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超声波金属表面加工是利用超声频作小振幅振动的工具,并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用,使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡,换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动,通过振幅扩大棒(变幅杆)使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动,迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。

超声波镜面光整加工与其它抛光方法的对比

目前常用的抛光方法有以下几种:

1、机械抛光

　　机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法,一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等,以手工操作为主,特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的研抛液中,紧压在工件被加工表面上,作高速旋转运动。利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度,是各种抛光方法中高的。光学镜片模具常采用这种方法。

2、化学抛光

　　化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解,从而得到平滑面。这种方法的主要优点是不需复杂设备,可以抛光形状复杂的工件,可以同时抛光很多工件,效率高。化学抛光的核心问题是抛光液的配制。化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。

3、电解抛光

　　电解抛光基本原理与化学抛光相同,即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。与化学抛光相比,可以消除阴极反应的影响,效果较好。电化学抛光过程分为两步:

　(1)宏观整平溶解产物向电解液中扩散,材料表面几何粗糙下降,Ra>1μm。

　(2)微光平整阳极极化,表面光亮度提高,Ra<1μm。

4、超声波光整

(1)超声波金属表面光整由电能转化为机械能,以每秒100000~1000000次对金属表面振幅很小(5~7um)敲击,利用超声波能和机械能传递给金属组织内部,使表面组织发生塑性变形、纳米化排列,从而达到光整效果和改性加工,提高疲劳寿命、预置高职压应力;

(2)将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中,依靠超声波的振荡作用,使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小,不会引起工件变形,但工装制作和安装较困难。超声波加工可以与化学或电化学方法结合。在溶液腐蚀、电解的基础上,再施加超声波振动搅拌溶液,使工件表面溶解产物脱离,表面附近的腐蚀或电解质均匀;超声波在液体中的空化作用还能够抑制腐蚀过程,利于表面光亮化。

(3)使用机理:

对于高层错能材料,在对金属材料表面进行高频脉冲冲击的过程中,材料的表面首先发生塑性变形,随处理时间的延长,塑性变形量逐渐增大,并向深层发展。随应变不断增大,位错通过滑移、积累、交互作用、湮灭和重排等形成了位错墙和位错缠结,这些位错墙和位错缠结将原始晶粒分割成尺寸较小的位错胞。随着密度不断增大,为了降低系统能量,高密度位错会在位错墙和位错缠结附近发生湮灭和重排,使位错墙和位错缠结发展成(小角度)亚晶界。亚晶界的形成降低了位错密度,从而也降低了点阵微观应变。随应变的继续增大,更多的位错在亚晶界处产生和湮灭,使晶界两侧的取向差不断增大,晶粒取向也逐渐趋于随机分布。随应变的进一步增加,碎化亚晶或晶粒的内部也会产生位错墙和位错缠结,因此已碎化亚晶或晶粒的进一步碎化仍将沿用同样的机理,只是这种碎化发生在更小的尺度范围内。当位错产生和湮灭的速率达到平衡时,应变的增加将不再导致晶粒尺寸的继续下降,晶粒尺寸也相应地达到稳定值。因此在表面形成了等轴状、取向成随机分布的纳米晶组织,与此同时在高频脉冲冲击和静压力挤压联合作用下,金属表面所产生剧烈而均匀的塑性变形必然引起机械零部件表面和次表面造成大量位错、空穴,导致其一定深度表层的原始状态晶粒被严重地打碎细化,从而获得相应纳米结构层。由于工件表面被均匀压缩,因此伴随着产生高数值的残余压缩表面应力,前面切除材料工序中形成的表面微观波峰和波谷被碾平,表面粗糙度的的降低,这对提高机械零部件的抗疲劳和磨损性能是非常有利的。

5、流体抛光

　　流体抛光是依靠高速流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。常用方法有:磨料喷射加工、液体喷射加工、流体动力研磨等。流体动力研磨是由液压驱动,使携带磨粒的液体介质高速往复流过工件表面。介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物(聚合物状物质)并掺上磨料制成,磨料可采用碳化硅粉末。

6、磁研磨抛光

　　磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷,对工件磨削加工。这种方法加工效率高,质量好,加工条件容易控制,工作条件好。采用合适的磨料,表面粗糙度可以达到Ra0.1μm。

超声波表面抛光、表面光整的优势总结

表面粗糙度直达Ra0.2μm,镜面效果;零件表面显微硬度提高20%以上零件表面耐磨性提高50%
零件表面耐腐蚀性提高40%倍以上零件疲劳强度提高2倍以上与传统工艺相比,效率提高3倍以上。