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1、振动光饰技术的应用论文关键词:振动；磨削；表面；加工；技术论文摘要:论述了现代工业对零件加工表面完整性的要求，分析了零件加工表面完整性 对零件使用性能的影响；讨论了振动磨削的设备及原理，指出振动光饰是提高零件加工表面 完整性的重要方法。随着科技与生产的发展，高强度钢、高温合金、钛合金等新材料的应用日益增多。这些 材料虽然具有良好的使用性能，但大多加工性能差，对其进行切削和磨削加工相当困难。因 此在加工这些零件时，不仅要求保证其尺寸精度，而且要求保证其加工表面完整性。为了充 分发挥新型材料良好的使用性能，研究和解决零件加工表面完整性问题显得尤为重要 一：机械零件表面精整与光饰加工技术机械零件投入
2、机械加工的每张图纸都有去毛刺的技术要求，去毛刺工序，工艺人员往往 无法编制工艺文件，通常采用锉刀、布轮、砂布、砂带等办法来去除毛刺。随着科学技术的 进步和生产的发展，人工去毛刺已不能适应现代市场竟争的产品质量和生产方式的要求，光 整加工技术逐步取代了传统的去毛刺工艺，而且越来越被人们所重视，机械零件进行内孔去 刺光整加工，是现代产品生产过程中不可缺少的先进工艺，在不改变零件原有尺寸精度的前 提下研磨刷去毛刺抛光加工。去毛刺抛光研磨刷可去除机械零件深孔、交叉相关孔、同心大 小孔相连处在加工过程中产生的毛刺，提高零件品质，是机械加工工艺必要，经济，高效率 的方法。实践证明振动光饰是一种理想的表面加
3、工工艺，它不仅适用于粗加工，还适应于精加工 甚至超精加工。它与手工操作和滚筒加工相比有着以下优点：1）适用范围广 振动光饰不但可以加工黑色金属，而且可以加工有色金属和塑料等非 金属材料。对于滚筒无法加工的，内孔或隐蔽的表面及薄壁零件都可以加工，并且能到很好 的效果，此外还可以对复杂的零件进行抛光。实验表明这种加工工艺还可以提高刃具的使用 寿命，提高工件的疲劳强度消除内应力。2）提高生产效率 振动光饰效率是手工操作或滚筒加工的几倍甚至几十倍，易于实现 自动化管理。3）加工质量好 采用振动光饰去毛刺及氧化皮以及凸边倒圆的工件质量好，用以抛 光工件精度可提高12 级，多次抛光可进一步提高工件精度。4
4、）设备简单，操作方便 。二：振动光饰机及其辅助设备振动光饰机按动力源可分为电动的和风动的。在电动振动光饰机中按振动轴的方向可分 为立式振动光饰机和卧式振动光饰机。下面以立式振动光饰机为例分析其结构。立式振动光饰机的振动轴与水平面垂直。容器与动力源连在一起，支撑在弹簧上。振动 周上下两端装有偏心块，它们在水平面上投影互成一定角度。当振动轴高速旋转时，振动块 产生离心力和倾覆力矩，并通过弹簧的作用，使容器底产生周期性的振动。由于容器底部为 圆环形状，各点的受力和振动不同，而使容器内的工件和磨料即绕圆环中心旋转又绕圆环中 心翻滚，其复合运动为环状螺旋运动。磨料和工件在运动时相互磨削，可以对工件进行均
5、匀 加工。立式振动光饰机主要由容器、弹簧、底座、振动源和动力源等构成。图1 为 ZL25 型 立式振动光饰机的结构简图。容器1 套在转动轴上，长螺旋5 及两块夹板6 悬挂在法兰盘 上，电机轴两边装有偏心块10，上述部分均支撑在弹簧4 上。在底座8下面有橡胶垫9。电机主轴转动经三角带直接传到振动轴。由于拉簧7 的作用，张紧轮6 始终压紧皮带， 这就减弱了振动对电机的影响，即使出现共振时也不会是皮带脱落。图1动力源和振动源分开的立式振动光饰机还可以采用联轴器传递运动。图 2 所示结构， 电机轴转动经三角皮带传到多橡皮管联轴节2，再传给振动轴1,。这样，就减少了振动对轴 承座4 和皮带轴5的影响，改
6、善了电机的工作条件。动力源与振动源合为一体的立式振动光饰机结构简单，制造方便，但不便使电机变速， 因而也难以改变设备的频率。而且，电机的工作条件比较恶劣，维护比较麻烦，这种结构仅 适用于小容积的立式振动光饰机，对于大容积的立式振动光饰机，就必须将电机移出，即采 用振动源与动力源分开的结构，这种振动光饰机结构比较复杂，但改善了电机工作的条件， 便利了电机的维护，此外还可以变换振动轴的转速，以改变设备的振动频率。7S2L天口入口图3-3液体循环装胃简图* 1水箱 2泵3沉淀箱 4-管道5软管6-阀门7 立式撮动滚磨机图3图4循环装置：在振动光饰机加工过程中，为了始终保持磨料的锋利，排除金属与磨料的
7、粉 末或碎粒以及保持添加剂的洁净，振动光饰机加工应采用循环装置（图 3）循环装置包括： 沉淀箱、水箱、泵、管道、阀门及软管等。沉淀箱结构如图 4 所示，它是根据分区沉淀的原理制成的。为了使清洗作用均匀有效 地进行，可在管道头装一喷头。这样，添加剂就可以在容器的整个圆周上均匀的喷出，使用 效果比单管供给添加剂的方法要好得多。图3-14筒内介质中某 一质点受力分析图3-15筒内介质中某一质点 加速度分析三：受力分析 振动光饰机加工中，工件和模块之间的碰撞滚压、微量的磨削，是它们在运动中受到 惯性力、重力、摩擦力等综合作用的时候的结果，若忽略重力的影响，工件与磨料中某一质 点的受力情况如图，其中筒壁
8、给予介质中的反作用力F分解为两个力；一个为约束力Fr, 它与质点作行星运动的惯性力 Fi 大小相等，方向相反，迫使质点随滚筒一起作行星运动； 另一个为滑移分力Fs，它与摩擦力Ff合成推理Ft,迫使指点相对滚筒做相对运动。各力中，F和Ff的大小又取决于Fi,所以Fi在离心式滚磨中是一 个重要参数。在滚筒内壁某质点上尺为Fima（3-1）式中m质点的质量；-一质点的绝对加速度。滚筒上A点的绝对加速度值a可由图3-15求出。图中尺和r 分别为滚筒的公转和自转半径,则质点月的牵连加速度氐、相对 加速度4和哥氏加速度如分别为aOA (3-2)召=。1月川=(2皿)2 = (丫磊”如NF(3-3)勿=2亦
9、 V=(曲专”2代W(3-4)芒=2+ 2 (fir+a* )afcos0(3-5)cs0=（厂2+ + b 一應）/玄（3-6）将式3D（3-4）和式06）代入式05）,整理得出质点的绝对加 速度a为当质点位置为距离中心O最远的一点B时：(3-7)(48)(3-9)(3-10)&=（加NFE +寸）| 1 +羽十円1 +剤”十制专当质点位置为距离中心0最近的一点C时: a= （2叔需十1 当质点位置为滚筒中线上D点时：血T2鈕疋+严（希+寸丁由式（3-7）（3-10）可知沁的大小与N&N、R“和质点的位置有关，其中丑点处最大,C点处最小。若MN= 1时，质点不论在 何处皿值均为血=（加N）吹
10、（3 -11）这说明不论质点在何位置，所受到的惯性力都相等。此时，采用定 量作图法可得知,滚筒内任意质点的绝对加速度方向，平行于滚筒 的公转中心和自转中心的连线.四：磨料及添加剂磨料应具有一定的抗冲击性良好的切削性，耐腐性及耐磨性。磨料的种类很多，来源广 泛，按磨料的硬度可分为以下三类：1）刚玉、碳化硅、陶瓷 这三类磨料广泛应用于黑色和有色金属易变形工件的抛光。 特别是对有色金属工件抛光时能保持原有金属色泽，多用于干加工，或用煤油浸湿后使用。2）皮革、毛毡 这两种磨料较软，特别适合于工件的抛光和光亮加工。使用时常常 加入适量的细磨料如氧化铬、金刚砂等。皮革、毛毡的比重小，在振动过程中很容易与工
11、件 分离，浮于工件及其它磨料之上，所以使用时应将皮革、毛毡剪的小一些。3）熟石灰 是一种粒度很细的磨料，呈碱性，常用于紫铜件的抛光。 此外，还可以用木屑、糠壳等。磨料的选择：应根据工件材料、形状、大小、及加工要求来确定磨料的种类、形状和大 小以及磨料与工件的比例等，以保证良好的加工效果。除此之外，还要考虑加工的经济性。 凡有条件的地方，应就地取材，广泛利用天然磨料，并充分利用废物如废砂轮、废瓷器、料 头、料边等。1）对黑色金属锻铸件及表面光洁度不高工件的去毛刺和去飞边，应选择质地坚硬、粒 度粗、切削能力强及成本低的磨料。如废砂轮块、废瓷片块、废锉刀块和鹅卵石的天然磨料。2）表面光洁度要求较高的
12、黑色金属工件去毛刺、倒圆边时，应选用有一定切削能力的， 切削性能不易改变的和粒度较细的磨料，如规则氧化铝磨块、磨钝棱角的废陶瓷块、石英石 和白云石等。3）黑色金属工件抛光时，应选用切削性能不易改变、粒度细的磨料或具有平整挤压工 件表面作用的磨料，如规则陶瓷磨块，细粒度的规则氧化铝磨块、光洁度很高的淬火钢球等。 对于易变形工件还要与具有缓冲作用的有机磨料混合使用。4）有色金属铸件去毛刺飞边以及表面光洁度要求不高的有色金属工件去毛刺、倒圆角 时，应选择质地坚硬，粒度较粗，切削能力较强的磨料，如废砂轮、废瓷块、鹅卵石等天然 磨料。5）表面光洁度要求较高的有色金属工件去毛刺，倒圆角时应采用切削性能不易
13、改变， 粒度细的磨料。如规则碳化硅磨块、规则陶瓷磨块，磨钝棱角的石英石，白云石等。有时为 了提高金属光泽还常常选用一些有机磨料如木屑、皮革、毛毡等。6）形状复杂及多孔槽的工件去毛刺时，应选用一定数量的金属磨块。实践证明：磨料包围工件时，效果最好。一般磨料与工件体积之比为2:16:1。粗加工 趋于前者精加工趋于后者。振动光饰加工时间的长短，应根据加工要求和磨料添加剂的选择 情况有实验而定。但必须指出，工件抛光时，应严格控制加工时间，否则加工时间过长或过 短都会直接影响加工质量。随着振动光饰技术不断发展，对磨料的种类和数量的需要也越来 越多。大量工艺试验发现，工件经滚磨光整加工后表面光洁铮亮，其表
14、层的活跃金属分子赤裸 暴露在空气中很快氧化变黑，继而生锈，原因清洗后留在零件表面上的水膜形成了电化学腐 蚀所必须的一层电解质溶液。水的电离度虽小，但仍可电离成H +和0H-,这种电离过程 随温度升高而加快。同时水中还溶解有CO 2、SO 2等，都极易与水结合。H 2 0H + + OH-CO 2 + H 2 0H 2 CO 3H+ + HCO 3 -铁和铁中的杂质浸泡在有H+、OH-和HCO 3 -等多种离子的溶液中一样，形成了腐 蚀电池，铁是阳极、杂质是阴极。一般情况下，水膜里含有氧气，阳极上的铁被氧化成Fe 2+ 离子，在阳极上获得电子的是氧，然后与水结合成OH-离子。腐蚀反应为：2 Fe
15、+ O 2 +2 H 2 O=2Fe（OH）2由此看来，光整前除油处理和光整后的脱水烘干、防锈处理是非常必要的，二者缺一不 可，其方法也很多。脱水烘干通常采用工业型甩干机，防锈油用主要成份是羊毛脂，石油磺 酸钡，石油磺酸钠及助剂。添加剂是一种或多种溶质配制而成的溶液，它在振动光饰加工中占有很重要的地位。合 理选择添加剂，能使加工出来的工件光亮美观，色泽鲜艳；防止工件生锈，润滑和保护工件 表面；同时始终能保持磨块的清洁锋利，从而可以提高振动光饰加工的工作效率。磨块与工件的分选常用方法有：手工筛选、机械筛选、振动筛选、手工电磁分选和传送 带式磁力分选，可根据实际情况选用。磨块与工件的清洗采用超声波清洗方法最佳，再用清 请水冲洗干净，要特别注意工件的脱水烘干和防锈处理。五：产生噪音的原因及解决方法振动光饰机在工作中，往往会产生噪音。产生噪音的原因很多，而且经常是集中原因共 同作用的结果。产生噪音的原因主要有以下几种：1）容器内的磨料与工件在加工过程中对容器壁的不断摩擦与撞击，特别是容器壁 未挂内衬时，噪音特大。这是产生噪音的主要原因。2）零件刚性不足，工作时发生抖动，这种原因也不较常见。3）振动光饰机的零部件采用焊接结构的较多。在长期工作过程中如焊接质量不高就容 易是焊缝开裂，发出噪音，这种噪音往往很强烈。4）机械连接件贴合不紧
