金属基体材料粗糙表面整平有哪些步骤?今天我们就着这个问题进行详细的讲解,我们不妨进来看看吧!
通常所说的整平处理是对基体材料的粗糙表面进行机械整平,包括磨平、抛光、滚光、刷光、喷砂等。根据基体材料的性质、基体材料表面的状态以及制件的形状尺寸不同,可以选用不同的整平处理方法。
01磨光
磨光是借助粘有磨料的磨光轮(或带),在高速旋转下磨削零件表面的过程。在磨光所用磨光轮(或带)的轮周上,以骨胶、牛皮胶或明胶等作为胶黏剂粘接上不同磨料。这些磨料颗粒细小、硬度极高,且有许多锋利的棱角,相当于无数个硬度很高的小刀刃不规则的排布在磨轮表面上。当磨光轮高速旋转时,由于在磨光轮与零件之间加有压力,迫使磨料颗粒切削零件的表面,从而磨去零件表面各种宏观缺陷、腐蚀痕、划痕、焊渣、砂眼和氧化皮等,提高零件平整度和光洁程度。在磨光轮高速旋转的磨削下,零件表面被整平的同时,摩擦热有可能使零件表面烧伤,发生氧化变色。
磨光适用于加工一切金属材料和部分非金属材料。磨光效果主要取决于磨料的特性、磨光轮的刚性和轮轴的转速。磨光可根据零件表面状态和对表面质量要求的高低进行一次磨光或几次(磨料粒度逐渐减小)磨光,磨光后的零件表面粗糙度Ra值可达0.4μm。
①磨光轮磨光轮是用棉布、特种纸、皮革、毛毡或呢绒等制成的圆片,外面包以牛皮,用压粘法、胶合法或缝合法制成。根据磨光轮的材质,可分为硬轮和软轮两种。对表面较硬、形状简单的零件,宜选用硬轮磨光;对表面较软、形状复杂的零件,宜选用软轮磨光。
②磨料常用的磨料有天然金刚砂(Al₂O₃·Fe₂O₃)、人造金刚砂(SIC)、人造刚玉(Al₂O₃)、石英砂(SiO₂)、碳化硅(SIC)、硅藻土(SiO₂)、铁丹(Fe₂O₃)或浮石等。人造金刚砂的硬度较高,同时脆性大、易碎;人造刚玉的硬度较高,且韧性较好;天然金刚砂和石英砂的硬度稍低一些。应当根据金属制件的材质、材料表面原始状态与零件的加工要求来选择磨料的种类及粒度。常用磨料的特性及其用途见表1。
表1 常用磨料的特性和用途
磨料的粒度对金属零件表面的加工质量有非常密切的关系,应根据加工要求选择。粗磨粒度为12~40目,磨削量大,用于除去厚的旧镀层、严重的锈蚀及磨削很粗的表面;中磨粒度为50~150目,用于切削中等或尺寸较小的零件,可以消除粗磨后的痕迹及轻度的锈蚀层;精磨的粒度为180~360目,磨削量小,可得到平整的表面,为镜面抛光作准备。
磨光时一般先用人造金刚砂、刚玉等较硬材料进行粗磨,金属的硬度越大,磨光时所采用磨料的尺寸应越大,即目数越低。硬金属一般选用120目左右的金刚砂;中硬质金属一般选用l80目左右的金刚砂;软质金属一般选用240目左右的金刚砂,再用细粒的金刚砂等进行细磨。根据金属制件表面的粗糙程度,电镀前磨光处理通常使用120~320目粒度不同的磨料,依次加大磨料的目数,由粗到细经过2~4道操作工序,以获得电镀所要求的表面质量。
磨料的粘接过程是先将骨胶、牛皮胶或白明胶碾碎,以冷水浸泡6~12h,使胶膨胀,再加入一定量的水,以水浴方式将胶桶加热至60~70℃,使胶溶化成胶液,然后以胶粘机或手工方式在磨轮上涂刷胶液,再把磨轮在磨料槽中滚压,粘上所需型号的磨料,应注意粘均匀并压紧,然后在烘箱中(30~50℃)干燥24h,也可室温下干燥24h,磨光轮即制作完毕。干燥温度不宜过高,否则胶会被烤裂,影响磨光轮使用效果。
一般而言,粘接不同粒度的磨料时,粘接液的含胶量与磨料的目数成反比,即目数越高,含胶量越低,这样才有利于磨料在胶中牢固黏合。通常,在粘接l80目左右的金刚砂时,水与胶之比为7.5:2.5;粘接120目左右的金刚砂时,水与胶比为7:3;粘接60目左右的金刚砂时,水与胶比为6:4;粘接40目左右的金刚砂时,水与胶比为5:5。
③磨轮的圆周速度一般来说,被磨光的材料越硬,表面粗糙度的要求越低,磨光轮圆周速度应越高。增大或缩小磨光轮直径和转速均会增大或缩小磨光轮的圆周速度。过大的圆周速度会缩短磨光轮的使用寿命,过小则磨削力减低,所以磨轮的圆周速度应选择适当,其计算公式为
v一πdn/60
式中v-圆周速度,m/s;
π-圆周率;
d-磨轮直径,m;
n-磨轮的转速,r/min。
对形状简单的钢铁制件进行粗磨时,可以采用较高的圆周速度,而对形状复杂的制件或有色金属,则要采用较低的圆周速度。不同基材磨光用磨光轮的圆周速度列于表2。精磨时用上限圆周速度,粗磨时用下限圆周速度。总的来说,圆周速度的大小与金属的硬度成正比关系。
表2磨光不同金属材料时的磨轮圆周速度
④磨光润滑剂 为防止软金属与磨料黏结,降低被磨件表面的粗糙度,延长磨光轮寿命,磨光时可根据被磨金属的类型和所要求的表面粗糙度选用不同的润滑剂。磨光轮用润滑剂一般由动物油、脂肪酸和蜡制成,其熔点较低;有时也可用抛光膏代替。使用润滑剂时应少加、勤加,且勿使用低闪点的易燃润滑剂。
02抛光
抛光的目的是在零件表面经过精磨光后,进一步降低表面粗糙度,消除金属制件表面的细微不平,使表面出现镜面光泽。抛光可分粗抛和精抛,粗抛可抛去较粗的磨痕,但不光亮。精抛一般用于装饰性电镀的前处理和镀后的精加工,以获得镜面光泽。常用的抛光有机械抛光、化学抛光、电解抛光等几种。
(1)机械抛光
机械抛光是利用抛光轮、抛光膏等精细磨料,对制件表面进行轻微切削和研磨作用,除去制件表面的细微不平,以达到整平表面、提高表面光洁程度的目的。
机械抛光是利用抛光机上的抛光轮进行的。抛光时,在抛光轮工作面上周期性地涂抹抛光膏,同时,将金属制件的表面用力压向高速旋转的抛光轮的工作面,借助抛光轮上的纤维和抛光膏的作用,使金属制件表面获得镜面光泽。抛光机理与磨光机理不同。抛光时,无明显的金属屑被切下来,因此无显著的金属消耗。一般认为,高速旋转的抛光轮与金属制件表面摩擦产生高温,使金属表面发生塑性变形,填平了金属表面的细微不平。另外,多数金属在空气中会迅速形成氧化膜,抛光时磨料首先把凸出处的氧化膜抛去,基体金属露出后其表面又很快形成一层氧化膜,再被抛去,如此反复地生成和除去氧化膜,直到抛光结束,从而得到光亮的表面。
机械抛光工序存在的最大问题是占用的劳动力多,手工操作劳动繁重,还要消耗大量的动力和布匹,抛磨下的大量粉尘污染环境。为解决这些问题,研究和发展了化学抛光和电化学抛光工艺,同时光亮电镀的研究和发展大大减少或省掉机械抛光。另外,对机械抛光进行技术革新,如实现机械抛光自动化等,可免除繁重的体力劳动。
①抛光轮抛光轮是用各种棉布、亚麻、细毛毡、皮革、特种纸等材料,通过不同的缝合方法或叠压方法制成的。
②抛光膏抛光膏是由磨料、胶黏剂及辅助材料制成的。常用的抛光膏有白抛光膏、黄抛光膏、红抛光膏、绿抛光膏等几种。
白抛光膏(白油)是用无水、纯度较高的氧化钙和少量的氧化镁以及硬脂酸、石蜡等组成的固体软块。磨粒圆形、细小而不锐利,长期存放易风化变质。适用于没有切削能力的精抛光和软金属(锌、铝、铜及其合金)、塑料、胶木、有机玻璃等的抛光。
黄抛光膏是由氧化铁、硬脂酸、长石粉、油脂和松香等组成,适用于一般钢铁基体及铝、锌、铜的粗抛。
红抛光膏是由精制氧化铁粉以及硬脂酸、白蜡等组成,其抛光性能好而切削能力低,对基体损耗较小,适用于金、银等贵金属的精细抛光及钢铁基体磨后的“油光”。
绿抛光膏是用三氧化二铬、少量氧化铝及硬脂酸、脂肪酸等组成。适用于铬、镍、不锈钢、硬质合金钢等的抛光。
生产中为提高生产效率,减少抛光轮的磨损和抛光剂在零件上的滞留,也可使用抛光液。
③抛光轮转速抛光轮转速选择与金属制品的硬度有关。一般地说,硬质金属材料,使用较高的圆周速度;较软的金属材料,使用较低的圆周速度。不同基体材料较适宜的抛光轮圆周速度见表3。
表3 抛光轮的圆周速度
(2)化学抛光
化学抛光是金属制品表面在特定条件下化学浸蚀的过程。金属表面上微观凸起处在特定溶液中的溶解速度比微观凹下处的快,结果逐渐被整平而获得平滑、光亮的表面。根据基体材料的不同,化学抛光液配制及具体的操作工艺也不相同,应该视具体情况而定。下面简要介绍两种化学抛光液及其适用范围。
①过氧化氢类化学抛光液 此类化学抛光液产生的有害气体少,抛光效果较好,废水处理也较容易。常与草酸、硫酸合用,对软的低碳钢进行化学抛光;与醋酸合用,对铅金属进行化学抛光。
②磷酸类化学抛光液 由磷酸、硝酸以及适量的醋酸组成。常用于铜及其合金制品的化学抛光。
表4列出了分别适用于不同基体金属的化学抛光工艺。
表4 不同基体金属材料的化学抛光工艺
03
滚光
滚光是将零件放入盛有磨料和化学药品溶液的滚桶中作低速旋转,凭借零件与磨料、零件与零件之间的相互摩擦以及滚光液对零件的化学作用,而除去零件表面的油污、氧化皮和锈蚀产物,从而达到降低零件表面粗糙度和清理零件表面的目的。滚光适用于大批量的小型零件及难于磨光和抛光零件表面光亮加工。对带孔、带沟槽、带螺纹的零件滚光时,其效果相对差一些。滚光可以全部或部分替代镀前的磨光和抛光工序。
滚桶的形状及尺寸与滚光的效果密切相关。滚桶的形状有圆形、六边形和八边形等多种形式,其中以多边形滚桶为最好。因为多变形滚桶易使桶内零件翻动,零件互相碰撞的机会多,从而磨削均匀,生产效率高,滚光时间短,所以电镀行业中多边形滚桶用得最普遍。滚桶的尺寸主要指滚桶的直径和长度。一般而言,滚桶的直径为300~800mm,长度有一格式600~800mm、两格式800~1500mm等。实践表明,较大的多边形滚桶比较适用,其滚光时间短,滚光后零件表面质量较好。这是因为,在大滚桶内零件所受的压力和摩擦力均较大,滚桶内径大,因而零件滚光效率高,滚光质量好。但对于易变形和不能承受较大压力的零件,则可根据实际情况使用小滚桶。
制作滚桶的材料一般采用耐水硬质木板、钢或硬聚氯乙烯板。耐水硬质木板制作的桶壁工作时噪声小,但耐磨、耐碱性较差。钢板制作的桶壁耐磨、耐碱,但不耐酸,同时工作时噪声大。硬聚氯乙烯板制作的桶壁耐酸碱,工作时噪声小,但耐磨性差。
滚光常用的磨料有铁屑、石英砂、皮革碎角、陶瓷片、浮石和其他一些硬质难溶的物质细粒。磨料的选择对滚光时间和质量有很大关系。为了避免磨料堵塞零件孔眼,必须控制磨料尺寸小于孔径的1/3或大于孔径。此外,滚光不同基体材料的零件所用的磨料不能混用。滚光液的配方随用途的不同差别很大,应根据加工零件基体材料的性质及表面状态加以选择。滚光液中加入具有不同功能的成分,还可扩展滚光的功能。例如,零件上有少量油污时,可加入少量的烧碱、纯碱、皂角粉等,可同时达到滚光和除油的目的;零件上有少量锈蚀时,可加入稀硫酸或稀盐酸,可同时除去零件表面的锈及锈蚀产物。加碱滚光时,可加入少量的乳化剂;加酸滚光时,可加入少量的缓蚀剂。滚光液的加入量一般控制在磨料、零件和滚光液的总体积为滚桶体积的80%~90%。表5列出不同的基体材料常用的滚光液配方及工艺条件。
表5 不同基体材料常用的滚光液配方及工艺条件
滚桶的装载量一般约占滚桶体积的60%~75%,最少不能低于35%。对于较重的零件或螺纹零件,装入量控制在滚桶容积的80%~90%为宜。装载过多或过少都会影响滚光的时间和零件的表面质量。装载过多零件不宜翻动,过少则零件翻动过于激烈,易使零件损坏。滚桶内的溶液应加至占桶容积的95%左右(注意:在往滚桶内加酸性溶液时,应先将水加足,然后加酸以免零件腐蚀)。
滚桶的转速应根据金属零件的特征以及滚桶的结构和尺寸而定。转速太高时由于离心力大,零件和磨料会贴附在桶壁上,与滚桶一起作圆周运动,使零件相互摩擦减少,降低了滚光效果;转速太低时同样减少了零件之间的相对运动,滚光效果也不好。目前生产上采用的滚桶转速,大多为30~65r/min。在滚桶直径大、零件比较重或滚光薄片状零件及软金属零件时,转速应该慢一些。
在滚光过程中,随着滚光时间增大,内装溶液浓度逐渐降低,甚至失去作用。因此,应随时注意滚光溶液的变化。如在滚光钢和铜零件时,滚3h后就应更换溶液,然后继续滚光,才能获得光亮如镜的表面质量。滚光时间不能过长,否则将损伤零件。具体滚光时间及更换溶液的次数,应根据零件的具体要求和零件的表面状态而定。
必须注意弹性零件、刚性零件和薄片零件,在滚光完毕后应及时取出,不能久留于桶内,否则会造成局部过腐蚀和渗氢。
04
刷光
刷光是在装有刷光轮的抛光机上进行的。刷光轮用金属丝(如钢丝、黄铜丝、不锈钢丝、镍-银丝等)、动物鬓毛或合成纤维制成。在高速旋转下,刷光轮上的金属丝或其他丝的端面和侧面具有相当的切刮能力,可以清理金属零件表面的毛刺、划痕、污物、锈蚀产物等,从而对金属零件表面起到清洁加工作用。刷光还可以对零件表面进行装饰性底纹加工,如有规律的丝纹刷光、缎面修饰等。刷光具有基本不改变零件的几何尺寸和形状的特点。
刷光轮的选择应根据被加工零件的材料、表面状况和加工要求确定,一般硬质材料制成的零件,选用较硬的刷光轮;反之,选用较软的刷光轮。例如,钢铁零件宜选用钢丝刷光轮,金、银、铜、锌、铝及其合金则宜选用铜丝刷光轮或鬓毛丝刷光轮。
刷光时可同时借助刷光液对零件表面进行湿法刷光,一面刷一面用刷光液和净水连续冲洗,使零件表面污物不断被除去,从而使零件表面更加平整光亮。一般常用的刷光液有碳酸钠或磷酸三钠稀溶液(3%~5%)等。若对镀后的零件刷光,最好使用纯净水作刷光液。刷光时应避免将刷子压得太紧,并要求刷子的金属丝有较好的弹性,否则将造成刷子耗损快、刷光质量变差。
刷光轮的转速一般控制在1200~2800r/min之间。直径大的刷光轮应选用较低的转速,硬质金属材料零件,应选用较高的转速。
05
喷砂
喷砂是利用机械的方法或压缩空气,将砂粒高速喷向零件表面,借助砂粒流对零件表面强大的冲击力,将零件表面的熔渣、毛刺、氧化物、锈蚀、焊渣、旧镀层、污垢等除去;并使零件表面达到均匀粗糙度的一种表面处理方法。喷砂处理在电镀生产中多用于铸件及锻件的镀前处理,也用于热喷涂、涂装等前处理及非金属镀前的粗化处理,有时为了使最后镀层具有缎面或无光泽状态,也可进行喷砂处理。喷砂也适合于处理某些不宜用化学方法进行前处理的零件表面,如清理高强度钢零件热处理后表面上的氧化物、清理镁合金的表面、用于改善磷化结晶的前处理等。
喷砂分为干喷砂和湿喷砂两种。干喷砂又分为机械喷砂和空气压力喷砂两种。干喷砂用的磨料是钢砂、氧化铝砂、石英砂、人造金刚砂等。生产中使用较多的是石英砂,其价格便宜,但在喷砂时容易粉化,对劳动者危害很大。相比之下,使用氧化铝为最好,因为氧化铝砂不易粉化,对改善劳动条件非常有利。湿喷砂所用的磨料与干喷砂相同,可将磨料与水混合成砂浆,磨料一般占20%~350A(体积比),并在使用时不断搅拌以防止沉淀。为防止钢铁零件进行湿喷砂处理时发生锈蚀,需在砂浆中加入亚硝酸钠等缓蚀剂。
喷砂用的砂粒尺寸和喷砂时所用的压缩空气压力,应按照零件的材料性质、表面状态和加工要求来确定。压缩空气压力对喷砂的效果有直接影响,对质软材料或较薄的零件,压缩空气压力应低一些,其他材料压缩空气压力也不宜过高,否则会使砂粒易被撞碎而影响喷砂的能力和效果。表6列出了零件表面状态与空气压力、砂粒尺寸的关系。
表6 喷砂的砂粒尺寸、、压力和零件的关系
喷砂用的喷嘴一般用铸铁或陶瓷材料制成。喷嘴的直径通常为6~10mm。喷砂时,砂粒和压缩空气消耗与喷嘴直径、压缩空气压力、工作时间成正比。喷嘴的选择、喷嘴与零件表面的距离及砂流的喷射角度,是影响喷砂质量的重要因素。生产实践表明,大喷嘴适用于喷大型零件,小喷嘴适用于喷小型零件。喷嘴与零件表面的距离一般以200mm为宜。当用石英砂时,喷射角度为20°~30°效果最好。
零件表面有大量水分和油污时,喷砂的效果不好,因此制件表面在喷砂处理前应除去油污,并经过干燥。送入喷砂机的压缩空气也不应含有水分和油污,为此,压缩空气应预先进行油水分离。喷砂用的砂粒在使用前也要经过烘干。
零件无论是干喷砂还是湿喷砂以后,应及时对其表面进行处理,特别是对钢铁零件的短期防锈处理,一般可浸在防锈溶液中,或放在相对湿度低的干燥室中保存或浸防锈油等。
喷丸与喷砂相似,只是用钢铁丸或陶瓷丸代替磨料对零件表面进行加工。它能使零件产生压应力,而且没有粉尘污染。此工艺主要用于提高零件的疲劳强度和抗应力腐蚀能力,并可用以校正扭曲的薄壁零件。喷丸的质量受喷丸强度、喷丸大小、喷丸的硬度、喷丸速度及喷射角度等参数的影响。对零件表面产生压应力的喷丸加工,必须保证有足够的覆盖率,要尽量减少未被喷丸的表面。
以上便是金属基体材料粗糙表面整平的步骤,磨平、抛光、滚光、刷光、喷砂等,不同基材适合不同的方法,请根据基材材质选择。
Copyright © 2021 深圳市恒享表面处理技术有限公司 All Rights Reserved 备案号:粤ICP备09192382号 技术支持:易百讯 - 深圳网站建设