?精密機械加工件的表面處理是確保其性能、精度和使用壽命的關鍵環(huán)節(jié),以下是一些常見且重要的表面處理方式:
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一、清潔處理
除油處理
化學除油:精密機械加工件在加工過程中可能會沾上切削油、潤滑油等油污。化學除油是利用有機溶劑(如汽油、煤油、三氯乙烯等)或堿性溶液(氫氧化鈉、碳酸鈉等)與油污發(fā)生化學反應,將油污溶解或乳化,從而達到去除油污的目的。例如,在航空航天零部件加工中,對于一些高精度的鋁合金零件,常用堿性除油液去除油污,以確保后續(xù)表面處理的質量。
超聲波除油:這種方法是在化學除油的基礎上,利用超聲波的空化作用增強除油效果。超聲波在除油液中產(chǎn)生大量微小的氣泡,當氣泡破裂時,會產(chǎn)生強大的沖擊力,將油污從零件表面剝離。對于形狀復雜、帶有小孔或盲孔的精密加工件,超聲波除油能夠深入到這些難以清洗的部位,去除油污。
除銹處理
機械除銹:對于加工件表面的銹跡,可以采用機械方法去除,如噴砂、拋丸等。噴砂是通過壓縮空氣將砂粒高速噴射到零件表面,通過砂粒的沖擊作用去除銹跡和氧化皮。拋丸則是利用高速旋轉的葉輪將彈丸(如鋼丸、玻璃丸等)拋射到零件表面,達到除銹的目的。這些方法不僅可以除銹,還能在一定程度上提高零件表面的粗糙度,有利于后續(xù)涂層的附著。
化學除銹:化學除銹主要是利用酸溶液(如鹽酸、硫酸、磷酸等)與鐵銹發(fā)生化學反應,將鐵銹溶解。在化學除銹過程中,需要嚴格控制酸的濃度、溫度和處理時間,避免過度腐蝕零件。例如,對于一些精密的鋼鐵零件,可以使用磷酸溶液進行除銹,因為磷酸與鐵銹反應后會在零件表面形成一層磷酸鹽保護膜,起到一定的防銹作用。
二、表面精整處理
研磨和拋光
研磨處理:研磨是通過使用研磨工具(如研磨盤、研磨棒等)和研磨劑,在一定的壓力下對精密機械加工件的表面進行微量磨削。研磨可以提高零件表面的平整度和光潔度,減小表面粗糙度。例如,在光學鏡片加工中,研磨是關鍵的工序之一,通過精確控制研磨參數(shù),可以使鏡片表面的粗糙度達到納米級。
拋光處理:拋光是在研磨的基礎上,進一步降低零件表面的粗糙度,使表面獲得鏡面光澤。拋光通常使用軟質的拋光工具(如拋光輪)和拋光膏,通過機械摩擦和化學作用去除零件表面的微小瑕疵。在手表零件加工中,為了獲得光亮的外觀和良好的質感,拋光是必不可少的工序。
珩磨和超精加工
珩磨處理:珩磨主要用于內(nèi)孔表面的精整加工。它是利用珩磨頭在零件內(nèi)孔中旋轉和往復運動,通過珩磨油石與孔壁的相對運動,去除微量的金屬,使內(nèi)孔表面達到很高的尺寸精度、形狀精度和表面光潔度。例如,在汽車發(fā)動機缸筒加工中,珩磨可以使缸筒表面的圓柱度達到微米級精度,表面粗糙度 Ra 值可達到 0.2 - 0.4μm。
超精加工:超精加工是一種在良好的潤滑和較低的壓力下,使用細粒度的磨具對零件表面進行微量磨削的加工方法。它能夠在極短的時間內(nèi)(通常幾秒到幾十秒)大幅度降低零件表面的粗糙度,并且可以修正表面的微觀幾何形狀誤差。在精密軸承外圈加工中,超精加工可以使表面粗糙度 Ra 值降低到 0.05 - 0.1μm,提高軸承的旋轉精度和使用壽命。
三、表面強化處理
熱處理強化
淬火處理:淬火是將精密機械加工件加熱到臨界溫度以上,保溫一定時間后迅速冷卻的熱處理工藝。通過淬火可以提高零件的硬度和耐磨性。例如,對于一些工具鋼制成的精密刀具,淬火后硬度可以達到 HRC60 - 65,大大提高了刀具的切削性能。但淬火后零件的內(nèi)應力較大,需要進行回火處理來消除內(nèi)應力。
氮化處理:氮化是在一定溫度下,使活性氮原子滲入零件表面,形成氮化層的過程。氮化層具有高硬度、高耐磨性、良好的抗腐蝕性和抗咬合性。在精密模具加工中,氮化處理可以提高模具表面的硬度和耐磨性,延長模具的使用壽命。例如,對注塑模具進行氮化處理后,模具表面硬度可達 HV900 - 1200,能夠有效抵抗塑料熔體的沖刷和磨損。
表面涂層強化
電鍍涂層:電鍍是通過電解作用,在零件表面沉積一層金屬涂層。常見的電鍍涂層有鍍鉻、鍍鋅、鍍鎳等。鍍鉻可以提高零件的硬度、耐磨性和耐腐蝕性,常用于汽車零部件、機械軸類零件等。鍍鋅主要用于鋼鐵零件的防護,防止生銹。鍍鎳則可以使零件表面具有良好的裝飾性和一定的耐腐蝕性。
化學鍍涂層:化學鍍是利用化學反應在零件表面沉積金屬涂層,不需要外接電源。例如,化學鍍鎳 - 磷合金涂層,它具有良好的均勻性、自潤滑性和耐腐蝕性,在電子設備的精密零件、航空航天零件等領域有廣泛的應用。
物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)涂層:PVD 涂層是通過物理方法(如蒸發(fā)、濺射等)將涂層材料沉積在零件表面,CVD 涂層則是利用化學反應在零件表面生成涂層。這些涂層技術可以獲得高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性的涂層,并且涂層的種類多樣,如 TiN(氮化鈦)、TiC(碳化鈦)、Al?O?(氧化鋁)等。在刀具、模具等精密機械加工件上應用廣泛,可以顯著提高零件的性能和使用壽命。