超声波抛光工艺及特点

5.2.2　超声波抛光工艺及特点

1．超声波抛光工艺

（1）超声波抛光的表面质量及其影响因素

超声波抛光具有较好的表面质量，不会产生表面烧伤和表面变质层。其表面粗糙度值R_a可以小于0.16μm，基本上能满足塑料模及其他模具表面粗糙度的要求。超声波抛光的表面，其表面粗糙度数值的大小，取决于每粒磨料每次撞击工件表面后留下的凹痕大小，它与磨料颗粒的直径、被加工材料的性质、超声振动的振幅以及磨料悬浮工作液的成分等有关。

当磨粒尺寸较小、工件材料硬度较大、超声振幅较小时，加工表面的粗糙度将得到改善，但生产率也随之降低。

磨料粒度是决定超声波抛光表面粗糙度数值大小的主要因素，随着选用磨料粒度的减小，工件表面的粗糙度也随之降低。采用同一种粒度的磨料而超声振幅不同，则所得到的表面粗糙度也不同。表5-3给出了各种磨料粒度在大、中、小三种不同超声振幅下所能达到的最终表面粗糙度。

表5-3　磨料粒度与表面粗糙度

（2）磨料及工作液的选用

1）磨料的选用。磨料的粒度要根据加工表面的原始粗糙度和要求达到的粗糙度来选择。如前所述，磨料的粒度大，抛光效率高，但所获得的表面粗糙度值大；磨料的粒度小，抛光效率低，所获得的表面粗糙度值较小。因此，磨料的粒度应根据加工表面的原始粗糙度从粗到细，采用分级抛光工艺，直到达到所要求的表面粗糙度值为止。通常从电加工的表面粗糙度值R_a=3.2μm降至R_a=0.16μm以下，需要经过从粗抛到精抛的多道工序。粗抛时磨料粒度可选280^#左右，中间经烧结刚玉、W40微粉半精抛光，最后用W3.5或W0.5微粉精抛。

超声波抛光具有如图5-9所示的特征，抛光初期表面粗糙度能迅速得到改善，但随着操作时间的延长，粗糙度稳定在某一数值。因此，选用某种粒度的磨料抛光到出现表面粗糙度值不能继续减小时，应及时改用更细粒度的磨料，这样可获得最快的抛光速度。

图5-9　超声波抛光特征

2）工作液的选用。超声波抛光用的工作液，可选用煤油、汽油、润滑油或水。磨料悬浮工作液的性能对表面粗糙度的影响比较复杂。实践表明，用煤油或润滑油代替水可使表面粗糙度有所改善。在要求工件表面达到镜面光亮度时，也可以采用干抛方式，即只用磨料，不加工作液。

（3）抛光速度、抛光余量与抛光精度

1）抛光速度。超声波抛光速度的高低与工件材料、硬度及磨具材料有关。一般表面粗糙度从R_a=5μm降至R_a=0.04μm，其抛光速度为10～15min/cm²。

2）抛光余量。超声波抛光电火花加工表面时，最小抛光余量应大于电加工变质层或电蚀凹穴深度，以便将热影响层抛去，因此电加工所选用的电规准不同，抛光去除厚度也有所区别。电火花粗规准加工的抛光量约为0.15mm；电火花中精规准加工的抛光量为0.02～0.05mm。为了保证抛光效率，一般要求电加工后的表面粗糙度值R_a小于2.5μm，最大也不应大于5μm。

3）抛光精度。抛光精度除与操作者的熟练程度有关外，还与被抛光件原始表面粗糙度有很大关系。如原始表面粗糙度值R_a=16～25μm，为达到表面粗糙度值R_a=0.4～0.8μm，则需抛除的深度约为25μm以上，如果原始表面粗糙度值R_a=8～12.5μm，抛除量就减为10μm左右，抛除量小，较易保持精度。所以对那些尺寸精度要求较高的工件，抛光前工件表面粗糙度值R_a不大于2.5μm，这样不仅容易保持精度，而且抛光效率也高。现在的电火花加工表面粗糙度值R_a可以达到2.5μm，所以采用超声波抛光作为电加工后处理工艺是可行的、合理的。

抛光后的平面度与原始表面的粗糙度有关，粗糙度值越大，抛光切除量也越大，越难保证平面度。

（4）超声波抛光的注意事项

采用固定磨料及游离磨料抛光均应交叉运动。每次粗糙度的降低应以不破坏工件表面为前提，否则减小磨料粒度无效。注意清理每次抛光的残留物，包括工件、润滑液、抛光工具、擦布等。应特别注意的是，软质抛光工具每件只能专用一种粒度的磨料；否则粗细混杂，不能使用。磨料粒度应从粗到细逐级降低，不能破坏次序使用。操作手法应注意平稳，压力一致，运动路线按顺序进行，抛光工具沿工件相对移动，频率约为50～60次/min，实际操作可按振动情况灵活使用。

此外，还可以采取一些方法提高抛光效率。如对于较大平面，可以加大抛光工具面积，软抛光工具在全功率时，能加至φ 40mm以上。磨料粒度的降低，可以采用跳跃降级的办法，既能保证抛光质量，又能提高加工速度。抛光时，使抛光工具与工件表面保持45°夹角（抛光工具头削成45°斜面），这样可以提高抛光效率。对于有对称图形的工件，可以专门制作仿形工具，以提高抛光速度和精度，减少操作困难。

电源电压的变化会引起频率的变化，使用时必须注意电压是否正常。

抛光过程中抛光工具是同时磨损的，对于细小、精密的模具应特别注意在抛光过程中抛光工具的损耗，防止被加工工件超差或变形。

自制易耗损的抛光工具时，应该保持长度、材料、公差、等效质量均与原设计一致，最好买厂方的附件。

2．超声波抛光的特点

（1）抛光效率高，适用于碳素工具钢、合金工具钢以及硬质合金等。例如，超声波抛光硬质合金的生产效率比普通抛光提高20倍，超声波抛光淬火钢的生产效率比普通抛光提高15倍，超声波抛光45钢的生产效率比普通抛光提高近10倍。

（2）能高速去除电火花加工后形成的表面硬化层，消除线切割加工的黑白条纹。

（3）显著降低表面粗糙度值。超声波抛光的表面粗糙度值R_a可达0.012μm。

（4）特别适用窄槽、圆弧、深槽等的抛光。抛光方法和磨具材料与传统手工抛光相比没有更高要求。

（5）采用超声波抛光，可提高已加工表面的耐磨性和耐腐蚀性。