[发明专利]机械往复与超声振动复合的研磨方法

说明书

技术领域

本发明属于工件表面光整加工技术领域，具体涉及一种机械往复与超声振动复合的研磨方法，该复合研磨方法尤其适合手提式研磨机使用。

背景技术

现代工业的飞速发展对工件的表面质量提出了更高的要求，表面质量不仅影响工件的外观，还直接影响工件的使用性能和寿命，表面质量的好坏对模具来说尤其重要。模具是以复映方式进行零件制造的一种工具，表面粗糙度已成为衡量模具产品质量的重要标志，只有模具表面的粗糙度低，才能使得用其加工的产品的粗糙度值也低。因此研磨抛光已成为模具、工程机械、医疗设备和航空航天工业中某些关键零件表面加工的重要手段。

现在，模具型腔表面的形状加工基本上实现了自动化。为了去除机械加工或电火花加工在模具型腔表面留下的刀痕或硬化层，在几何形状加工后必须对模具型腔表面进行研磨抛光加工，以期获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。研磨抛光作为模具表面加工的一道重要工序，其加工时间占整个模具制造时间的30％-50％，其成本占全部制造成本的5％-30％。研磨抛光已成为模具制造过程中的瓶颈。

目前最常用的研磨方法是手动机械往复研磨抛光，其次是超声波研磨抛光。机械往复研磨抛光要完成对一件待研磨工件的研磨抛光，至少要经过5～12道研磨工序，每道工序中采用一种单一材质的磨头配以单一颗粒直径大小的磨料，按照从粗到细的规律研磨，即磨头的材质依次从硬到软，磨料的颗粒直径依次从大到小，在完成前一道研磨工序后，换一种材质较前一次稍软的磨头配以颗粒直径稍小的磨料进行研磨，以此类推最终达到研磨效果。而机械往复研磨抛光利用其磨头的万向转动，可以实现对面积较大的模具型腔异型曲面的抛光加工，该方法具有简单、成本低等优点，但因机械往复振动频率较低，使得该方法加工能力较差、生产效率较低，且劳动强度较大。

超声波研磨抛光，如图1所示，是利用超声波发生器1产生一定能量(20～50KHz)的超声频电流，经过换能器陶瓷片2将这些超声频电流转换成超声频机械振动，并通过变幅杆3将这些超声频机械振动加以放大，再传到固定在变幅杆3端部的磨头4上，使磨头4按一定频率振动、冲击和抛磨工件被加工表面，并在每道研磨工序中采用不同的磨头和磨料，以达到研磨效果。超声波研磨抛光采用固定磨头的高频振动，产生高效率的磨削功能，但因其磨头移动距离太小(约1～5μm)，故其应用范围较窄，只能实现对边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面等机械往复研磨抛光机不能处理到的较小面积的抛光加工，而对大面积的工件表面研磨时，则不能保证加工工件表面的平整度和光洁度，从而使得超声振动研磨抛光在整个抛光领域中的使用占有率仅为2％～5％，因此超声波高频振动的功效不能得到充分的发挥，应用存在着很大的局限性。

因此如何解决现有的研磨抛光方法的局限性，即机械往复研磨抛光只能实现大面积工件的抛光，而超声波研磨抛光只能实现一些边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面较小面积的抛光，使得研磨效率低的问题，成为本发明着重研究的内容。

发明内容

本发明目的是提供一种机械往复与超声振动复合研磨方法，以解决现有机械往复研磨抛光只能实现大面积工件的抛光，而超声波研磨抛光只能实现一些边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面较小面积的抛光，且研磨效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机械往复与超声振动复合的研磨方法，在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动同一磨头对加工工件表面进行研磨，其中，机械往复振动与超声振动按以下运动参数进行叠加：

(1)运动方向叠加

机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加，或者在平行于加工工件表面的平面内机械往复运动方向与超声振动方向呈夹角叠加；

(2)频率叠加

机械往复运动的频率为30赫兹～300赫兹，超声振动的频率为20千赫兹～50千赫兹；

(3)振幅叠加

机械往复运动的振幅为0.1～10毫米，超声振动的振幅为机械往复运动振幅的0.02～0.05倍。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述机械往复运动方向与超声振动方向的夹角呈锐角、钝角或直角。而当机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加时，其研磨效果最佳。

2、上述方案中，所述机械往复运动和超声振动的频率分别为58赫兹～108赫兹和21千赫兹～39千赫兹。