[发明专利]金属组件的高处理量精整

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明主要涉及用于金属组件的精整(finishing)程序，并且更具体地，涉及能够在减少的时间内产生极其光滑的表面光洁度的加速精整程序。

2.相关技术描述

用于在金属组件上产生光滑表面光洁度的程序通常为公知的。这样的程序包括转鼓抛光、磨料振动精整、磨削、珩磨、研磨加工和精磨。可使用这些程序精整的机械部件的实例包括齿条、曲轴、凸轮轴、轴承、齿轮、等速(CV)接头、连接器和轴颈。可通过这样的精整实现多种优点，包括在它们所涉及的机构中减少磨损、摩擦、噪声、振动、接触疲劳、弯曲疲劳和操作温度。尽管理解不是所有机制可由此得以实现，相信在有关的金属-金属接触或非接触动态受应力面处，表面不平度和受损金属的减少可减少摩擦和防止磨伤、磨料磨损、粘附磨损、压痕(brinnelling)、微振磨损和接触疲劳和/或弯曲疲劳。或者，为了审美原因或为了耐腐蚀原因可给物体提供精整。精整在实现这些效果中的实际效果看来不仅取决于最终光滑度，而且取决于实现它的方式。

相信精整工艺的类型由于表现实现精整的方式的特性的显微隆起而发挥作用。这可取决于抛光机理、所使用的化学品、局部的温度效应、各向同性或非各向同性的性质及许多其它因素。

早期的振动精整技术使用电机驱动的振动碗或桶，其中组件将自由漂浮并使其能够在研磨介质存在下搅动。所谓自由漂浮意味着使得组件能够通过介质团的运动而载到容器各处。精整的程度和速率主要受到介质团中使用的研磨砂的粗糙度、量和或补充的控制。这样的工艺基于所使用的大规模精整技术，例如用于抛光不锈钢工具手柄，其中用始终更细的抛光介质实现所要求程度的精整。然而，发现存在于航天或汽车行业的金属组件比如齿轮或轴承通常感应淬火、表面渗碳或穿透淬火至50HRC或者以上的硬度。常规研磨技术可需要12小时或者更多的令人无法接受的长处理时间以达到所要求的光滑度。在其它工艺中，合适的化学品已被引入到大规模精整容器中以提高精整能力和介质的作用。US 3516203和US 3566552为这样程序的实例。根据McEneny的US 6261154，其内容通过引用以其全部结合到本文中，通过在对精整介质流的固定位置将工件围绕其轴线旋转，可引起另外的力。

进一步的程序已经得到开发，其中经移动组件通过相对静止的介质将增大水平的机械能赋予组件。一种这样的程序称为拖曳精整(drag finishing)并且在例如Kobayashi的US 4446656中得到描述，其内容通过引用以其全部结合到本文中。根据这样的程序，精整仅为研磨过程。然而高水平的能量和磨损速度可损害金属组件(比如齿轮或轴承)的几何耐受力。这特别是如下的情况，其中组件上介质撞击的方向和位置在受处理的表面上不均匀。在努力改善均匀性中，赋予组件复杂的运动几何学，包括围绕多个轴线旋转。一种这样的拖曳精整机在的US 6918818中得到描述，其内容通过引用以其全部结合到本文中。在该装置中，个体组件可被固定于驱动轴用于精整。组件的总处理量根据加工时间和用于自拖曳轴连接和拆开组件的固定时间确定。

可实现超光滑超精整表面的一种程序为化学加速的振动精整(CAVF)。化学加速的振动精整技术已经得到开发并在REM Chemicals，Inc的多种出版物中得到描述。该技术可用于将金属部件精制为光滑和有光泽的表面并且已经商业应用多年。Michaud的美国专利第4818333号和Holland的美国专利第7005080号，其内容通过引用以其全部结合到本文中，公开了该改进的精整技术。在该技术与基于研磨介质的工艺之间的显著差异为，在化学加速的精整过程中，介质不显著磨蚀金属表面。在没有加速化学品下，介质加上由所谈及的大规模精整设备赋予的机械能的联合不能自组件表面有效除去物质。混合工艺也已经被提出。

经CAVF产生的表面的另一种重要特性是它们被平坦化(planarized)。这表示在精整之前的粗糙表面通过除去向上突起的不平度并几乎不改变任何凹陷或凹处形式而更加光滑。尽管不希望受到理论的束缚，所生成表面其特征在于平坦的坪，理解为具有与促进油保留的裂缝相区别的良好承载特性。也相信这些平坦化表面具有基本上没有尖端的优点，否则尖端会穿透润滑膜并引起配合面损害。低于0.5微米Ra的化学加速的振动精整常常呈现一些或全部以上所讨论的性能益处。