拋光原理介紹PART1

拋光加工原理
利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對工件表面進行的修飾加工。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤（消光）。通常以拋光輪作為拋光工具。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，兩側用金屬圓板夾緊，其輪緣塗敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。拋光時，高速旋轉的拋光輪（圓周速度在20米/秒以上）壓向工件，使磨料對工件表面產生滾壓和微量切削，拋光的去除單位很小，故加工效率低，且因為使用容易變形的拋光機，故為容易產生形狀崩潰的工程。所以在施工上儘可能以較少的去除量，獲得光亮的加工表面，表面粗糙度一般可達Ra0.63～0.01微米;當採用非油脂性的消光拋光劑時，可對光亮表面消光以改善外觀。
拋光加工效率的因素

• 拋光加工量 R=k.p.v.t 其中p為拋光壓力、v為拋光速度、t為加工時間、k為比例常數。
• 拋光效率與附加壓力(p)及拋光距離(v.t)成正比。
• 為了保持一定的加工效率，除了拋光壓力、速度等加工條件外，嚴加管理研磨液濃度、溫度、拋光機的狀態等，是使拋光穩定的重要因素。

研磨的加工變質層

• 加工變質層使工件材質的結構、組織和組成遭到破壞或接近於破壞狀態。在變質層部分存在變形和應力，還有其物理的和化學的影響等。硬度和表面強度變化等機械性質和耐腐蝕性等化學性質也與基體材料不同。
• 硬脆材料經研磨後的表面 ，經研磨的單晶矽表面，使用氟、硝酸系列的溶液進行化學浸蝕，依次去掉表層，用電子衍射法進行晶體觀察時，從表層向內部的順序為非晶體層或多晶體層、鑲嵌結構層、畸變層和完全結晶結構。另外，從使用X射線衍射法的彈塑性學的觀點來評價，則表層是由極小的塑性流動層構成，其下是有異物混人的裂紋層，再下則是裂紋層、彈性變形層和主體材料。
• 在研磨金屬材料時，雖不發生破碎，但磨粒轉動和刮削時，由於材料承受了塑性變形，通常形成與上述矽片相類似的加工變質層。相反，例如是多晶的金屬材料，則越接近被加工的表層，晶粒越微細，累積位錯在最表層，變成非晶質狀態。在這部分，金屬與大氣中的活性氧結合，變得活躍。另外，有時發生因塑性變形而使磨粒等容易嵌進金屬。

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碳纖複合材鑽孔加工-航太工業高階複合材鑽孔測試

航空難加工材料強度大、硬度高，耐衝擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴重，如鎳基高溫合金、鈦合金、高強度結構鋼碳纖複合材等被現代航空產品大量採用。

切削加工金屬件表面粗糙度的對應措施

刀具震動及表面粗糙度不好時應該檢查哪些？

• 檢查精加工刀具是否變鈍，有缺口或破損
• 檢查冷卻液是否在加工過程中一直合適噴出，並指向切削區域
• 確信能夠正確斷屑，並且不產生螺旋狀切屑
• 粗加工之後不要只進行一次測量就切掉太多餘料
• 確定所使用的刀片適合於正在加工的工件材料
• 檢查進給率和主軸轉速
• 檢查工件的硬度
• 試著使用一個不同的刀柄

切削加工金屬件表面粗糙度的對應措施

• 增加運動機構本身的精度，減少振動調整車床主軸；增加跟刀架瓜腳支承面積，選用精度比較理想的頂針，增加工件裝夾剛性。
• 改善工件材料加工性能，在不影響工件性能的條件下，適當調整化學成份，加入少量的硫、錳、鋁等元素，降低材料塑性，減少刀具粘結磨損，抑制積屑瘤的產生．材料加工前進行適當的熱處理，改善其硬度、塑性。
• 切削液的合理選用，若切削液選用得好，可以很有效提高刀具的耐用度，減小刀具的磨損，有效地減小工件的塑性變形可減小表面粗糙度數值。
• 合理選擇刀具切削部分材料，例如：高速精加工有色金屬及非金屬材料時一般使用鑽石刀。其硬度高、耐磨性好，切削刃鋒利，摩擦係數小，切屑與刀具不易產生粘結，不產生積屑瘤。
• 選擇刀具合理的幾何參數
• 合理選擇切削用量，選用小的進給量，降低殘留高度; 選用小的切削厚度。減小工藝系統變形以及振動，降低表面粗糙度;切削速度避免積屑瘤產生的區域以及自激振動的臨界速度…。
• 對於來自本機床之外的振源，一般可用隔離的措施，如隔離溝，防振墊等。對於機床內部運動部件的振動，一般要查清主要振源來自哪個部件，再採取措施。

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切削加工表面粗糙度

表面粗糙度

表面粗糙度是指工件表面上具有的較小間距的微小峰谷組成的微觀幾何形狀特性。表面缺陷應從中排除，且不考慮表面其他物理特性諸因素；為避免與光亮，清潔的概念混淆並與國際間稱呼一致，不採用“表面光潔度”這一術語，而稱作表面粗糙度。

切削加工與表面粗糙度

表面粗糙度是在機械加工過程中，由於刀痕，材料的塑性變形，機械加工高頻振動，刀具與被加工表面的摩擦等原因引起的。它對零件的配合性能，耐磨性，抗腐蝕性，接觸剛度，抗疲勞強度，密封性和外觀等都有影響。

同一零件上，工作表面的粗糙度允許值應小於非工作面的表面粗糙度允許值，配合性質相同時，零件尺寸小的比尺寸大的表面粗糙度允許值要小；同一公差等級，軸比孔的表面粗糙度允許值要小；運動速度高，壓力大的摩擦表面比運動速度低，壓力小的摩擦表面粗糙度允許值小；一般來講，表面形狀精度要求高的表面，表面粗糙度允許值也小；不同的表面粗糙度允許值，其加工方法是不同的，因此，經濟效果也是不同的，在選擇表面粗糙度允許值時必須予以考慮。

影響切削加工表面粗糙度的常見因素

刀具幾何形狀及切削運動的影響

刀具相對於工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，從而產生了表面粗糙度，殘留面積的形狀是刀具幾何形狀的複映，其高度受刀具的幾何角度和切削用量大小的影響。

工件材料性質的影響

加工塑性材料時，由於刀具對加工表面的擠壓和摩擦，使之產生較大的塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離時的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。一般來說，材料塑性變形趨勢越大或韌性越大，被加工表面粗糙度就越大。切削脆性材料時，塑性變形小些，控制好切屑崩碎現象，就容易達到表面粗糙度的要求。對於同樣的材料。金相組織越是粗大，切削加工後的表面粗糙度值也會越大。

切削用量

切削用量中，切削速度對表面粗糙度的影響比較複雜。但在中等速度下，塑性材料由於容易產生積屑瘤與鱗刺，且塑性變形較大，因此表面粗糙度值會變大。加工脆性材料時，由於塑性變形很小，主要形成崩碎切屑，切削速度的變化對表面粗糙度影響較小。減少進給量f可以減少切削殘留面積高度，使表面粗糙度值減小。但進給量f太小刀刃不能切削而形成擠壓，增大了工件的塑性變形，反而會增大表面粗糙度值。一般，背吃刀量對表現粗糙度影響不明顯。

振動

無論外界振動的傳入，機床內部運動部件的振動，還是機械系統在某特定條件下產生的切削振動均會嚴重惡化工件表面粗糙度，所以必須採取適當的措施來減少振動。

高溫切削產生切削熱

在高速切削條件下，高溫效應導致工件已加工淺薄表面發生熔融現象，在刀具運動的作用下， 工件已加工淺薄表面熔融金屬發生少量定向粘塑形流動。

積屑瘤的影響

在切削過程中，當刀具前刀面上存在積屑瘤時，由於積屑瘤的頂部很不穩定，容易破裂，一部分連附於切屑低部而排出，一部分則殘留在加工表面上，使表面粗糙度增大。

鱗刺

鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺，是用高速鋼刀具低速切削時，經常見到的一種現象。鱗刺一般是在積屑瘤增長階段的前期裡形成的。甚至在沒有積屑瘤的時候，以及在更低一些的切削速度範圍內也有鱗刺發生。

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CVD單晶鑽石刀具

鑽石在任何大批量材料中具有最高的硬度和導熱係數，並且以其卓越的光學特性，電學性能，化學以及抗磨損性能，使得鑽石成為在科學和工業領域中最廣受歡迎的材料。

加工物件與刀具形狀

加工物件與刀具形狀

形式代號	形式	圖示	特性及適用範圍
W	無斷屑齒		細加工用，適用較軟的黏性或長切屑材料。加工面良好。
WF	平行、斷屑齒		粗及細加工，適用於較軟的黏性或長切屑材料，切屑折斷而不連續，加工面條紋肉眼可見。
N	無斷屑齒		粗及細加工用，適用於一般強度之材料，切屑折斷而不連續，加工面條紋肉眼可見。
NR	圓形斷屑齒		粗加工用，適用於一般強度之材料，切屑折斷不連續可承受較大進刀量，加工面條紋較粗糙。
NRF	圓形、細斷屑齒		粗加工用，適用於較NR型所適用更高強度之材料。連續可承受較大進刀量，加工面條紋較粗糙。
H	無斷屑齒		細加工用，適用於較硬的短切削材料，銑刀槽數較多，切削角較小。
HF	無斷屑齒		粗加工用，適用於高強度難切削材料。切削角、離隙角及熱處理等都能配合。
HFR	圓形斷屑齒		粗加工用，適用於高強度難切削材料，如鈦合金等，銑刀有較大之容屑槽及180°之環角。
HFP	平行、粗斷屑齒		粗及細加工用。適用於高強度難切削材料，如鈦合金等，其平行斷屑齒，分常強韌，能承受高度材料切屑折斷之力量。

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鉸刀介紹-part3-鉸孔

鉸孔是將擴大一個已經存在的孔。鉸孔和鑽孔、擴孔一樣都是由刀具本身的尺寸來保證被加工孔的尺寸的，但鉸孔的品質要高得多。鉸孔時，

孔加工精度

鉸孔和鑽孔、擴孔一樣都是由刀具本身的尺寸來保證被加工孔的尺寸的，但鉸孔的品9質要高得多。鉸孔餘量對鉸孔品質的影響很大，餘量太大，鉸刀的負荷大，切削刃很快被磨鈍，不易獲得光潔的加工表面，尺寸公差也不易保證；餘量太小，不能去掉上工序留下的刀痕，自然也就沒有改善孔加工品質的作用。一般粗鉸餘量取為0.35－0.15mm，精鉸取為0.15－0.05mm。鉸孔尺寸精度一般為IT9－IT7級，表面粗糙度Ra一般為3.2－0.8μm。 孔加工精度等級

加工方案	公差等級	表面粗度Ra（μm）	適用範圍
鑽	IT13~IT11	20	加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯，也可用於加工有色金屬（表面粗糙度稍差），孔徑<(15-20)mm
鑽-鉸	IT8-9	5.0-2.5
鑽-粗鉸-精鉸	IT7-8	2.5-1.25
鑽-擴	IT11	20-10.0	加工未淬火鋼及鑄鐵的實心毛坯，也可用於加工有色金屬（表面粗糙度稍差），但孔徑>(15-20)mm
鑽-擴-鉸	IT8-9	5.0-2.5
鑽-擴-粗鉸-精鉸	IT7	2.5-1.25
鑽-擴-機鉸-手鉸	IT6-7	0.63-0.160
鑽-（擴）-拉	IT6-7	2.5-0.160	大批大量生產（精度視）除淬火鋼外各種材料，毛坯有鑄出孔或鍛出孔
粗鏜（或擴孔）	IT11-13	20-10.0
粗鏜(粗擴)-半精鏜(精擴)	IT8-9	5.0-2.5
粗鏜(擴)-半精鏜(精擴)-精鏜(鉸)	IT7-8	2.5-1.25
粗鏜(擴)-半精鏜(精擴)-精鏜-浮動鏜刀塊精鏜	IT6-7	1.25-0.63
粗鏜(擴)-半精鏜-磨孔	IT7-8	1.25-0.32	主要用於加工淬火鋼，也可用於不淬火鋼，但不宜用於有色金屬
粗鏜(擴)-半精鏜-粗磨-精磨	IT6-7	0.32-0.160
粗鏜-半精鏜-精鏜-金剛鏜	IT6-7	0.63-0.080	主要用於精度要求較高的有色金屬加工
鑽-（擴）-粗鉸-精鉸-珩磨鑽-（擴）-拉-珩磨粗鏜-半精鏜-精鏜-珩磨	IT6-7	0.32-0.040	精度要求很高的孔
以研磨代替上述方案的珩磨	IT6以上	0.160-0.010

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加工精度-銑車削

即一般概念粗加工是以快速切除毛坯餘量為目的，在粗加工時應選用大的進給量和盡可能大的切削深度，以便在較短的時間內切除盡可能多的切屑。粗加工對表面品質的要求不高，刀具的磨鈍標準一般是切削力的明顯增大。精加工在精加工時最主要考慮的是工件表面品質而不是切屑的多少，精加工時通常採用小的切削深度，刀具的副切削刃經常會有專門的形狀，比如修光刃。根據所使用的機床、切削方式、工件材料以及所採用的刀具，可使表面粗糙度達到Ra1.6μm的水準，在極好的條件下甚至可以達到Ra0.4μm。
車削加工是機械加工中最基本的一種加工方法,它所用的機床是車床，所用的刀具為車刀，也可以用鑽頭、滾花刀、鉸刀等，利用這些切削刀具與工件的一系列相對運動，可以完成多重切削。車削加工的加工範圍很廣，可以加工出各種類型的帶有旋轉體表面的零件，如內外圓柱面、內外圓錐面、內外成形面、內外螺旋面等，其經濟精度達到IT11～IT06，表面粗糙度為Ra12.5µm～0.8µm。另外，在車床上安裝上夾具和附件還可以進行鏜孔、銑削、磨削、研磨、拋光等。
加工精度等級

精度等級	尺寸精度範圍	Ra值範圍 (μm)	相應的加工方法
低精度	IT13~IT11	25~12.5	粗車、粗鏜、粗銑、粗刨、鑽孔等
中等精度	IT10~IT9	6.3~3.2	半精車、半精鏜、半精銑、半精刨、擴孔等
	IT8~IT7	1.6~0.8	精車、精鏜、精銑、精刨、粗磨、粗鉸等
低精度	IT7~IT6	0.8~0.2	精磨、精鉸等
低精度	IT5~IT2	Ra<0.2	研磨、超精加工、拋光、珩磨等

銑車削加工精度

加工方案	公差等級	表面粗糙度Ra（μm）	適用範圍
粗車-半精車	IT8-9	10-5.0	端面
粗車-半精車-精車	IT6-7	2.5-1.53
粗車-半精車-磨削	IT7-9	1.25-0.32
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)	IT7-9	10.0-2.5	一般不淬硬平面(端銑的表面粗糙度較好)
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-括研	IT5-6	1.25-0.160	精度要求較高的不淬硬平面，批量較大時宜採用寬刃精刨方案
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-寬刃精刨	IT6	1.25-0.32
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-磨削	IT6	1.25-0.32	精度要求較高的淬硬平面或不淬硬平面
粗刨(或粗銑)-精刨(或精銑)-粗磨-精磨	IT5~IT6	0.63-0.040	大量生產,較小的平面(精度視拉刀的精度而定)
粗銑-拉	IT6-9	1.25-0.32
粗銑-精銑-磨削-研磨	IT5~IT2	IT5以上	高精度平面

常見加工方法的Ra表面特徵

加工方法		面粗糙度Ra（μm）	表面特徵
粗車、 粗鏜 、粗銑、 粗刨 、鑽孔		50	可見明顯刀痕
		25	可見刀痕
		12.5	微見刀痕
精銑、精刨	半精車	6.3	可見加工痕跡
		3.2	微見加工痕跡
	精車	1.6	看不清加工痕跡
粗磨		0.8	可辨加工痕跡方向
精磨		0.4	微辨加工痕跡方向
精密加工		0.1-0.012	只能按表面光著辨識

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硬質合金刀具的焊接作業

即使在不需重磨刃刀具普及的現在，焊接刀具仍廣泛用於切削、建築礦山、耐磨損刀具等多方面。焊接作業的好與壞對刀具性能有很大的影響。焊接時內部殘留的變形，有時是磨削時出現裂紋的原因。即使磨削時未出現裂紋，因內部變形的影響，刀具在使用初期有時也會破損。