光饰工艺及其在金属加工中的应用

强鹏涛 于 文

（西安开米股份有限公司，陕西西安，710075）

随着科学技术的不断进步，机械制造产品绿色化、精密化的要求越来越高，医疗器械、化工、石油、交通运输等重要领域对零件表面质量提出了更为严苛的要求。零件表面质量的优劣不仅关系到零件使用寿命、可靠性和整体机械系统的运行性能，而且高质量的产品可以保障企业在激烈的市场竞争中立于不败之地[1-2]。光饰技术作为金属精加工手段之一，不仅有效降低零件表面粗糙度，美化产品，又可以提升产品质量，增长金属零件使用寿命[3]。

1 光饰工艺

光饰工艺是将一定比例的清洗工件、光饰介质和饰光剂投放到光饰机中，依靠光饰机周期性振动迫使工件与光饰介质产生三维空间的螺旋前进运动，达到金属表面被抛光、氧化皮或锈蚀被除掉，去毛刺和倒圆角、圆边，从而达到表面光饰和增亮的目的。影响光饰工艺质量的主要因素为光饰机、光饰介质和饰光剂。此外，加工时间、磨具的形状、振动频率等工艺参数也是影响因素之一[4-5]。

1.1 光饰机

光饰机可分为滚筒光饰机、振动光饰机、离心筒光饰机、离心转盘光饰机、磁力光饰机及阻力光饰机等多种。

1.2 饰光剂

饰光剂一般分为水基和油基。油基主要有航空汽油、煤油以及各种植物油和动物油。水基主要由水、表面活性剂和防锈剂等助剂复配而成。油基润滑性和防锈性能良好，但清洗工艺必须配有机溶剂，费用高，而且对环境有污染。水基具有良好的冷却作用，清洗比较方便，价格低廉，对环境无污染，符合现代饰光剂的发展要求[6]。

饰光剂决定了金属零件光饰工艺中的清洗、研磨、去毛刺的化学环境，其成分、使用的浓度及流速均会影响金属加工的效果。

1.2.1 清洗

光饰工艺中产生碎屑粉尘会黏附在金属表面，饰光剂可以通过表面活性剂的润湿、乳化、增溶作用，清除黏附在金属表面的杂质，饰光剂泡沫量大，会在金属表面造成污染，因此，应选用低泡型饰光剂。另外，饰光剂可以保证磨具表面的清洁锐利，保证了磨块较好的切削能力。

1.2.2 润滑

饰光剂可以在磨具和被加工金属表面建立液膜，液膜良好的润滑性可以提高加工的效率和加工精度。

1.2.3 防锈

金属材质在空气中或溶液中会发生氧化生锈的现象，所以要求饰光剂具有一定的防锈蚀能力，需要考虑其本身的防锈性能，一般通过在配方中选择具有防锈性能的表面活性剂或添加防锈剂完成[7]。

饰光剂的用量对加工效果也有直接影响，如果饰光剂用量太少，则润滑、缓冲作用较弱，金属与磨具之间的摩擦系数增大，加工后的金属表面可能更加粗糙、擦痕明显等，甚至金属表面遭到破坏。如果饰光剂过多，则润滑、缓冲作用较强，不利于金属与磨具之间的摩擦作用。加工过程中，磨块与金属表面之间进行碰撞、挤压等作用，不仅金属表面的毛刺、飞边被去除，而且磨块也可能会有一定的材料损伤，破碎的磨块微粒将与金属去除的杂质混在一起。随着加工进程的不断递进，杂质量不断增多，一部分可能附着在磨块表面，另外会相应地残留在饰光助剂中，给后续加工带来极大危害。因此需要对饰光剂进行补充更新。

饰光剂是光饰工艺中重要的因素，选择不当或浓度不合适，均会影响最后金属表面的光洁度和色泽。pH过高或过低均会对金属产生腐蚀性，不同金属应选用不同pH的饰光剂。因此，应根据金属表面材质的不同以及金属表面质量的不同要求，比如表面粗糙度的改善和表面光亮度等因素，选择不同配比的饰光助剂。

1.3 光饰介质

光饰介质分为研磨性介质和非研磨性介质。研磨介质主要起分离支撑金属零件、去毛刺、倒圆角等作用。非研磨介质具有光饰、光亮零件的作用。磨损速度是介质选择的重要指标，与介质的种类及使用目的有关。比如，硅石对于软质金属光饰效果较佳，但对于硬金属表面作用不大。另外，介质的尺寸决定了切削的深度，介质越大，表面的粗糙度也将越大。选择介质时要综合考虑光饰机类型、要求的表面粗糙度、介质与部件的硬度等。表1为国外常见光饰介质与部件的典型比例及应用。

表1 常见光饰介质与部件的比例及应用

2 光饰工艺的应用

刘大伟[8]采用振动光饰工艺对铝合金和不锈钢材质进行去毛刺，结果显示去除效果明显，提升了生产现场的效率。张文军[4]研究了光饰工艺在汽车行业、钟表行业及电镀行业的应用，结果表明，在这些行业中均得到了理想的效果。张悦霞、张宏友等[9-10]研究了国内轴承滚子采用光饰工艺后提高了轴承滚子表面硬度、降低表面粗糙度，改善了几何形状，解决了原来无法进行表面光饰的问题，提高零件表面质量和使用寿命。光饰加工在国外已用于飞机多种零部件清洗中，包括铝合金和钛合金及其他材料的机身部件、涡轮部件。汪斌[11]研究了光饰工艺在航空发动机零件中的应用，可以解决叶片、整体叶盘、盘轴等产品的加工技术难题，为发动机零件的高效、低成本、高性能提供了一种完整的技术解决方案。

3 结束语

目前，发达国家的光饰加工已经成功应用于汽车、轴承、仪器仪表、电子、五金等行业，如日本丰田公司90%的零件最终加工均经过光饰加工；美国用于光饰加工的投资每年约20亿美元[11]。我国光饰技术已有了一定的提升，但与发达国家的水平还相差甚远。饰光剂作为光饰工艺中重要的一个助剂，技术一直被国外所把控，对国内洗涤剂行业而言，既是挑战也是机遇，国内已有企业在该项技术上有所突破，期待更多的工业清洗剂企业参与该领域的研发，在该领域取得更多的成果。