第2章 表面整平
2.1 磨光
磨光是指用磨料或粘有磨料的磨光輪（或磨光帶），將被加工零件表面粗糙不平的地方削平，使其平坦、光滑的過程。磨光可去掉零件表面的毛刺、銹蝕、劃痕、焊瘤、焊縫、砂眼、氧化皮等各種宏觀缺陷，以提高零件的平整度和電鍍質量。磨光可根據零件表面狀態和質量要求進行一次磨光和幾次（磨料粒度逐漸減小）磨光，最后達到需要的表面粗糙度。磨光適用于加工一切金屬材料和部分非金屬材料。磨光效果主要取決于磨料的特性、磨料的質量、磨光輪的剛性和韌性以及輪軸的旋轉速度。
2.1.1 磨光過程
磨光用的工具是粘有磨料的磨光輪或磨光帶。粘在磨光輪或磨光帶上的磨料顆粒具有很高的硬度和鋒利的棱面。每一個磨粒相當于一個刀齒，每一個棱角相當于一個刃口，無數個細小的磨粒相當于無數個刀齒和刃口，它們不規則地分布在磨光輪或磨光帶表面。當磨光輪或磨光帶高速旋轉時，每一個磨粒都將基體表面刮掉一小片或劃出一條刻痕，無數個刃口重復著相同的刮刻過程，經過一定時間加工，最終將基體表面的劃痕、砂眼，氧化皮等宏觀缺陷打磨干凈，使工件平整、光滑。
在磨光過程中還有可能產生：
1）摩擦熱。在基體被磨粒磨光的過程中，基體表面會產生彈性變形及塑性變形，并且產生大量的摩擦熱，這可能使基體表面產生藍黑色的氧化膜，使工件變形甚至燒傷。
2）磨粒再生。磨粒與基體表面強烈摩擦，除使基體表面被磨掉一層外，磨粒的棱角也被磨平而變鈍，這將降低磨粒對基體表面的刮削能力，摩擦力也隨之增大，磨粒受力也增大，導致磨粒破碎，從而產生許多新刃口，使磨粒“再生”。
除個別圓形或規則工件外，磨光操作一般情況以手工為主。手工處理主要是指人工手持鏟刀、鋼絲刷、砂紙、磨光輪、磨光帶、拋光輪的磨光操作。機械處理主要是指拋丸、噴砂等方法。
2.1.2 磨料
1.磨料的選擇
凡是具有較高硬度、切削能力和一定強度、韌性的天然礦物（如石英砂、浮石、氧化鐵紅等）或人工制造的金剛砂、剛玉等材料均可制成磨料。應根據工件材質、表面原始狀態及磨光后的質量要求選擇磨料種類及粒度。常用磨料的特性及用途見表2-1。固結磨具用磨料粒度組成見表2-2（粗磨粒）和表2-3～表2-6（微粉）。
表2-1 常用磨料的特性及用途
粗磨料的粒度用篩分法測定，下面以F20粗磨粒為例說明表2-2的應用實例。取F20磨粒，全部磨粒應通過最粗篩（篩孔為1.70mm）。全部磨粒可通過粗粒篩（篩孔為1.18mm），但該篩篩上物不能多于20%。篩孔為1.00mm的篩上物至少應為45%，但允許磨粒100%通過篩孔為1.18mm的篩而留在篩孔為1.00mm的篩上。通過篩孔為1.18mm的篩而留在篩孔為1.00mm和850μm篩上的磨粒總和至少應為70%。因此，如果篩孔為1.00mm的篩上物為45%，則篩孔為850μm的篩上物至少應為25%。對最細號篩（篩孔為710μm）的篩上物數量未作規定，但通過篩孔為710μm的篩的磨粒不允許超過3%。
微粉包括F系列微粉和J系列微粉兩個系列，粒度號前分別有冠以字母“F”和字符“#”。F系列微粉各粒度號的規定值見表2-3（適用于光電沉降儀，對應于94%值）和表2-4（適用于沉降管粒度儀，對應于95%值）。J系列微粉各粒度號的規定值見表2-5（適用于沉降管粒度儀，對應于94%值）和表2-6（適用于電阻法顆粒計數器，對應于94%值）。ds是用沉降法測得的粒徑，稱為斯托克斯（Stokes）粒徑，dv是用電阻法測得的粒徑，稱為等效體積（Volume）粒徑。
表2-2 F4～F220粗磨粒粒度組成
表2-3 F230～F2000微粉的粒度組成（光電沉降儀）
表2-4 F230～F1200微粉的粒度組成（沉降管粒度儀）
表2-5 #240～#3000微粉的粒度組成（沉降管粒度儀）
（續）
表2-6 #240～#8000微粉的粒度組成（電阻法顆粒計數器）
粗磨用粗粒度，精磨用細粒度，粗磨、中磨和精磨的應用見表2-7。電鍍預處理磨光時，一般先用人造金剛砂或剛玉等較硬的粗磨料粗磨。再用細粒的金剛砂、浮石等進行細磨，依次加大磨粒號數，由粗到細分幾道工序進行磨光。
表2-7 粗磨、中磨和精磨的應用
（續）
2.磨光速度的選擇
磨光輪（或磨光帶）旋轉的圓周速度與磨光效果關系密切，應根據基體的材料種類和對表面的質量要求選擇磨光速度。基體材料越硬，對表面質量要求越高，磨光速度應該越大。但過大的圓周速度會使磨光輪的使用壽命降低：而磨光速度太小時，生產率低，表面質量差。磨光輪的圓周速度可按下式計算：
式中 v——圓周速度（m·s-1）；
d——磨光輪直徑（m）；
n——磨光輪轉速（r·min-1）；
π——圓周率，π＝3.1416。
由式（2-1）可知，增大磨光輪直徑和提高轉速都可以提高圓周速度。表2-8給出了不同基體材料適宜的磨光速度。表2-9給出了圓周速度與磨光輪直徑及轉速的關系。
表2-8 不同基體材料適宜的磨光速度
表2-9 圓周速度與磨光輪直徑及轉速的關系
2.1.3 磨光輪
1.磨光輪的結構
磨光輪是用棉布、特種紙、毛氈、尼龍、皮革或其他纖維制成的圓片外包上皮革，用壓制法、膠合法或縫合法制成的。這些材料使磨光輪有一定的彈性。
2.磨光輪的種類
根據所用材料的不同，磨光輪分為軟輪和硬輪兩種。基體材料硬、形狀簡單時，選用硬輪磨光；基體軟、形狀復雜時，選用彈性大的軟輪磨光。磨光輪的規格見表2-10。
表2-10 磨光輪的規格
2.1.4 磨光帶
磨光帶由安裝在電動機軸上的接觸輪帶動。另一從動輪使其具有一定的張力，從而對基體進行磨光。
1.磨光帶的結構
磨光帶由襯底、粘結劑和磨料三部分組成。襯底用1～3層不同類型的紙或布制成；粘結劑一般用合成樹脂、骨膠或皮膠；磨料則按需要選用。
2.磨光帶磨光的優點
1）磨削面積大，因此磨光帶比磨光輪使用壽命長。操作時磨光帶的工作面不斷變化、冷卻快。便于手持工件，工件的溫度也較低，因此變形小。
2）用接觸輪來調節磨光帶的松緊，可對不同工件進行磨光。
3）使用很軟的半充氣接觸輪，可磨光形狀復雜的工件。
4）采用合成樹脂粘結磨料的磨光帶，可進行濕磨。
3.接觸輪
采用不同的材料可制造出不同種類、不同用途的接觸輪。接觸輪越硬，基體表面的磨削量越大；基體表面越粗糙，磨光帶上的磨料損耗越快。常用接觸輪的種類、特性及其應用見表2-11。
表2-11 常用接觸輪的種類、特性及其應用
（續）
①除序號1外，都是橡膠硬度。
②也可用硬橡膠制作輪轂，軟橡膠制作輪殼。
③根據帆布密度的不同，可制成軟、中、硬的輪子。
4.磨光帶磨光工藝參數的選擇
根據基體材料、形狀及表面狀態，選擇磨光帶、接觸輪及其他工藝參數。表2-12給出了磨光帶磨光的推薦工藝，除此之外，采用磨光帶磨光時還應注意調整磨光帶的張力，用硬接觸輪時，磨光帶要張緊些；用軟接觸輪時，應松一些，否則會失去軟接觸輪的柔軟作用，容易劃傷基體。
2.1.5 磨光潤滑劑
為了防止軟金屬與磨料粘結，降低被磨件的表面粗糙度，延長磨光輪（或磨光帶）的壽命，磨光時常在輪或帶上涂覆潤滑劑。潤滑劑的選擇主要由被磨光金屬的類型和所要求的表面粗糙度決定。磨光輪用的潤滑劑一般由動物油、脂肪酸和蠟制成，其熔點較低，有時也可用拋光膏代替。
用于磨光帶的潤滑劑分低黏度（稀油）與高黏度（稠油）兩類，前者主要用于防止被磨軟金屬與磨料粘結和磨屑在磨帶上滯留；后者起降低被磨件表面粗糙度、延緩磨屑堵塞和散熱作用。使用潤滑劑時應少加、勤加，不要使用易著火的低閃點潤滑劑。
2.1.6 磨光的注意事項
1.磨料粒度
磨料粒度選擇要得當。在進行磨光操作時，應根據金屬部件的表面狀態、要求的表面質量選擇適宜的磨料粒度，否則將達不到工藝要求。
2.磨光輪
使用磨光輪應該注意以下問題：
表2-12 磨光帶磨光的推薦工藝
1）形狀、切削量、硬度、表面粗糙度等不同的零部件，磨光輪的選用是不同的，忌用一種磨光輪。硬度高和形狀簡單、表面粗糙度值大的零部件應采用較硬的磨光輪，以保證工作效率；硬度低（如非鐵金屬）和形狀復雜、切削量小的零部件，忌用硬磨光輪，而必須采用軟磨光輪，以避免造成被加工零部件的幾何形狀變化。
2）磨光輪轉速忌與磨光效果不匹配。磨光效果與磨光輪的旋轉速度有密切關系。被磨光零部件材料越硬、表面粗糙度值越小時，磨光輪的圓周速度應該越大，否則生產率低。
3.磨光帶
使用磨光帶應該注意以下問題：
1）磨光帶應保存在陰涼環境中，忌靠近熱源，否則會使磨光帶變脆。
2）用合成樹脂粘結的磨光帶若太干燥，可在水中浸泡15～20min，然后使其自然干燥。忌在受力狀況下干燥，否則磨光帶會被拉長甚至被拉壞。
3）用骨膠或皮膠粘結的帶子忌受潮，否則磨料會脫落。