2.6 成批光飾
成批光飾（研磨光飾）是將被處理的零件與磨料、磨液和水一起放在專用的容器里進行表面加工的工藝方法。它用于除銹、脫脂、去毛刺、使銳角與棱邊倒圓、降低表面粗糙度值等。
成批光飾的特點是一次可以處理很多零件，效率高，質量穩定，成本較低，可用于多種形狀的金屬或非金屬零件的光飾加工。根據工藝方法的不同，成批光飾可分為普通滾光、振動光飾、離心滾光、離心盤光飾、旋轉光飾等。不同成批光飾方法的比較見表2-61。
表2-61 不同成批光飾方法的比較
除以上5種成批光飾工藝外，還有振動旋轉滾光、往復式光飾、化學加速離心滾光、電化學加速成批光飾等工藝方法，但目前應用較少。
2.6.1 磨削介質
成批光飾大都采用濕態拋光，使用的磨削介質由磨料、磨液（化學促進劑）和水組成。有時也采用干態拋光，此時磨削介質只采用磨料。
1.磨料
（1）天然磨料 用得最多的天然磨料是金剛砂，它的硬度高，磨削能力強。其他天然磨料有花崗巖、大理石和石灰石的顆粒，以及建筑用的河砂等。后幾種因強度低，使用時容易破碎，壽命短，且容易產生堵塞，用得較少。
（2）燒結磨料 常用的燒結磨料以氧化鋁和碳化硅為主，其磨削能力比天然磨料高，可獲得光飾質量很高的表面。
（3）預成形磨料 這類磨料有兩種類型：一種是燒制的陶瓷磨料；另一種是用樹脂粘結的磨料。這類磨料可制成圓形、方形、三角形、圓錐形、圓柱形等。每種形狀的磨料都有大小不同的幾種規格。
（4）鋼質磨料 可使用硬質鋼珠、釘頭或型鋼頭作磨料，它們的強度高，使用時不易破碎，光飾質量好。
（5）動植物磨料 常用的有玉米芯、胡桃殼、桃核、鋸末、碎毛氈和碎皮革。它們主要用于干法熱滾磨，對已光飾處理過的零件進行最后的拋光干燥。有時也可與前面的磨料混合使用。
應根據被加工零件的基體材料及拋光要求來選擇磨料的類型、形狀和顆粒大小，通常還需要試驗拋光（研磨）效果后才能最后決定。
通常金屬零件拋光時采用硬質磨料，塑料等軟質零件拋光時采用動植物磨料和硬質磨料的混合物。對光飾質量要求高的表面進行拋光時，應使用形狀比較圓滑的磨料。磨料顆粒應接近零件內孔的1/3，但不能太小，以免孔被磨料堵塞。
為提高光飾效果和生產率，應選擇合適的磨料與零件的體積比。若比值過低，則表面光飾質量不好；若比值過高，則效率低。可根據被拋光零件的材質和形狀按表2-62給出的數據計算合適的磨料與零件的體積比。根據給定因素，從表中查得與某一因素對應的值，然后相加，所得的和就是磨料與零件的體積比。如果遇到較難處理的情況，則可適當加大比值，并通過試驗選定磨料與零件的體積比。
表2-62 普通滾光與振動光飾的磨料與零件體積比
2.磨液
通常采用中性或弱堿性的清洗劑作磨液，也稱為化學促進劑。常用的磨液是肥皂、皂角粉、洗衣粉及表面活性清洗劑，應根據不同的基體材料選用相應的磨液。濕態光飾時磨削介質中才加磨液，其作用為：①使零件和磨料更清潔；②使零件和磨料表面潤滑，防止磨料粘結成團；③防止零件和磨料生銹。
2.6.2 普通滾光
普通滾光是使成批零件與磨削介質一起在滾筒中作低速旋轉，靠零件和磨料的相對運動進行光飾處理的過程。滾光時，零件各部位的磨削程度不一樣，其順序是銳角﹥棱邊﹥外表面﹥內表面，零件上深的小孔內表面很難滾光。滾光設備成本低，但滾光時間長，主要適用于小型零件。
1.滾筒
滾筒從形狀上可分為圓柱形和多邊棱柱形兩種，以多邊棱柱形滾筒較好。由于多邊棱柱形滾筒的筒壁與中心軸的半徑各處不同，因此零件隨筒壁旋轉時有很大的角度變化，在筒中經常變換位置、相互碰撞和摩擦的機會增多，可縮短滾光時間，提高滾光質量，故目前采用較多。
滾筒的大小主要按滾筒的直徑和長度區分，直徑可在300～800mm變化，長度可在600～800mm或800～1500mm變化。在條件允許的情況下，應盡量選擇大滾筒。由于裝載量大、壓力大、摩擦力大，可縮短滾光時間，提高生產率。但裝載量也不能太大，否則會劃傷零件。為了提高產量，不能無限制地加大滾筒直徑，而是加長滾筒長度，這樣既可加大容積，又不致劃傷零件。常用的滾筒有以下幾種。
（1）傾斜式開口滾筒 這種滾筒是多邊形棱柱體，傾斜安裝，工作時滾筒繞與水平面成一定傾角的中心線轉動。磨光能力差，用于輕度滾光。有時將木屑或其他吸水材料與零件一起滾動，對零件有干燥作用。
（2）臥式封閉滾筒 這種滾筒為六邊形或八邊形棱柱，零件與磨削介質從開口處裝入后，蓋緊密封蓋，繞水平軸旋轉滾光。這種方式應用最廣。
（3）臥式浸沒滾筒 這種滾筒也是臥式安裝，筒體可為圓柱形或六邊至八邊棱柱形，簡體表面鉆有很多孔。工作時滾筒浸沒在裝有磨削介質的槽中繞水平軸轉動。其特點是滾磨下來的銹蝕及其他污物很容易從筒壁上的孔中流出來，可以減小零件滾光后的清洗工作量。為了防止不同類型的零件混在一起，可將臥式封閉滾筒和浸沒滾筒內分成幾個隔段，分裝不同的零件，同時在一臺設備內滾光。
2.滾光參數的選擇
滾光參數包括裝載量、滾筒轉速和滾動時間，可按下述條件選定。
（1）裝載量 零件裝載量一般占滾筒體積的75%，最少不能少于30%。若裝載量過多，則滾筒旋轉時，工件與工件和磨料間的相對運動小，滾磨作用弱，滾光時間延長；若裝載量太少，則零件間碰撞嚴重，表面粗糙。
（2）滾筒轉速 滾筒轉速與磨削量成正比，但轉速超過一定數值后磨削量又下降，這是因為滾筒轉速過高時，零件在離心力作用下將緊貼在筒壁上。因而減少了零件相互摩擦的機會，產生磨削量減少的結果。滾筒的適當轉速應控制在20～45r·min-1，滾筒粗、零件重或壁薄時取轉速下限。
（3）磨料與滾光液 為了使零件表面，特別是表面的低凹處獲得光澤，滾光時加入磨料。常用的磨料有鐵屑、釘頭、石英砂、碎皮革、浮石、陶瓷片等。磨料的尺寸接近零件孔徑的1/3較好。滾光銅制零件和鋼鐵零件的磨料應分開存放，不能混用。若零件表面有少量油污，滾光時可加入少量的碳酸鈉、肥皂、皂角粉、洗衣粉、金屬清洗劑或乳化劑等。若零件表面有銹蝕，則可加入稀硫酸或稀鹽酸。零件裝載量加上磨料和溶液的總體積應等于滾筒體積的80%～90%。不同金屬材料常用的滾光液配方及工藝條件見表2-63。
表2-63 不同金屬材料常用的滾光液配方及工藝條件
為了降低小零件的表面粗糙度值，先將小零件脫脂、浸蝕后，再加下述配方的滾光液，進行干式滾光，效果較好。干式滾光液配方如下：
棉花籽 60%～80%（質量分數）
氧化鐵紅（主要成分是Fe2O3） 5%（質量分數）
木屑（或谷殼） 15%～18%（質量分數）
油酸 1%～2%（質量分數）
（4）滾光時間 根據零件表面的原始狀態和滾光后的質量要求，確定滾光時間，可在幾小時到幾天變化。通常根據經驗選定，經試驗后最后確定，以下是滾光的經驗時間。
鋼質沖壓件 2～8h
鑄鋼件 30～40h
機械加工件 2～4h
灰鑄鐵件 50～80h
非鐵金屬鑄件（如黃銅） 10～15h
2.6.3 振動光飾
振動光飾是在滾筒滾光基礎上發展起來的普通光飾方法。其設備主要是筒形或碗形容器及振動裝置。振動光飾時，把零件放在裝有彈簧的筒形或碗形開口容器內，通過振動裝置使容器上下和左右振動，從而使零件與磨削介質相互摩擦完成光飾加工任務。為了使容器振動，可在容器底部裝上電動機，用電動機帶動有偏置重塊的驅動系統來實現；還可采用工作頻率為50～60Hz的電磁系統來產生振動。配備出料裝置，利用電動機的正反運轉，通過配備的篩選設備，將磨料分離出去，工件自動排出。
振動光飾的效率比普通滾光高得多，適用于加工較大的零件，且可在加工過程中檢查零件的表面質量。振動光飾不適于加工精密和脆性零件，也不能獲得表面粗糙度值很低的表面。振動光飾的質量取決于振動頻率和振幅。振動頻率的范圍是15～50Hz，通常采用20～30Hz；振幅的范圍是2～20mm，一般采用3～6mm。常用的振動光飾機有筒形振動機和碗形振動機兩種。
1.筒形振動機
有三種結構的筒形振動機，如圖2-5所示。U形筒振動機筒體（圖2-5a）的上下口徑一致，用裝在筒底的單輪驅動。這種形式的振動機工作時部分零件易產生回流現象，造成不均勻流動。為了避免這種現象，對U形筒振動機作了如圖2-5b、c所示的改進。改進后振動機筒體的口徑均小于筒的直徑，這對減少零件運轉時的回流有一定作用。對產生振動的驅動系統也作了較大的改動，將單輪改為兩個轉動輪，從而使零件和磨料介質運動更加均勻，磨削作用更快；用偏心輪代替了偏置重塊，從而可得到比較大而穩定的振動；將偏心輪安放在筒底兩側或筒體上部兩側，這樣筒的振動力和穩定性更高。圖2-5b、c所示的兩種筒形振動機工作時，零件按圖中箭頭指示方向不斷旋轉，不產生回流現象，磨料與工件間的相對摩擦較均勻，光飾效果較好。可拋光長12m、寬2m的大型零件和形狀復雜的零件。在加工過程中，可方便地檢查拋光質量，并隨時更換零件。
圖2-5 筒形振動機結構示意圖
a）U形 b）球狀鎖眼形 c）直下鎖眼形 1—筒體 2—彈簧 3—帶偏重的驅動系統
2.碗形振動機
將一個碗形或輪胎形的容器安裝在彈簧上，由容器中心垂直軸上的偏置重塊將振動傳給容器，使零件和磨料在容器中以一定方向作螺旋運動，從而達到光飾的目的。碗形振動機又分為平底型和非平底型兩種，其結構如圖2-6所示。與筒形振動機相比，這種振動機的振動磨削作用比較柔和，因此可以得到表面粗糙度值更低的潔凈表面，但效率要低一些。當在裝有擋料圈和過濾篩網的碗形振動機上加工零件時，零件和磨削介質在碗形容器中磨削運行一周抵達擋料圈處時，便被運送到過濾篩網上，從而可使零件和磨料介質自動分開。
圖2-6 碗形振動機結構示意圖
a）裝有偏置重塊的平底型振動機 b）裝有擋料圈的非平底型振動機
2.6.4 離心滾光
離心滾光是在普通滾筒滾光基礎上發展起來的高能表面整平方法。離心滾光示意圖如圖2-7所示。它是在一個轉塔里放一些裝著零件和磨削介質的轉筒，工作時，轉塔高速旋轉，轉筒將以較低的速度反方向旋轉。轉塔旋轉時可產生0.98N的離心力，此力使轉筒中的零件和磨料壓在一起，而轉筒的旋轉則使磨料與零件相互摩擦，從而達到去毛刺和表面光飾的目的。
圖2-7 離心滾光示意圖
離心滾光的特點與適用范圍如下：
1）大大縮短了加工時間，通常只有普通滾光和振動光飾加工時間的1/50。
2）離心滾光時，零件之間的碰撞小，不同批次的拋光質量一致性好，即使是易碎的零件也能保持高的尺寸精度和表面光飾質量。因此，高精度零件宜采用這種方法進行光飾加工。
3）這種方法的突出特點是能使零件表面產生高的壓應力，從而能提高零件的疲勞強度。這一特點對軸承、飛機發動機零件、彈簧、壓縮機和泵的零件等很有意義。比用其他方法加工后再作噴丸處理效果要好得多，且成本低，效率高。
4）當工藝條件相同時，不同批次加工的零件，其表面質量一致。故適用于表面質量要求較高的大批量零件的加工。
5）離心滾光設備的旋轉速度可變，改變轉塔和轉筒的旋轉速度，便可得到不同的磨削效果。這樣就擴大了適用范圍，可以加工多種多樣的零件，還可以一次分步對多種要求的同種零件進行加工。例如，某種零件需去毛刺并對表面進行光飾時，就可以用控制轉塔、轉筒旋轉速度的辦法把兩種加工合在一起分步進行。選用硬而低磨損的磨料介質，當高速旋轉時，可起到去毛刺的作用，而降至低速旋轉時，就能起到光飾表面的效果。
離心滾光的缺點是只能處理小零件，加工過程中不能檢查零件加工質量，且設備成本高。如果采用普通滾光或振動光飾在1h內能獲得滿意的加工質量，則采用這兩種方法是經濟的；如果用上述方法的加工時間很長，或被加工的零件種類很多，或要求零件表面有高的壓應力，或加工的零件很精密，則采用離心滾光工藝更經濟。
2.6.5 離心盤光飾
離心盤光飾也屬于高能光飾方法。其設備結構與工作原理如圖2-8所示。離心盤光飾機的主要結構部分是圓柱形容器、碗形盤和驅動系統。圓柱筒固定不動，在它的下部裝有一個由驅動系統帶動、能高速旋轉的碗形盤。將磨料和介質放入筒內，工作時由于盤的旋轉，裝載物沿著筒壁向上運動，其后又靠零件的自身重量從筒的中心滑落到盤中部，如此反復使裝載物呈圓筒形運動，從而對零件產生磨削光飾作用。加工完畢后裝載物從盤的側門放出，用篩網或磁盤將零件與磨料介質分開。
圖2-8 離心盤光飾的設備結構 與工作原理示意圖
使用這種設備的關鍵是控制碗形盤與圓柱筒之間的間隙，縮小或加大間隙，便可分別處理大小不同的零件。間隙越小，能拋光的零件越小，使用的磨料越細。
離心盤光飾的特點是光飾速度快，可與離心滾光相比，但光飾質量卻與振動光飾相當。如果振動光飾的時間超過45min，則選用離心盤光飾更為適宜。此外，它采用開口容器，因此可在加工過程中對零件的加工質量進行檢查。
2.6.6 旋轉光飾
旋轉光飾設備的主要結構是旋轉筒（容器）、固定零件轉軸，其運行由控制裝置進行控制。旋轉光飾的原理如圖2-9所示。把要加工的零件固定在轉軸上，并浸入盛有磨料介質的旋轉筒內，零件表面由于受到快速運動的磨料介質的磨削作用而達到光飾的目的。
圖2-9 旋轉光飾原理示意圖
旋轉光飾所用的磨料種類較多。用濕法光飾時最常用的是氧化鋁礦砂，工作時加入礦砂后，再從筒中心上部的管道中通入水和磨液進行濕法光飾。如果進行干態加工，則采用細磨料與玉米芯、胡桃殼等的混合磨料介質，其加工時間很少超過20min，一般在30s以內。
這種方法是將零件單個固定在轉軸上進行加工，故不會有相互碰撞的可能。因此，這種方法很適合于加工齒輪、鏈輪、軸承保持架等精密度高而且怕碰撞的零件，可對其很好地去除毛刺，倒圓棱角，并獲得精細的表面。但這種設備較復雜，成本較高，其加工效率較低，一般只適用于其他成批光飾設備不能滿足要求的情況。