WO2000027586A1 - Procede de polissage plastique par pression uniforme - Google Patents

Description

等压塑性研磨法 发明领域

本发明涉及一种对金属工件的研磨加工方法， 尤指一种等压塑性研磨法。 技术背景

利用振动研磨技术对工件进行细切削抛光处理的加工技术早已为人熟知， 其 主要是将液态研磨剂与研磨粒放人振动研磨机的研磨槽室中， 藉研磨机上配有偏 重块的振动马达， 产生特定角度的振动力， 促使研磨槽室中的研磨剂、 研磨粒与 待磨工件间产生扰动碰撞式的研磨切削作用， 使工件表面得平整光滑， 而达到抛 光研磨的效果。

然而， 在上述振动研磨的已知技术中， 振动马达所能产生振动角度范围的配 置技术极其重要， 因为良好的设计可使研磨槽室中的工件、 研磨粒与研磨剂三者 间取得三维涡流扰动式的碰撞研削效果， 有助于提高研削工件品质。

然而， 目前最顶极的三维振动研磨技术中仍具有难于克服的技术障碍， 因为 再好的三维振动研磨技术， 均难以对工件上的轴孔或细缝处进行研磨抛光； 同时 对于一些硬度较高的金属或合金粗坯及表壁又具有棱角、 棱线等部位的工件， 在 为了能够取得整体三维造型壁表的研磨光滑度的同时， 势必难以保持棱角、 棱线 的原有精锐度； 更甚者， 针对一些具有较复杂的三维艺术轮廓形体 (指表壁凹凸不 规则)的批量生产工件， 难以应用振动研磨技术对其进行研磨抛光的加工， 亦是本 技术领域所周知的技术障碍。

造成以上难以采用已知的三维振动研磨技术来研磨工件的轴孔、 细缝， 或是 复杂轮廓形体工件的问题， 并非仅出现于研磨粒及研磨剂等材料的选配工作上， 事实上， 其最大的问题是在已知振动研磨技术中， 该研磨槽内接受三维振动的工 件、 研磨粒与研磨剂三者间， 是为产生不等压的扰动碰撞现象， 进而达到研磨切 削的效果； 但是该切线式扰动研磨在不等压的环境中， 将使研磨粒难以进人轴 孔、 细缝内形成切线速， 亦即轴孔、 细缝内缺乏足够的空间， 供给研磨粒产生切 线速的碰撞研磨， 这是已知的振动研磨技术无法对工件的轴孔、 细缝或异形工件 进行研削拋光的主要原因。 另外， 具有切线速度的振动研磨， 经常会对工件上一 些具有尖锐棱角、 棱线的部位造成撞伤及碰伤； 此外， 金属或合金硬度过高的工 件， 在利用具有切线速的振动研磨方式加工时， 由于工件硬度高， 且是在不等压 的环境下进行研磨， 导致摩擦系数严重不足， 因而经济效益低。

1 发明概述

本发明的目的， 就是要解决传统振动研磨技术中难以针对工件的轴孔、 细 缝， 以及异形轮廓体表的工件进行研磨的困扰， 进而提供一种运用等压及超声波 振动二大作用要素相融合所产生的等压塑性研磨方法， 以便针对各款简单轮廓或 具有尖锐棱角、 棱线、 细缝、 轴孔等复杂轮廓形体的工件， 在超声波的 Blaha效 应配合下， 降低金属或合金的应力及张力， 进行全域性工件体表的等压研磨、 即 拋光操作， 并进而提高其研磨的精度品质与效率。

为实现此目的， 本发明的一种等压塑性研磨法， 是实施于一积层式高压容器 内， 可自外界加压注人液态研磨剂， 并可于容器内的研磨剂中置人研磨粒， 及利 用一栏网载装待磨的金属或合金工件一同置人容器内， 同时利用超声波振动手 段， 达到等压塑性研磨的作用。

在该等压塑性研磨方法中， 必须藉外力将容器内研磨剂的液压提高至一定 值， 藉由巴斯卡原理， 在该金属或合金工件的全域性壁面上产生等方加压作用 力， 促使高压研磨剂与研磨粒对该工件产生全域性的等压研磨， 同时在该容器内 经由超声波振动而产生 Blaha (布拉哈)效应， 降低金属或合金工件上的应力及张 力， 以提高工件的塑性成型性， 因而降低工件的硬度， 并且在工件上产生超声波 振动的全域性空化效应， 使工件全域壁面上皆一同被研磨整平至所需尺寸精度， 形成等压塑性研磨具有棱角、 棱线、 轴孔、 细缝或是异形轮廓工件的特有方法。

其中容器内具有产生超声波振动的能力， 是因为在容器的内壁设置有振动元 件。

综上所述， 本发明的一种等压塑性研磨法， 特别是指能够应用于研磨具有三 维造型的较硬质金属或合金工件的方法， 其包含用一可承受高压及产生超声波振 动的容器， 在此容器内置入待磨工件以及所需的研磨粒与研磨剂， 然后将研磨剂 的液压增强至一定值， 使工件表层间皆能受到研磨剂带动研磨粒的等压推力 (Pascal 原理)作用， 并配合容器内产生超声波振动力的附加作用， 促使已受到等 压作用的金属或合金工件的应力及张力皆大为降低 (g卩 Blaha效应)， 再经由超声 波振动所形成的空化效应 (即 Cavitation效应)以及在等压环境下，促使研磨剂与研 磨粒对工件产生较佳的研磨效果。

本发明的技术具有以下的特点：

1、 运用 Pascal (巴斯卡)原理， 提高容器内研磨剂的液压， 促使容器内的研磨 粒、 研磨剂与工件体表三者间形成等压凝聚的作用力， 利用此等压作用力， 促使 工件的全部壁面 (包含细缝、 轴孔及其他异形轮廓的壁面)皆能一同承受研磨剂与 研磨粒的等方均匀施压， 以将研磨工件的有效范围增加成为全域性的研磨。

2、 运用超声波振动所产生的 Blaha (布拉哈)效应， 以降低金属或合金工件壁 面上的应力及张力， 并藉此增加塑性， 因而降低硬度， 促使工件的塑性研磨性更 佳。

3、 结合工件全域壁面上所受到的等压作用力， 以及高振频的超声波振动力 (指音波强度)的共同作用下， 可有效降低工件全域壁面上的应力及张力， 因而促 使工件硬度大为降低， 并有效地接受研磨粒与研磨剂的全域摩擦， 亦即在工件壁 面上产生全域性的 Cavitation (空化)效应相配合， 以提高研磨抛光工件整体轮廓的 尺寸精度及效益。 附图的简单说明：

有关本发明的技术内容与实施例， 兹配合附图说明如下：

图 1是本发明所使用的容器构造示意图； 较佳实施例的描述

请参阅图 1所示， 本发明所揭示的等压塑性研磨法， 是实施于一高压容器 1 内， 此容器 1的内壁设置有超声波振动元件 11， 以及容器 1顶端的容器盖 10 , 容器 1底端并设有一流体增压口 12。 其间该容器的周围壁面皆是采用积层式架 构形成而具有承载极高内压作用能力 (属采用已知技术所能完成的技术)。 且流体 增压口 12， 是供给作为自外界注人高压液体研磨剂 3的孔道使用； 其高压注入 研磨剂 3的方式 (亦属已知技术)， 是可在流体增压口 12内设置一抗压性极强的止 回阀， 使与外界强压施力的研磨剂传送管相组接， 进而对容器 1内进行单向给送 高压研磨剂的运作， 促使容器 1内具备有提增液压以及产生超声波振动的双重能 力。

将研磨粒置入容器 1内， 并利用一栏网 5载装待磨工件 2—同置人容器 1内 (在图 1中的栏网 5内仅以载装一只工件 2作为放大的标示，事实上可在栏网 5内 同时载装多个待磨工件 2), 藉外力自流体增压口 12注人高压研磨剂 3 , 使容器 1 内的液压能依工件 2的材质、 待研磨量及待研削尺寸精度等状况需求， 而提高至 一定值， 促使容器 1内产生 Pascal原理的等方加压作用力 (如图 1中箭头所示)， 以促进工件 2的全域壁表皆能够受到研磨剂 3与研磨粒 4之间的等压摩擦。

在增压完成后， 启动超声波振动元件 11 产生高频率的振荡， 其振动音波强 度 (或称功率)约可调控在 30-95W/cm²之间， 以降低金属或合金工件 2上全域壁面 的应力、 引力及张力， 即形成所谓的 Blaha效应， 促使工件的塑性成型性更佳； 如以不锈钢和铍为例， 这两种金属在无超声波振动的作用场合， 以及在具有高、 低超声波强度 (或称功率)的作用场合， 其应力与应变的变化情形， 是可分别由下 文的图表 1及图表 2见悉， 并可得以证实，亦即随着超声波强度与应变量的增高， 可使不锈钢及铍甚至于其他金属或合金的应力大幅降低， 因而提高其塑性成型 性， 以降低金属或合金的硬度。

【不锈钢】

42

应 ²⁸

力 21

0 0.10 0.20 0.30 0.40

以不锈钢为例在超声波作用场合的

应力及应变显示图

表 1

【铍】

42

7

0.10 0.20 0.30

以铍为例在超声波作用场合的

应力及应变显示图

表 2 在结合工件 2的等压全域作用力以及高振频的超声波强度与振动力的共同作 用环境下， 即可促使应力及张力逐渐降低的工件 2壁面， 有效地再去接受研磨粒 与研磨剂 3的全域研磨， 进而促使工件 2壁面上产生全域性的 Cavitation (空化) 效应， 藉此提高研磨抛光工件的尺寸精度及效益。

在前述增加容器 1内压至所需定值的压力范围时， 该研磨剂 3的选配可以有 如下的选择：

1、 当容器的内压在 6000kgf/cm²以下时， 可用水作为研磨剂。

2、 当容器的内压在 6000kgf/cm²以上时， 可用乙二醇或甘油与甲醇的混合液 等作为研磨剂 (因水做压媒时， 在压力超过 6500kgf/cm2时将会凝固)。

3、 当容器的内压在 15000kgf/_Cm ²时， 采用汽油来作研磨剂 (因在此压力下汽 油不会固化)。

而前述的研磨粒 ⁴ 是依据研磨工件 2 的硬度， 而在研磨剂 3 中选择加人 # 800-3000(Mesh目）的高硬度研磨粒 4 ,如选用 Al₂O₃、 SiC 、 SiO₂ , B₄C…等 等作为研磨粒 4 。

总结上述内容， 本发明是在一容器 1中利用高压的液态研磨剂 3以及研磨粒 4 , 对工件 2表面产生一全域性的等压作用力， 并藉由超声波振动所形成的 Blaha 效应与 Cavitation效应的双重配合下， 可以使该金属或合金工件 2的应力降低， 张力减小， 塑性成型性提高， 进而达到可研磨较硬质的各款金属或合金工件 2的 目的， 同时亦可达到研磨具棱角、 棱线、 轴孔、 细缝或是具有复杂轮廓形体的异 形工件的全域塑性研磨目的， 并提高研磨抛光的效益， 同理， 本技术领域中的普 通技术人员在了解本发明的技术特征之后， 所作的不脱离本发明构思的任何改 变， 均应属于所附权利要求书中所限定的本发明范围。

Claims

权 利 要 求 书

1 ·一种等压塑性研磨法， 其特征在于： 于一积层式高压容器 (1)内， 自外界加 压注人液态研磨剂 (3), 并藉外力将容器 (1)内的研磨剂 (3)的液压提高至一定值， 并于容器 (1)内的研磨剂中置人研磨粒 (4)， 及利用一栏网 (5)载装待磨的金属或合 金工件 (2)—同置入容器 (1)内， 同时利用超声波振动手段， 实现等压塑性研磨的作 用。

2.如权利要求 1所述的等压塑性研磨法， 其特征在于： 容器 (1)的内壁设置有 使容器 ( 1)内具有产生超声波振动能力的振动元件 (11)。