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轮（或磨光带），将被加工零件表面粗糙不平的地方削平，使其平坦、光滑的过程。磨光可去掉零件表面的毛刺、锈蚀、划痕、焊瘤、焊缝、砂眼、氧化皮等各种宏观缺陷，以提高零件的平整度和电镀质量。磨光可根据零件表面状态和质量要求进行一次磨光和几次（磨料粒度逐渐减小）磨光，最后达到需要的表面粗糙度。磨光适用于加工一切金属材料和部分非金属材料。磨光效果主要取决于磨料的特性、磨料的质量、磨光轮的刚性和韧性以及轮轴的旋转速度。
2.1.1 磨光过程
磨光用的工具是粘有磨料的磨光轮或磨光带。粘在磨光轮或磨光带上的磨料颗粒具有很高的硬度和锋利的棱面。每一个磨粒相当于一个刀齿，每一个棱角相当于一个刃口，无数个细小的磨粒相当于无数个刀齿和刃口，它们不规则地分布在磨光轮或磨光带表面。当磨光轮或磨光带高速旋转时，每一个磨粒都将基体表面刮掉一小片或划出一条刻痕，无数个刃口重复着相同的刮刻过程，经过一定时间加工，最终将基体表面的划痕、砂眼，氧化皮等宏观缺陷打磨干净，使工件平整、光滑。
在磨光过程中还有可能产生：
1）摩擦热。在基体被磨粒磨光的过程中，基体表面会产生弹性变形及塑性变形，并且产生大量的摩擦热，这可能使基体表面产生蓝黑色的氧化膜，使工件变形甚至烧伤。
2）磨粒再生。磨粒与基体表面强烈摩擦，除使基体表面被磨掉一层外，磨粒的棱角也被磨平而变钝，这将降低磨粒对基体表面的刮削能力，摩擦力也随之增大，磨粒受力也增大，导致磨粒破碎，从而产生许多新刃口，使磨粒“再生”。
除个别圆形或规则工件外，磨光操作一般情况以手工为主。手工处理主要是指人工手持铲刀、钢丝刷、砂纸、磨光轮、磨光带、抛光轮的磨光操作。机械处理主要是指抛丸、喷砂等方法。
2.1.2 磨料
1.磨料的选择
凡是具有较高硬度、切削能力和一定强度、韧性的天然矿物（如石英砂、浮石、氧化铁红等）或人工制造的金刚砂、刚玉等材料均可制成磨料。应根据工件材质、表面原始状态及磨光后的质量要求选择磨料种类及粒度。常用磨料的特性及用途见表2-1。固结磨具用磨料粒度组成见表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
粗磨料的粒度用筛分法测定，下面以F20粗磨粒为例说明表2-2的应用实例。取F20磨粒，全部磨粒应通过最粗筛（筛孔为1.70mm）。全部磨粒可通过粗粒筛（筛孔为1.18mm），但该筛筛上物不能多于20%。筛孔为1.00mm的筛上物至少应为45%，但允许磨粒100%通过筛孔为1.18mm的筛而留在筛孔为1.00mm的筛上。通过筛孔为1.18mm的筛而留在筛孔为1.00mm和850μm筛上的磨粒总和至少应为70%。因此，如果筛孔为1.00mm的筛上物为45%，则筛孔为850μm的筛上物至少应为25%。对最细号筛（筛孔为710μm）的筛上物数量未作规定，但通过筛孔为710μm的筛的磨粒不允许超过3%。
微粉包括F系列微粉和J系列微粉两个系列，粒度号前分别有冠以字母“F”和字符“#”。F系列微粉各粒度号的规定值见表2-3（适用于光电沉降仪，对应于94%值）和表2-4（适用于沉降管粒度仪，对应于95%值）。J系列微粉各粒度号的规定值见表2-5（适用于沉降管粒度仪，对应于94%值）和表2-6（适用于电阻法颗粒计数器，对应于94%值）。ds是用沉降法测得的粒径，称为斯托克斯（Stokes）粒径，dv是用电阻法测得的粒径，称为等效体积（Volume）粒径。
表2-2 F4～F220粗磨粒粒度组成
表2-3 F230～F2000微粉的粒度组成（光电沉降仪）
表2-4 F230～F1200微粉的粒度组成（沉降管粒度仪）
表2-5 #240～#3000微粉的粒度组成（沉降管粒度仪）
（续）
表2-6 #240～#8000微粉的粒度组成（电阻法颗粒计数器）
粗磨用粗粒度，精磨用细粒度，粗磨、中磨和精磨的应用见表2-7。电镀预处理磨光时，一般先用人造金刚砂或刚玉等较硬的粗磨料粗磨。再用细粒的金刚砂、浮石等进行细磨，依次加大磨粒号数，由粗到细分几道工序进行磨光。
表2-7 粗磨、中磨和精磨的应用
（续）
2.磨光速度的选择
磨光轮（或磨光带）旋转的圆周速度与磨光效果关系密切，应根据基体的材料种类和对表面的质量要求选择磨光速度。基体材料越硬，对表面质量要求越高，磨光速度应该越大。但过大的圆周速度会使磨光轮的使用寿命降低：而磨光速度太小时，生产率低，表面质量差。磨光轮的圆周速度可按下式计算：
式中 v——圆周速度（m·s-1）；
d——磨光轮直径（m）；
n——磨光轮转速（r·min-1）；
π——圆周率，π＝3.1416。
由式（2-1）可知，增大磨光轮直径和提高转速都可以提高圆周速度。表2-8给出了不同基体材料适宜的磨光速度。表2-9给出了圆周速度与磨光轮直径及转速的关系。
表2-8 不同基体材料适宜的磨光速度
表2-9 圆周速度与磨光轮直径及转速的关系
2.1.3 磨光轮
1.磨光轮的结构
磨光轮是用棉布、特种纸、毛毡、尼龙、皮革或其他纤维制成的圆片外包上皮革，用压制法、胶合法或缝合法制成的。这些材料使磨光轮有一定的弹性。
2.磨光轮的种类
根据所用材料的不同，磨光轮分为软轮和硬轮两种。基体材料硬、形状简单时，选用硬轮磨光；基体软、形状复杂时，选用弹性大的软轮磨光。磨光轮的规格见表2-10。
表2-10 磨光轮的规格
2.1.4 磨光带
磨光带由安装在电动机轴上的接触轮带动。另一从动轮使其具有一定的张力，从而对基体进行磨光。
1.磨光带的结构
磨光带由衬底、粘结剂和磨料三部分组成。衬底用1～3层不同类型的纸或布制成；粘结剂一般用合成树脂、骨胶或皮胶；磨料则按需要选用。
2.磨光带磨光的优点
1）磨削面积大，因此磨光带比磨光轮使用寿命长。操作时磨光带的工作面不断变化、冷却快。便于手持工件，工件的温度也较低，因此变形小。
2）用接触轮来调节磨光带的松紧，可对不同工件进行磨光。
3）使用很软的半充气接触轮，可磨光形状复杂的工件。
4）采用合成树脂粘结磨料的磨光带，可进行湿磨。
3.接触轮
采用不同的材料可制造出不同种类、不同用途的接触轮。接触轮越硬，基体表面的磨削量越大；基体表面越粗糙，磨光带上的磨料损耗越快。常用接触轮的种类、特性及其应用见表2-11。
表2-11 常用接触轮的种类、特性及其应用
（续）
①除序号1外，都是橡胶硬度。
②也可用硬橡胶制作轮毂，软橡胶制作轮壳。
③根据帆布密度的不同，可制成软、中、硬的轮子。
4.磨光带磨光工艺参数的选择
根据基体材料、形状及表面状态，选择磨光带、接触轮及其他工艺参数。表2-12给出了磨光带磨光的推荐工艺，除此之外，采用磨光带磨光时还应注意调整磨光带的张力，用硬接触轮时，磨光带要张紧些；用软接触轮时，应松一些，否则会失去软接触轮的柔软作用，容易划伤基体。
2.1.5 磨光润滑剂
为了防止软金属与磨料粘结，降低被磨件的表面粗糙度，延长磨光轮（或磨光带）的寿命，磨光时常在轮或带上涂覆润滑剂。润滑剂的选择主要由被磨光金属的类型和所要求的表面粗糙度决定。磨光轮用的润滑剂一般由动物油、脂肪酸和蜡制成，其熔点较低，有时也可用抛光膏代替。
用于磨光带的润滑剂分低黏度（稀油）与高黏度（稠油）两类，前者主要用于防止被磨软金属与磨料粘结和磨屑在磨带上滞留；后者起降低被磨件表面粗糙度、延缓磨屑堵塞和散热作用。使用润滑剂时应少加、勤加，不要使用易着火的低闪点润滑剂。
2.1.6 磨光的注意事项
1.磨料粒度
磨料粒度选择要得当。在进行磨光操作时，应根据金属部件的表面状态、要求的表面质量选择适宜的磨料粒度，否则将达不到工艺要求。
2.磨光轮
使用磨光轮应该注意以下问题：
表2-12 磨光带磨光的推荐工艺
1）形状、切削量、硬度、表面粗糙度等不同的零部件，磨光轮的选用是不同的，忌用一种磨光轮。硬度高和形状简单、表面粗糙度值大的零部件应采用较硬的磨光轮，以保证工作效率；硬度低（如非铁金属）和形状复杂、切削量小的零部件，忌用硬磨光轮，而必须采用软磨光轮，以避免造成被加工零部件的几何形状变化。
2）磨光轮转速忌与磨光效果不匹配。磨光效果与磨光轮的旋转速度有密切关系。被磨光零部件材料越硬、表面粗糙度值越小时，磨光轮的圆周速度应该越大，否则生产率低。
3.磨光带
使用磨光带应该注意以下问题：
1）磨光带应保存在阴凉环境中，忌靠近热源，否则会使磨光带变脆。
2）用合成树脂粘结的磨光带若太干燥，可在水中浸泡15～20min，然后使其自然干燥。忌在受力状况下干燥，否则磨光带会被拉长甚至被拉坏。
3）用骨胶或皮胶粘结的带子忌受潮，否则磨料会脱落。