2.6 成批光饰
成批光饰（研磨光饰）是将被处理的零件与磨料、磨液和水一起放在专用的容器里进行表面加工的工艺方法。它用于除锈、脱脂、去毛刺、使锐角与棱边倒圆、降低表面粗糙度值等。
成批光饰的特点是一次可以处理很多零件，效率高，质量稳定，成本较低，可用于多种形状的金属或非金属零件的光饰加工。根据工艺方法的不同，成批光饰可分为普通滚光、振动光饰、离心滚光、离心盘光饰、旋转光饰等。不同成批光饰方法的比较见表2-61。
表2-61 不同成批光饰方法的比较
除以上5种成批光饰工艺外，还有振动旋转滚光、往复式光饰、化学加速离心滚光、电化学加速成批光饰等工艺方法，但目前应用较少。
2.6.1 磨削介质
成批光饰大都采用湿态抛光，使用的磨削介质由磨料、磨液（化学促进剂）和水组成。有时也采用干态抛光，此时磨削介质只采用磨料。
1.磨料
（1）天然磨料 用得最多的天然磨料是金刚砂，它的硬度高，磨削能力强。其他天然磨料有花岗岩、大理石和石灰石的颗粒，以及建筑用的河砂等。后几种因强度低，使用时容易破碎，寿命短，且容易产生堵塞，用得较少。
（2）烧结磨料 常用的烧结磨料以氧化铝和碳化硅为主，其磨削能力比天然磨料高，可获得光饰质量很高的表面。
（3）预成形磨料 这类磨料有两种类型：一种是烧制的陶瓷磨料；另一种是用树脂粘结的磨料。这类磨料可制成圆形、方形、三角形、圆锥形、圆柱形等。每种形状的磨料都有大小不同的几种规格。
（4）钢质磨料 可使用硬质钢珠、钉头或型钢头作磨料，它们的强度高，使用时不易破碎，光饰质量好。
（5）动植物磨料 常用的有玉米芯、胡桃壳、桃核、锯末、碎毛毡和碎皮革。它们主要用于干法热滚磨，对已光饰处理过的零件进行最后的抛光干燥。有时也可与前面的磨料混合使用。
应根据被加工零件的基体材料及抛光要求来选择磨料的类型、形状和颗粒大小，通常还需要试验抛光（研磨）效果后才能最后决定。
通常金属零件抛光时采用硬质磨料，塑料等软质零件抛光时采用动植物磨料和硬质磨料的混合物。对光饰质量要求高的表面进行抛光时，应使用形状比较圆滑的磨料。磨料颗粒应接近零件内孔的1/3，但不能太小，以免孔被磨料堵塞。
为提高光饰效果和生产率，应选择合适的磨料与零件的体积比。若比值过低，则表面光饰质量不好；若比值过高，则效率低。可根据被抛光零件的材质和形状按表2-62给出的数据计算合适的磨料与零件的体积比。根据给定因素，从表中查得与某一因素对应的值，然后相加，所得的和就是磨料与零件的体积比。如果遇到较难处理的情况，则可适当加大比值，并通过试验选定磨料与零件的体积比。
表2-62 普通滚光与振动光饰的磨料与零件体积比
2.磨液
通常采用中性或弱碱性的清洗剂作磨液，也称为化学促进剂。常用的磨液是肥皂、皂角粉、洗衣粉及表面活性清洗剂，应根据不同的基体材料选用相应的磨液。湿态光饰时磨削介质中才加磨液，其作用为：①使零件和磨料更清洁；②使零件和磨料表面润滑，防止磨料粘结成团；③防止零件和磨料生锈。
2.6.2 普通滚光
普通滚光是使成批零件与磨削介质一起在滚筒中作低速旋转，靠零件和磨料的相对运动进行光饰处理的过程。滚光时，零件各部位的磨削程度不一样，其顺序是锐角﹥棱边﹥外表面﹥内表面，零件上深的小孔内表面很难滚光。滚光设备成本低，但滚光时间长，主要适用于小型零件。
1.滚筒
滚筒从形状上可分为圆柱形和多边棱柱形两种，以多边棱柱形滚筒较好。由于多边棱柱形滚筒的筒壁与中心轴的半径各处不同，因此零件随筒壁旋转时有很大的角度变化，在筒中经常变换位置、相互碰撞和摩擦的机会增多，可缩短滚光时间，提高滚光质量，故目前采用较多。
滚筒的大小主要按滚筒的直径和长度区分，直径可在300～800mm变化，长度可在600～800mm或800～1500mm变化。在条件允许的情况下，应尽量选择大滚筒。由于装载量大、压力大、摩擦力大，可缩短滚光时间，提高生产率。但装载量也不能太大，否则会划伤零件。为了提高产量，不能无限制地加大滚筒直径，而是加长滚筒长度，这样既可加大容积，又不致划伤零件。常用的滚筒有以下几种。
（1）倾斜式开口滚筒 这种滚筒是多边形棱柱体，倾斜安装，工作时滚筒绕与水平面成一定倾角的中心线转动。磨光能力差，用于轻度滚光。有时将木屑或其他吸水材料与零件一起滚动，对零件有干燥作用。
（2）卧式封闭滚筒 这种滚筒为六边形或八边形棱柱，零件与磨削介质从开口处装入后，盖紧密封盖，绕水平轴旋转滚光。这种方式应用最广。
（3）卧式浸没滚筒 这种滚筒也是卧式安装，筒体可为圆柱形或六边至八边棱柱形，简体表面钻有很多孔。工作时滚筒浸没在装有磨削介质的槽中绕水平轴转动。其特点是滚磨下来的锈蚀及其他污物很容易从筒壁上的孔中流出来，可以减小零件滚光后的清洗工作量。为了防止不同类型的零件混在一起，可将卧式封闭滚筒和浸没滚筒内分成几个隔段，分装不同的零件，同时在一台设备内滚光。
2.滚光参数的选择
滚光参数包括装载量、滚筒转速和滚动时间，可按下述条件选定。
（1）装载量 零件装载量一般占滚筒体积的75%，最少不能少于30%。若装载量过多，则滚筒旋转时，工件与工件和磨料间的相对运动小，滚磨作用弱，滚光时间延长；若装载量太少，则零件间碰撞严重，表面粗糙。
（2）滚筒转速 滚筒转速与磨削量成正比，但转速超过一定数值后磨削量又下降，这是因为滚筒转速过高时，零件在离心力作用下将紧贴在筒壁上。因而减少了零件相互摩擦的机会，产生磨削量减少的结果。滚筒的适当转速应控制在20～45r·min-1，滚筒粗、零件重或壁薄时取转速下限。
（3）磨料与滚光液 为了使零件表面，特别是表面的低凹处获得光泽，滚光时加入磨料。常用的磨料有铁屑、钉头、石英砂、碎皮革、浮石、陶瓷片等。磨料的尺寸接近零件孔径的1/3较好。滚光铜制零件和钢铁零件的磨料应分开存放，不能混用。若零件表面有少量油污，滚光时可加入少量的碳酸钠、肥皂、皂角粉、洗衣粉、金属清洗剂或乳化剂等。若零件表面有锈蚀，则可加入稀硫酸或稀盐酸。零件装载量加上磨料和溶液的总体积应等于滚筒体积的80%～90%。不同金属材料常用的滚光液配方及工艺条件见表2-63。
表2-63 不同金属材料常用的滚光液配方及工艺条件
为了降低小零件的表面粗糙度值，先将小零件脱脂、浸蚀后，再加下述配方的滚光液，进行干式滚光，效果较好。干式滚光液配方如下：
棉花籽 60%～80%（质量分数）
氧化铁红（主要成分是Fe2O3） 5%（质量分数）
木屑（或谷壳） 15%～18%（质量分数）
油酸 1%～2%（质量分数）
（4）滚光时间 根据零件表面的原始状态和滚光后的质量要求，确定滚光时间，可在几小时到几天变化。通常根据经验选定，经试验后最后确定，以下是滚光的经验时间。
钢质冲压件 2～8h
铸钢件 30～40h
机械加工件 2～4h
灰铸铁件 50～80h
非铁金属铸件（如黄铜） 10～15h
2.6.3 振动光饰
振动光饰是在滚筒滚光基础上发展起来的普通光饰方法。其设备主要是筒形或碗形容器及振动装置。振动光饰时，把零件放在装有弹簧的筒形或碗形开口容器内，通过振动装置使容器上下和左右振动，从而使零件与磨削介质相互摩擦完成光饰加工任务。为了使容器振动，可在容器底部装上电动机，用电动机带动有偏置重块的驱动系统来实现；还可采用工作频率为50～60Hz的电磁系统来产生振动。配备出料装置，利用电动机的正反运转，通过配备的筛选设备，将磨料分离出去，工件自动排出。
振动光饰的效率比普通滚光高得多，适用于加工较大的零件，且可在加工过程中检查零件的表面质量。振动光饰不适于加工精密和脆性零件，也不能获得表面粗糙度值很低的表面。振动光饰的质量取决于振动频率和振幅。振动频率的范围是15～50Hz，通常采用20～30Hz；振幅的范围是2～20mm，一般采用3～6mm。常用的振动光饰机有筒形振动机和碗形振动机两种。
1.筒形振动机
有三种结构的筒形振动机，如图2-5所示。U形筒振动机筒体（图2-5a）的上下口径一致，用装在筒底的单轮驱动。这种形式的振动机工作时部分零件易产生回流现象，造成不均匀流动。为了避免这种现象，对U形筒振动机作了如图2-5b、c所示的改进。改进后振动机筒体的口径均小于筒的直径，这对减少零件运转时的回流有一定作用。对产生振动的驱动系统也作了较大的改动，将单轮改为两个转动轮，从而使零件和磨料介质运动更加均匀，磨削作用更快；用偏心轮代替了偏置重块，从而可得到比较大而稳定的振动；将偏心轮安放在筒底两侧或筒体上部两侧，这样筒的振动力和稳定性更高。图2-5b、c所示的两种筒形振动机工作时，零件按图中箭头指示方向不断旋转，不产生回流现象，磨料与工件间的相对摩擦较均匀，光饰效果较好。可抛光长12m、宽2m的大型零件和形状复杂的零件。在加工过程中，可方便地检查抛光质量，并随时更换零件。
图2-5 筒形振动机结构示意图
a）U形 b）球状锁眼形 c）直下锁眼形 1—筒体 2—弹簧 3—带偏重的驱动系统
2.碗形振动机
将一个碗形或轮胎形的容器安装在弹簧上，由容器中心垂直轴上的偏置重块将振动传给容器，使零件和磨料在容器中以一定方向作螺旋运动，从而达到光饰的目的。碗形振动机又分为平底型和非平底型两种，其结构如图2-6所示。与筒形振动机相比，这种振动机的振动磨削作用比较柔和，因此可以得到表面粗糙度值更低的洁净表面，但效率要低一些。当在装有挡料圈和过滤筛网的碗形振动机上加工零件时，零件和磨削介质在碗形容器中磨削运行一周抵达挡料圈处时，便被运送到过滤筛网上，从而可使零件和磨料介质自动分开。
图2-6 碗形振动机结构示意图
a）装有偏置重块的平底型振动机 b）装有挡料圈的非平底型振动机
2.6.4 离心滚光
离心滚光是在普通滚筒滚光基础上发展起来的高能表面整平方法。离心滚光示意图如图2-7所示。它是在一个转塔里放一些装着零件和磨削介质的转筒，工作时，转塔高速旋转，转筒将以较低的速度反方向旋转。转塔旋转时可产生0.98N的离心力，此力使转筒中的零件和磨料压在一起，而转筒的旋转则使磨料与零件相互摩擦，从而达到去毛刺和表面光饰的目的。
图2-7 离心滚光示意图
离心滚光的特点与适用范围如下：
1）大大缩短了加工时间，通常只有普通滚光和振动光饰加工时间的1/50。
2）离心滚光时，零件之间的碰撞小，不同批次的抛光质量一致性好，即使是易碎的零件也能保持高的尺寸精度和表面光饰质量。因此，高精度零件宜采用这种方法进行光饰加工。
3）这种方法的突出特点是能使零件表面产生高的压应力，从而能提高零件的疲劳强度。这一特点对轴承、飞机发动机零件、弹簧、压缩机和泵的零件等很有意义。比用其他方法加工后再作喷丸处理效果要好得多，且成本低，效率高。
4）当工艺条件相同时，不同批次加工的零件，其表面质量一致。故适用于表面质量要求较高的大批量零件的加工。
5）离心滚光设备的旋转速度可变，改变转塔和转筒的旋转速度，便可得到不同的磨削效果。这样就扩大了适用范围，可以加工多种多样的零件，还可以一次分步对多种要求的同种零件进行加工。例如，某种零件需去毛刺并对表面进行光饰时，就可以用控制转塔、转筒旋转速度的办法把两种加工合在一起分步进行。选用硬而低磨损的磨料介质，当高速旋转时，可起到去毛刺的作用，而降至低速旋转时，就能起到光饰表面的效果。
离心滚光的缺点是只能处理小零件，加工过程中不能检查零件加工质量，且设备成本高。如果采用普通滚光或振动光饰在1h内能获得满意的加工质量，则采用这两种方法是经济的；如果用上述方法的加工时间很长，或被加工的零件种类很多，或要求零件表面有高的压应力，或加工的零件很精密，则采用离心滚光工艺更经济。
2.6.5 离心盘光饰
离心盘光饰也属于高能光饰方法。其设备结构与工作原理如图2-8所示。离心盘光饰机的主要结构部分是圆柱形容器、碗形盘和驱动系统。圆柱筒固定不动，在它的下部装有一个由驱动系统带动、能高速旋转的碗形盘。将磨料和介质放入筒内，工作时由于盘的旋转，装载物沿着筒壁向上运动，其后又靠零件的自身重量从筒的中心滑落到盘中部，如此反复使装载物呈圆筒形运动，从而对零件产生磨削光饰作用。加工完毕后装载物从盘的侧门放出，用筛网或磁盘将零件与磨料介质分开。
图2-8 离心盘光饰的设备结构 与工作原理示意图
使用这种设备的关键是控制碗形盘与圆柱筒之间的间隙，缩小或加大间隙，便可分别处理大小不同的零件。间隙越小，能抛光的零件越小，使用的磨料越细。
离心盘光饰的特点是光饰速度快，可与离心滚光相比，但光饰质量却与振动光饰相当。如果振动光饰的时间超过45min，则选用离心盘光饰更为适宜。此外，它采用开口容器，因此可在加工过程中对零件的加工质量进行检查。
2.6.6 旋转光饰
旋转光饰设备的主要结构是旋转筒（容器）、固定零件转轴，其运行由控制装置进行控制。旋转光饰的原理如图2-9所示。把要加工的零件固定在转轴上，并浸入盛有磨料介质的旋转筒内，零件表面由于受到快速运动的磨料介质的磨削作用而达到光饰的目的。
图2-9 旋转光饰原理示意图
旋转光饰所用的磨料种类较多。用湿法光饰时最常用的是氧化铝矿砂，工作时加入矿砂后，再从筒中心上部的管道中通入水和磨液进行湿法光饰。如果进行干态加工，则采用细磨料与玉米芯、胡桃壳等的混合磨料介质，其加工时间很少超过20min，一般在30s以内。
这种方法是将零件单个固定在转轴上进行加工，故不会有相互碰撞的可能。因此，这种方法很适合于加工齿轮、链轮、轴承保持架等精密度高而且怕碰撞的零件，可对其很好地去除毛刺，倒圆棱角，并获得精细的表面。但这种设备较复杂，成本较高，其加工效率较低，一般只适用于其他成批光饰设备不能满足要求的情况。