研磨
 

为什么需要对表面进行研磨?

几乎每件产品都需要达到最佳的研磨效果

Punched part after grinding Punched part before grinding

来自铣削工艺的加工痕迹、表面缺陷、分型线或整个制造领域(包括传统制造或增材制造(3D打印))工件上的粗糙度:所有这些来自前道工序的缺陷,通常必须在后续加工前对表面进行平整处理。

这一过程通过研磨实现,研磨是工业中最重要的切削加工工艺之一。通过该工艺可提升表面质量并调整粗糙度值。

出于功能性和美观性原因,必须对表面进行研磨以提升其性能,例如在研磨轴承滚子、门把手或铝合金轮毂时,在提升光洁度前通常先对表面进行研磨。

研磨过程中发生了什么?

研磨是一种切削加工工艺,通过研磨工具去除材料,以改善工件的形状、尺寸和表面质量。该过程中使用的研磨介质可实现极细微的切削。

可研磨的材料主要包括金属,如钢、铝、黄铜或钛,以及木材、塑料、玻璃、陶瓷和石材。根据材料特性和目标要求,研磨技术也有所不同。

研磨的基本技术历史悠久,自古以来就被用于表面精加工。自然界中的典范是溪流中被磨光的鹅卵石。

传统研磨还是精加工精加工光整?

对于希望对复杂形状工件进行去毛刺、平整或表面精加工的用户而言,通常面临一个问题:应选择哪种“研磨”工艺?选择取决于多个因素,例如所需的表面外观、材料、几何形状、尺寸和批量。手动或机械研磨特别适用于形状“简单”的、通常为平面的工件,或需要局部精确加工的情况。该工艺精度高,但通常需要较高的人工投入,尤其是在手动操作时。而精加工光整工艺则是一种可自动化的工艺,尤其在大批量生产时具有显著的经济优势。它能均匀加工复杂几何形状的工件,非常适合精细的边缘倒圆或去除毛刺,直至实现均匀的研磨表面。此外,还可针对铝及有色金属使用定制的工艺介质,以实现不同工件的多样化表面目标。

拖拽式研磨与拖曳式研磨——高表面要求下的精加工精加工光整加工

为了使精加工光整工艺也能满足航空航天和医疗技术等高科技领域的需求,必须开发相应的机械技术和加工工艺,以实现对固定单件的精确加工,并避免其在传统精加工光整设备中受到相对运动的影响。为此,早在20世纪80年代便开发了拖曳式研磨工艺。该工艺中,固定在主轴上的工件被拖曳通过静止的研磨介质。通过加工介质(磨料/抛光颗粒)对工件的冲刷作用,实现所需的材料去除,且工件之间不会相互接触,因此该工艺成为加工精密高价值工件的理想解决方案。

这类拖曳式研磨设备已在多个行业中取代了耗时、昂贵且无法统一复现的手工操作。与传统精加工光整加工相比,拖曳式研磨的效率约为其40倍。

Surf-Finishing(冲浪式光整工艺)可实现更高强度的单件精加工光整加工。该工艺中,工件同样固定在工件夹具上,并以不同角度旋转浸入加工介质。在Surf-Finishing过程中,磨料随工艺碗以最高80转/分的无级转速旋转,从而在工件与磨料之间产生高压强的强烈运动。所需的加工结果可重复实现,且相对较短的周期内即可完成。从粗磨到精磨,该工艺甚至可实现镜面抛光。即使是难以加工的材料,如陶瓷和特种金属,也能进行处理。通过抛光工艺可获得镜面般光滑、无划痕的高品质表面。

Surf-Finishing是精加工光整工艺中最强效的形式。其效率约为传统精加工光整设备(振动光饰工艺)的80倍。

关于研磨,您需要了解哪些内容?重要问题概览

Grinding

并不完全如此。虽然这些术语在实际应用中常有重叠,但从技术角度来看,去毛刺、倒圆、平整和抛光并非简单的子类别,而是独立的加工工艺或加工目标,有时会采用相同的技术——例如精加工光整工艺。不过,这些加工目标也可通过其他替代工艺实现。例如,去毛刺也可通过刷削、热加工或喷丸技术实现。对于小型项目中的划痕去除,使用软布抛光即可;而对于涂装表面的预处理,则可使用粗/细砂纸。

精加工光整(湿式研磨)是研磨的一种特殊形式,主要用于工业级条件金属表面的加工。该工艺中,工件通常与应用特定的磨料、水(99%的精加工光整加工为湿式加工)及化学剂(具有清洁活性的添加剂)一起批量放入精加工光整设备中进行加工。磨料的压力及研磨设备的相对运动,结合上述工艺介质,共同确保工件获得均匀的加工效果(研磨表面)。

您需要对批量生产的大批量且相对不敏感的工件进行研磨吗?在这种情况下,精加工光整技术的设备是最佳选择,因为其特定的工具(磨料、磨块)能以最低成本实现最佳加工效果,同时具有高效性且易于自动化。此外,精加工光整工艺还具有一个无可比拟的优势:如有需要,可在同一设备中同时或依次完成多个加工步骤,例如除油/脱脂、研磨与清洗、去毛刺与倒圆、涂覆防腐层、去除锈蚀等。关键在于选择合适的磨料及与加工目标匹配的最佳化学添加剂(化合物)。

精加工光整设备无论用于研磨还是其他加工工艺,均可轻松集成到复杂的生产线中。在高度自动化的生产线中,通常只需在加工开始时通过进料装置将工件输入设备系统,随后工件即可在无需人工干预的情况下完成整个加工流程。

为了在涂装过程中获得最佳效果,许多表面在涂装前必须进行研磨,因为通过形成均匀且具有一定粗糙度的表面,可显著提高涂层(油漆/涂料)的附着力。配备先进的精加工光整设备可对大规模生产中的各类小型和微型工件进行可重复且经济的加工。

根据不同的研磨工艺、磨料/粒度及加工阶段,研磨可实现截然不同的表面效果。研磨通常会形成均匀的表面,但其粗糙度可能差异较大——从明显粗糙到细腻光滑。

在粗磨阶段,会形成明显粗糙的表面,具有可见的研磨纹理,平均粗糙度值(Ra)在6至1 μm之间。此类表面非常适合后续的多种加工步骤。

而在精磨阶段,则可获得更为光滑的表面效果。此时粗糙度值通常在Ra 1至Ra 0.2 μm之间。表面呈现均匀的亚光至轻微光泽效果,研磨纹理几乎不可见。

在最精细的阶段——即所谓的精密研磨或抛光研磨,可实现粗糙度低于Ra 0.2 μm的表面。此类表面在视觉上光滑甚至光亮,可作为高光泽抛光的理想预处理。

总体而言,研磨尤其是金属研磨,可提供从功能性粗糙到装饰性光滑的广泛表面效果。即使经过精细研磨的表面和部位,从技术角度来看仍保持轻微粗糙,且无干扰性研磨颗粒,但在许多应用中已可视为“光滑”或“完成”状态。

在木材的传统研磨中,通常使用砂纸对易于触及的部位进行机械平整。锋利的磨粒可去除细小的木纤维,消除不平整,并为后续处理步骤(如上油、着色或涂装)做好准备。根据砂纸的粒度,可进行粗磨或精磨。

木材的精加工光整工艺较为少见,但却是一种灵活的加工技术。它主要用于锯切和车削件,特别是在玩具制造或乐器制造中具有复杂工件轮廓的部件。较硬的木材种类更为适用。由于木材质地柔软且易受潮,因此需要特殊的、经过调整的工艺参数——例如采用干式工艺并配备粉尘吸收装置及特殊磨料,以实现短时间的加工。即使是形状复杂的小型工件乃至敏感的锯切件,也可采用自动化加工解决方案。

许多塑料表面也可通过精加工光整工艺进行加工。该工艺特别适用于注塑件的去毛刺、去除分型线以及作为涂装前的平整处理。在此过程中,温和的工艺控制至关重要:使用软质磨料、调整研磨强度及缩短加工时间,可防止材料损伤。适用的塑料主要为形状稳定的类型,如ABS、POM或PA,以及玻璃纤维增强材料或3D打印塑料件。柔性或薄壁工件则需特别谨慎处理。

精加工光整并非总是需要水。当材料特性要求时,例如木材、部分塑料,或出于废物处理的考虑,更适合采用干式加工时,可使用专为干式精加工光整设计的磨料和设备技术。该工艺通常研磨强度较低,材料去除量也小于湿式工艺。干式研磨的较低效率通常可通过使用高强度设备(如拖曳式研磨设备、Surf-Finisher或离心式设备)来弥补。干式精加工光整工艺也用于航空航天或医疗技术领域的高价值部件加工。

在研磨尤其是精加工光整过程中,不仅需要最佳的设备,还需针对多样化的材料选择完全匹配的磨料及所有必要的工艺元素。作为精加工光整领域的市场和技术领导者,我们拥有全球最大的自主研发和生产的磨料产品系列。在我们的Customer Experience Center中,基于多年的经验,我们为客户项目提供实用建议和广泛的专业知识支持,直至设备交付和投产。

采用细粒度磨料的树脂结合磨料常用于更温和的工件加工,并满足后续抛光的要求,尤其适用于铝制工件。陶瓷磨料在较高压力下可实现非常强劲的研磨性能。不同粒度的湿式研磨膏可支持从粗磨到精磨的加工过程。结合我们的化学剂(也可根据应用需求添加防锈成分),我们的工艺介质产品总数超过15,000种,确保能够理想应对所有工艺挑战和工件几何形状。