拋光(polishing)是指利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。是利用拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質(zhì)對工件表面進(jìn)行的修飾加工。

先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段之一。許多發(fā)達(dá)國家都十分重視先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和水平，將它作為本國的科技優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和高技術(shù)的實(shí)施重點(diǎn)。它能夠?qū)Ξa(chǎn)品革新、擴(kuò)大再生產(chǎn)和提高國際市場經(jīng)濟(jì)競爭能力帶來巨大影響，成為當(dāng)今世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要舉措。

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)化國家中有70%～80%的物質(zhì)是制造業(yè)創(chuàng)造的，而先進(jìn)制造技術(shù)能夠通過不斷對制造技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)及其產(chǎn)品對動態(tài)多變市場的適應(yīng)性和核心競爭能力的發(fā)展目標(biāo)。因此先進(jìn)制造技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，拋光加工可以明顯改善機(jī)件表面的粗糙度及裝飾效果，并保持其精度的穩(wěn)定性。隨著制造業(yè)裝備的進(jìn)一步發(fā)展，將會對拋光加工技術(shù)提出更高的要求。

將金屬當(dāng)作陽極并放置在特殊的電解液中通電，電解后金屬表面會因溶解而獲得平滑化及光亮化的拋光面。這種方法就稱為電解拋光或電化學(xué)拋光，簡稱電拋光。

電拋光起源于20世紀(jì)初，但第一個(gè)進(jìn)行系統(tǒng)研究并導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用的是在法國電話公司工作的Jacpuet。他于1930年發(fā)明了電拋光技術(shù)并獲得了專利。他發(fā)現(xiàn)某些金屬在濃的酸溶液中進(jìn)行陽極處理，可以獲得光亮的表面，如銅在濃磷酸中，鎳和鋁在濃醋酸和高氯酸混合液中，以及鉬在濃硫酸中均可被拋光。這是由于在陽極表面上形成了“黏液層”的結(jié)果。

與機(jī)械拋光法相比，電化學(xué)拋光法可視為“后起之秀”。它具有更多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍也更廣泛。許多機(jī)械拋光法無法進(jìn)行的復(fù)雜零件，電拋光法卻可以進(jìn)行。大家知道，機(jī)械拋光是利用物理手段通過切削、變形和磨耗而使表面平滑或光亮，它會引起金屬結(jié)晶破壞、變質(zhì)而產(chǎn)生塑性變形層或貝爾比層，以及因局部加熱而產(chǎn)生組織變化層。

機(jī)械拋光不僅會在金屬表面造成扭曲或組織性、構(gòu)造性的不規(guī)范，而且會在金屬表面留下研磨材料或油脂等異物，必須進(jìn)行特種除蠟處理，才能獲得光亮清潔的表面。下表是電化學(xué)拋光同機(jī)械拋光法的比較。

電化學(xué)拋光是用廉價(jià)的電能代替化學(xué)拋光的氧化劑，溶液可以長期使用，不會產(chǎn)生化學(xué)拋光時(shí)常出現(xiàn)的污染氣體和機(jī)械拋光時(shí)產(chǎn)生的粉塵，是一種安全、價(jià)廉且效果好的處理方法。它可以獲得比化學(xué)拋光更加光亮，耐蝕性比機(jī)械拋光更好的表面。下表是電化學(xué)拋光同化學(xué)拋光的比較。

電化學(xué)拋光對電子制冷放射有抑制作用，這種性質(zhì)在電子管制作上很有用處。此外，電化學(xué)拋光還可降低表面的接觸電阻，增加透磁率等。因此，電化學(xué)拋光在儀器、儀表、日用品和工藝美術(shù)晶等制造業(yè)中廣泛采用，也用于提高反射率、清除金屬表面氧化物，改善其焊接性能，提高其耐蝕力，以及用于金相或表面微觀結(jié)構(gòu)的研究等方面。它適于鋼鐵、不銹鋼、鋁、錫、鎳、鎢、鈦及其合金的表面精飾加工。采用電化學(xué)拋光法還可以使電鍍過程實(shí)現(xiàn)完全自動化，因此有利于提高勞動生產(chǎn)率和連續(xù)生產(chǎn)。

1、激光拋光機(jī)理

當(dāng)材料表面有激光束聚焦時(shí)，很短的時(shí)間內(nèi)，在近表面區(qū)域有大量的熱積累，這就會使材料表面溫度迅速升高，當(dāng)溫度達(dá)到材料的熔點(diǎn)時(shí)，近表面層開始熔化，當(dāng)溫度繼續(xù)升高達(dá)到材料的沸點(diǎn)時(shí)，近表面層就開始蒸發(fā)，而材料基體的溫度基本保持在室溫。

當(dāng)以上物理變化過程主要為熔化時(shí)，因?yàn)椴牧媳砻嫒刍糠指魈幥拾霃降牟煌?，使熔融的材料向曲率?即曲率半徑大)的地方流動，至各處的曲率趨于一致。同時(shí)，固態(tài)和液態(tài)臨界處快速凝固，最終獲得理想光滑的表面。

在這個(gè)過程中，如果材料處于熔融狀態(tài)的時(shí)間過長的話，熔化層就會向深處擴(kuò)展，材料的整體外觀和機(jī)械性能也會隨之降低。因此，激光束和特定材料的相互作用必須產(chǎn)生一個(gè)高的溫度梯度，促進(jìn)材料快速加熱和冷卻，熔化極限，熔深和材料處于熔化狀態(tài)的時(shí)間取決于入射光束和材料相互作用過程中不同的參數(shù)。當(dāng)上述物理變化過程主要為蒸發(fā)時(shí)，激光拋光的實(shí)質(zhì)就是去除材料表面一薄層物質(zhì)。

2、激光拋光工藝特質(zhì)與優(yōu)勢

激光拋光從使用溫度方面可以簡單分為熱拋光和冷拋光，熱拋光一般用連續(xù)長波長激光，通過熔化、蒸發(fā)等過程來去除材料表面的成分，但由于熱效應(yīng)溫度梯度大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋，拋光表面質(zhì)量不是很好，通常用于粗拋光，多用于軸類、大型箱體的表面局部處理。

激光拋光在光學(xué)元件上的使用較為廣泛，如藍(lán)寶石，石英光纖等，對于表面大面積拋光激光是沒有性能優(yōu)勢的，這是因?yàn)閺睦碚撋戏治?，輻照能量大面積作用在被拋工件上，就會減弱質(zhì)量形成的維度間控制。

當(dāng)通過基線輻射、光點(diǎn)間尺寸平衡，拋光作用被限制在熔化區(qū)以內(nèi)，非常有效地降低了滿足有限元內(nèi)平滑條件的特征尺寸上限，因此激光脈沖參數(shù)、輻照內(nèi)點(diǎn)尺寸及駐留時(shí)間的合理選擇、掃描柵條的間距、熔化區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、溫度梯度等都將最終決定被拋光去除量的多少。

這一工藝過程允許精確控制被拋光量。這樣的工藝要求和實(shí)現(xiàn)途徑，讓工業(yè)制造在拋光領(lǐng)域大踏步地前進(jìn)，在與目前傳統(tǒng)的幾類拋光方法相比，激光拋光有以下優(yōu)點(diǎn)：

①非接觸拋光對樣品表面不會施加接觸壓力，脆性材料樣品不易破裂;

②激光拋光基材面型要求不高，可進(jìn)行多維度曲面拋光，尤其是局部小區(qū)域進(jìn)行拋光;

③拋光精度較高，短波長短脈沖激光可達(dá)到納米級拋光精度。

利用環(huán)形氣囊拋光技術(shù)對工件進(jìn)行拋光加工，工件表面材料去除的必要條件是環(huán)形氣囊拋光磨頭與工件表面相接觸，并且工件表面受到環(huán)形氣囊拋光磨頭的壓力。實(shí)現(xiàn)工件表面與拋光磨頭受壓接觸的方式有兩種：

一種是環(huán)形氣囊提前充入一定壓強(qiáng)的氣體，將其安裝在機(jī)床主軸上，調(diào)整工件與拋光磨頭之間的間隙，從而使工件表面與拋光磨頭相接觸，接著使工件繼續(xù)移向拋光磨頭的方向，實(shí)現(xiàn)工件表面受到不同壓力的效果;

另一種是將未充氣的環(huán)形磨頭安裝在機(jī)床主軸上，使其與工件接觸，然后利用氣泵往環(huán)形氣囊內(nèi)充入不同壓力值的氣體，從而實(shí)現(xiàn)工件表面受到不同壓力的效果。

由于壓強(qiáng)值固定的環(huán)形氣囊拋光頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單方便，因此實(shí)驗(yàn)平臺采用第一種方式的環(huán)形氣囊拋光磨頭，其拋光原理示意圖如下圖所示，圖中1為環(huán)形氣囊拋光磨頭，繞自身旋轉(zhuǎn)，2為工件，繞自身軸線回轉(zhuǎn)，拋光磨頭軸線與工件軸線交于A點(diǎn)，兩軸夾角為γ。

1-環(huán)形氣囊拋光磨頭;2-工件

拋光磨頭與工件相互擠壓并繞各自軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，拋光磨頭的環(huán)形表面在工件表面上拋光軌跡的包絡(luò)面為一球面，從而實(shí)現(xiàn)工件的拋光。由上圖可見，調(diào)整工件軸與拋光磨頭的夾角γ，可拋光不同曲率半徑的球面光學(xué)零件，當(dāng)調(diào)整工件軸與拋光頭的夾角γ為0°時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平面光學(xué)零件拋光。

環(huán)形氣囊拋光技術(shù)的拋光機(jī)理是被人們所普遍接受的Preston方程，由Preston方程可知材料的去除率為

α=KPV

式中：K為該模型中的Preston系數(shù);P為拋光區(qū)內(nèi)環(huán)形氣囊對工件的壓力;V為拋光區(qū)內(nèi)氣囊與工件表面的相對速度。拋光材料的去除受拋光粉直徑、濃度、分布、壓力和拋光布的微觀結(jié)構(gòu)以及相對速度等因素的影響。

在拋光過程中，拋光液中的微小拋光顆粒黏附在拋光布的外側(cè)，并且受到環(huán)形氣囊的壓力而對工件表面產(chǎn)生較小的接觸力，在工件與氣囊的相對運(yùn)動下，微小拋光顆粒不斷地去除工件表面的微量材料，從而實(shí)現(xiàn)對工件表面的拋光。

拋光粉通常由氧化鈰、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻等組份組成。不同的材料的硬度不同，在水中的化學(xué)性質(zhì)也不同，因此使用場合各不相同。拋光粉的拋蝕率 ...[查看全部]

鏡面拋光是運(yùn)用機(jī)械、化學(xué)、電化學(xué)的作用，將需要加工的工件表面粗擦程度降低，從而使的工件表面光滑平整。鏡面拋光工藝并不能夠改變工件的尺寸和形狀，鏡面拋光的目的是為例光滑表面或者鏡面光澤。

1、基體表面對鍍覆層的影晌

金屬基體的初始表面往往覆蓋著氧化層、油層和普通沾污層，這些表層附著物妨礙電鍍液或涂層與金屬基體充分接觸，影響著表面鍍覆層的外觀色澤、結(jié)晶粗細(xì)、致密性、結(jié)合力及均勻度等。只有去除這些附著物，露出金屬的自然色澤和表面金相組織結(jié)構(gòu)，鍍覆層才能在其表面正常生成。

在表面處理過程中，金屬基體表面的機(jī)加工紋路、毛刺、銹層、夾灰、結(jié)瘤及固體顆粒等必須清除干凈，盡可能降低其表面粗糙度，確保工件表面光滑、平整。否則很難獲得致密，孔隙率低，高平滑性的鍍覆層。

在電鍍過程中，基體表面與鍍層是通過金屬鍵結(jié)合，鍍件表面粗糙度越低，其結(jié)合力越好;而在熱噴涂陶資過程中，涂層與基體表面通過機(jī)械咬合作用結(jié)合，基體表面粗糙度越低，涂層表面越光滑，孔隙率越低，耐蝕性越高。

另一方面，基體表面的粗糙度越低，電鍍時(shí)其表面真實(shí)電流密度較高，很容易達(dá)到金屬的沉積電勢，反之則不容易達(dá)到金屬的沉積電勢，在電鍍過程中伴隨有大量氫氣的析出。

2、基體表面的整平機(jī)理

目前國內(nèi)大部分制造商在輯軸類零件鏡面拋光加工過程中，普遍采用非自由磨具機(jī)械法鏡面拋光加工技術(shù)。

應(yīng)用最為廣泛的是干性磨輪鏡面拋光法，有生產(chǎn)效率高，投入成本較低，適合批量性生產(chǎn)加工等特點(diǎn)，但粉塵和噪音均較大，鏡面拋光精度及工件表面粗糙度較差，表面粗糙度最低為Ra0.045-0.070μm，外觀呈鏡面裝飾效果;另一種為濕性砂帶鏡面拋光法，設(shè)備前期投入成本較高，生產(chǎn)過程無粉塵，噪音也較低，鏡面拋光精度高，工件表面粗糙度最低為Ra0.001~0.005μm，外觀呈超鏡面裝飾效果，但生產(chǎn)效率較低，適合高精度、小批量生產(chǎn)。

干式鏡面拋

拋光打蠟是通過研磨蠟及拋光機(jī)去除車漆表面劃痕及粗糙不平部位的一種方法，拋光打蠟可將漆面老化的漆膜研磨掉，使新的漆膜產(chǎn)生，恢復(fù)亮麗。

拋光主要是為了增加漆膜的光澤度與平滑度，消除涂面的粗粒、輕微流痕、泛白、橘皮、細(xì)微砂紙痕跡、劃痕以及泛色層等漆膜表面細(xì)小的缺陷。汽車漆膜經(jīng)過拋光后，一般均需在其表面打蠟。蠟質(zhì)在漆膜表面干燥后會形成一層薄的保護(hù)膜，該保護(hù)膜可以反射陽光中的紫外線，降低對漆膜的破壞。

拋光劑：

拋光所使用的材料主要是由大小均勻的細(xì)微砂粒組成。其形態(tài)有粉末狀、軟膏狀(不流動)和稀泥漿狀(流動)。

根據(jù)組成有純微細(xì)砂粒粉末;有硅藻土、礦物油、蠟、乳化劑、溶劑混合而成的軟膏;有微細(xì)砂粒與蠟、硅氧烷和溶劑組成的混合液，以及不斷涌現(xiàn)的含還原劑、去污劑和釉劑，而不含蠟、硅氧烷的新型高質(zhì)量拋光劑。按拋光劑材料顆粒大小大致可分為粗、中等細(xì)度和超微粒子。

車蠟：

有一種含研磨劑的蠟，該蠟為黏稠的乳狀物，內(nèi)含拋光劑和蠟，具有拋光和上蠟的雙重功能，可消除漆膜表面泛色、輕微劃痕及拋光后產(chǎn)生的光環(huán)，是一種拋光、上蠟二合一的用品，既可作為拋光使用，也可作為上蠟使用。

此品雖有上蠟的效果，但保持時(shí)間不長，一般應(yīng)再涂一層高質(zhì)量的蠟。該品種簡化拋光、上蠟的多道工序，適用于車輛上光，不能用于重新噴涂部位的拋光處理，以防新噴濕膜上產(chǎn)生縮孔。

要得到高質(zhì)量的涂面，除了涂料本身質(zhì)量及正確的施工方法，掌握正確的拋光打蠟工藝是增加漆膜美觀的重要一環(huán)。拋光劑、車蠟的種類很多，性能各異，只有根據(jù)涂面狀況和使用環(huán)境來正確選用拋光劑和車蠟，才能取得最佳效果。

一、拋光工藝

1、整車拋光工藝

整車拋光既有舊車涂面翻新拋光，也有新噴涂面拋光。對于新噴涂面，拋光應(yīng)在漆膜實(shí)干后進(jìn)行;對于揮發(fā)性涂料，則在噴涂后8～16h進(jìn)行。雙組份涂料應(yīng)在噴涂后，經(jīng)過60℃下烤干35min

研磨拋光，是一種表面加工工藝，有獲得所需尺寸及表面質(zhì)量的作用。拋光即利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。研磨是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運(yùn)動對加工表面進(jìn)行的精整加工。

研磨拋光工藝由工件、加工液、磨粒和拋光盤四部分構(gòu)成。

1、工件：拋光的目的是休整工件，隨著橫向尺寸和深度的變化可能會導(dǎo)致工件成分和材料特性的變化。由于磨粒方位、相變和材料的不同將導(dǎo)致橫向尺寸的變化，長度尺寸從納米級到微米級再到毫米級。而由于加工條件或拋光工藝不同，也可能導(dǎo)致高度在加工過程中發(fā)生變化。

2、加工液：化學(xué)成分和物理特性決定加工液特性。加工液的化學(xué)成分包括水(碳?xì)浠衔?和非水流體(酒精)等。

3、磨粒：在液漿中磨粒的作用是從工件表面機(jī)械地去除材料。磨粒的化學(xué)成分、尺寸、形狀和濃度對磨粒影響顯著。根據(jù)化學(xué)成分不同，磨粒包括金剛石、CBN、硅石、氧化鋁、二氧化鈰等。

4、拋光盤：拋光盤在磨粒和工件之間施加相對運(yùn)動并影響拋光液和金屬屑的傳輸。拋光盤對于修正工件很重要,其特殊結(jié)構(gòu)將影響去除率。最簡單的拋光盤是剛性盤,如鑄鐵和其它金屬盤等。金屬拋光盤通常敷有瀝青或其它不同的“襯料”、“襯墊”。

1、材料

尼龍材料重量輕、組織細(xì)密均勻、質(zhì)軟和耐磨性好。尼龍又稱聚酰胺，它是熱塑性塑料的一種。機(jī)械強(qiáng)度比重勢0.85～2.2，只有鋼鐵的1/8~1/4強(qiáng)度;彈性模量及屈服點(diǎn)都較高，伸長率較大，硬度HB為14～21;干摩擦系數(shù)μ為0.15~0.4。因此，尼龍不僅可以作為一般機(jī)械零件，而且還是一種理想的研磨工具材料。

磨料是研磨拋光時(shí)起磨削作用的主要材料。磨料的磨削特性取決于硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性、顆粒大小與形狀、化學(xué)穩(wěn)定性及高溫性能等。人造金剛石磨料具有很高的硬度，這是它研磨效率高的

拋光粉通常由氧化鈰、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻等組份組成。不同的材料的硬度不同，在水中的化學(xué)性質(zhì)也不同，因此使用場合各不相同。

拋光是光學(xué)零件加工中最重要的工序，它直接決定了光學(xué)零件的產(chǎn)品質(zhì)量。拋光粉的選擇又是拋光工作中的重要環(huán)節(jié)，鑒于目前光學(xué)玻璃的型號較多，而鈰基拋光粉的生產(chǎn)廠家亦眾多，拋光粉的生產(chǎn)方法和制備工藝路線也不同，很難找到普適性的拋光粉。

拋光粉的質(zhì)量指標(biāo)很多，如拋光粉的鈰及雜質(zhì)含量、拋光粉的粒度、硬度、密度、粉的拋蝕率、粉的懸浮性以及拋光粉漿料的流變性等等。一般而言，拋光粉的物理指標(biāo)要比其化學(xué)指標(biāo)更為重要。拋蝕率是拋光粉的一項(xiàng)重要指標(biāo)(盡管許多精密的光學(xué)玻璃加工并不希望拋光粉有很高的拋蝕率)。

1、拋光粉漿料濃度與拋蝕率的關(guān)系

將拋光粉配制成不同濃度的漿料，對ZF6型光學(xué)玻璃拋光10min，結(jié)果見下圖。

從上圖可看出，拋蝕率隨拋光粉漿料濃度的提高而有所提高，但并非漿料的濃度愈高拋蝕率愈高，當(dāng)拋光粉濃度大于2%時(shí)拋蝕率并不隨濃度升高而增大，這是因?yàn)閽伖夥蹪舛冗_(dá)到2%時(shí)已經(jīng)足以維持拋光所需要的拋光粉活性粒子。

2、拋光粉灼燒溫度與拋蝕率的關(guān)系

下圖表明，與有些文獻(xiàn)報(bào)道不同的是，拋蝕率的最大值并不出現(xiàn)在700~800℃，其原因可能是拋光粉制備原料的來源不同以及化學(xué)成分不同。實(shí)際上，氧化鈰在灼燒時(shí)隨著灼燒溫度的升高逐漸轉(zhuǎn)化為面心立方體，溫度愈高氧化鈰結(jié)晶愈完全，晶粒的硬度越大，因而拋蝕率越高。

3、拋光體系的溫度對拋蝕率的影響

拋光體系的溫度對拋蝕率的影響見下圖。

從上圖可看出，拋光體系的溫度對拋光粉拋蝕率的影響很大，當(dāng)體系的溫度上升時(shí)，拋光粉的拋蝕率急劇下降。這是因?yàn)?，在拋光粉的水溶液存在下，玻璃表面產(chǎn)生以下水解反應(yīng)：

Na2SiO3+2H2O=H2SiO3+2NaOH

BaSiO3+2H2O=H2SiO3+Ba