专利名称：机械往复与超声振动复合的研磨方法
技术领域：
本发明属于工件表面光整加工技术领域，具体涉及一种机械往复与超声 振动复合的研磨方法，该复合研磨方法尤其适合手提式研磨机使用。
背景技术：
现代工业的飞速发展对工件的表面质量提出了更高的要求，表面质量不 仅影响工件的外观，还直接影响工件的使用性能和寿命，表面质量的好坏对 模具来说尤其重要。模具是以复映方式进行零件制造的一种工具，表面粗糙 度已成为衡量模具产品质量的重要标志，只有模具表面的粗糙度低，才能使 得用其加工的产品的粗糙度值也低。因此研磨抛光己成为模具、工程机械、
医疗设备和航空航天工业中某些关键零件表面加工的重要手段。
现在，模具型腔表面的形状加工基本上实现了自动化。为了去除机械加 工或电火花加工在模具型腔表面留下的刀痕或硬化层，在几何形状加工后必 须对模具型腔表面进行研磨抛光加工，以期获得所要求的尺寸、形状、位置
精度和表面粗糙度。研磨抛光作为模具表面加工的一道重要工序，其加工时
间占整个模具制造时间的30% - 50%，其成本占全部制造成本的5% - 30%。 研磨抛光已成为模具制造过程中的瓶颈。
目前最常用的研磨方法是手动机械往复研磨抛光，其次是超声波研磨抛 光。机械往复研磨抛光要完成对一件待研磨工件的研磨抛光，至少要经过5 ~ 12道研磨工序，每道工序中采用一种单一材质的磨头配以单一颗粒直径大小 的磨料，按照从粗到细的规律研磨，即磨头的材质依次从硬到软，磨料的颗 粒直径依次从大到小，在完成前一道研磨工序后，换一种材质较前一次稍软 的磨头配以颗粒直径稍小的磨料进行研磨，以此类推最终达到研磨效果。而 机械往复研磨抛光利用其磨头的万向转动，可以实现对面积较大的模具型腔 异型曲面的抛光加工，该方法具有简单、成本低等优点，但因机械往复振动 频率较低，使得该方法加工能力较差、生产效率较低，且劳动强度较大。
超声波研磨抛光，如图1所示，是利用超声波发生器1产生一定能量 (20 50KHz)的超声频电流，经过换能器陶瓷片2将这些超声频电流转换 成超声频机械振动，并通过变幅杆3将这些超声频机械振动加以放大，再传 到固定在变幅杆3端部的磨头4上，使磨头4按一定频率振动、沖击和抛磨 工件^皮加工表面，并在每道研磨工序中采用不同的磨头和磨料，以达到研磨
效果。超声波研磨抛光采用固定磨头的高频振动，产生高效率的磨削功能，
但因其磨头移动距离太小(约l~5nm),故其应用范围较窄，只能实现对 边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面等机械往复研磨抛光机不能 处理到的较小面积的抛光加工，而对大面积的工件表面研磨时，则不能保证 加工工件表面的平整度和光洁度,从而使得超声振动研磨抛光在整个抛光领
域中的使用占有率仅为2%~5%，因此超声波高频振动的功效不能得到充分 的发挥，应用存在着很大的局限性。
因此如何解决现有的研磨抛光方法的局限性，即机械往复研磨抛光只能 实现大面积工件的抛光，而超声波研磨抛光只能实现一些边角、缝隙、窄边、 深槽及形状复杂的型腔表面较小面积的抛光，使得研磨效率低的问题，成为 本发明着重研究的内容。
发明内容
本发明目的是提供一种机械往复与超声振动复合研磨方法，以解决现有 机械往复研磨抛光只能实现大面积工件的抛光，而超声波研磨抛光只能实现 一些边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面较小面积的抛光，且研 磨效率低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种机械往复与超声振动 复合的研磨方法，在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱 动同 一磨头对加工工件表面进行研磨，其中，机械往复振动与超声振动按以 下运动参凄t进4亍叠力口
(1 )运动方向叠力口 机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加，或者在平行于加工工件 表面的平面内机械往复运动方向与超声振动方向呈夹角叠加；
(2)频率叠加
才几才成往复运动的频率为30赫兹~300赫兹，超声4展动的频率为20千赫 兹~ 50千赫兹； (3 ) 4展幅叠力口
机械往复运动的振幅为0.1 ~ 10毫米，超声振动的振幅为机械往复运动振 巾县^！ 0.02 ~ 0.05^咅。
上述技术方案中的有关内容解释如下
1、上述方案中，所述机械往复运动方向与超声振动方向的夹角呈锐角、 钝角或直角。而当机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加时，其研磨
效果最佳。
2、 上述方案中，所述机械往复运动和超声振动的频率分别为58赫兹 108 赫兹和21千赫兹 39千赫兹。
3、上述方案中，所述"同一磨头"指的是机械往复研磨时所使用的磨头， 该磨头在作往复直线运动同时，其磨头上的磨具绕自身中心旋转。
本发明的工作原理是在手动研磨抛光机的往复直线运动机构的主轴 上，同轴叠加超声波发生装置，或在平行于加工工件表面的平面内超声波发 生装置呈夹角叠加在机械往复运动机构的主轴上，在研磨工序中釆用机械往 复振动与超声振动叠加的方式驱动同 一磨头对加工工件表面进行研磨，该磨 头在机械往复直线运动主轴的带动下，做振幅较大的往复运动；同时，启动 超声波发生器发出超声波信号，经超声波换能器将超声波振动传至磨头，促 使磨头按一定频率振动、沖击和抛磨工件被加工表面，提高机械往复直线运 动的研磨效率；同时，超声波振动叠加在磨头上进行较大振幅的往复运动， 使得研磨效率和质量得到进一步的提高。在整个研磨过程中，超声波振动和 机械往复运动复合研磨工件表面，集成了超声波振动研磨和机械往复运动研 磨的相关特性。其运动轨迹为在磨头螺旋式进给磨轨迹上，叠加超声振动和 机械往复运动的直线往复运动轨迹，研磨精度和研磨质量均得到较大的提 向。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果
1 、本发明在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动 同一磨头对加工工件表面进行研磨，克服了以往机械往复和超声振动单独作 用于磨头研磨加工工件表面的局限性，既能高效的完成对边角、缝隙、窄边、 深槽及形状复杂的型腔表面等机械往复研磨抛光机不能处理到的较小面积 的抛光加工，也能高效的完成对大面积模具型腔表面的抛光加工，保证加工 工件表面的平整度和光洁度。充分发挥了超声振动和机械往复的功效，扩大 了其使用范围。
2 、本发明在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动 同一磨头对加工工件表面进行研磨，其研磨效率相对于机械往复和超声振动 单独作用于磨头研磨加工工件表面，提高了 10~50倍，并提高了整个工件 研磨抛光面型的研磨抛光质量和效果。
3、 本发明在机械往复研磨基础上有效复合超声波研磨技术，通过磨头 的往复直线运动和超声振动，提高研磨效率和研磨精度。
附图1为超声波研磨抛光振动原理示意附图2为本发明实施例采用的手动研磨抛光机结构示意附图3为本发明实施例一的工作原理示意附图4为本发明实施例二的工作原理示意附图5为本发明实施例三的工作原理示意图。
以上附图中1、超声波发生器；2、陶瓷片；3、变幅杆；4、磨头；5、 磨料；6、工件表面；7、箭头；8、箭头；9、手持式研磨抛光机；10、震动棒。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述 实施例一
如图3所示， 一种机械往复与超声振动复合研磨方法，包括至少两个研 磨工序，各研磨工序之间使用不同硬度的磨头4和不同颗粒直径的磨料5, 磨头4硬度按研磨工序次序从硬到软变化，磨料5颗粒直径按研磨工序次序 从大到小变化，每个研磨工序中，釆用机械往复振动与超声振动叠加的方式 驱动同一磨头对加工工件表面进行研磨，如图2所示，在手持式研磨抛光机 9的主轴(图中未示出)上同轴设置一个超声波发生装置，并同时作用于同 一磨头4对加工工件表面6进行研磨，磨头4在机械往复直线运动主轴的带 动下，做振幅较大的往复运动；同时，启动超声波发生器发出超声波信号， 经超声波换能器通过震动棒10将超声波振动传至磨头4,促使磨头4按一定 频率振动、冲击和抛磨被加工工件表面6,提高机械往复直线运动的石开磨效 率；同时，超声波振动叠加在磨头4上进行较大振幅的往复运动，使得研磨 效率和质量得到进一 步的提高。
机械往复振动与超声振动叠加驱动时，其中，机械往复运动方向与超声 振动方向呈同轴叠加，图3中箭头7和箭头8分别代表超声振动和机械往复 运动的方向；所述4几械往复运动频率为58赫兹 108赫兹，而与积4成往复叠 加的超声振动的频率为21千赫兹 39千赫兹30KHz±20%,同时，机械往复 运动的振幅为0.1 ~ 10mm,而与机械往复叠加的超声振动的振幅为机械往复 运动振幅的0.02 ~ 0.05倍；以此形成在磨头自身螺旋式前进的轨迹上叠加机 械往复与超声振动作用于磨头的往复直线运动轨迹。
通过采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动同 一磨头对加工工
件表面进行研磨，克服了以往机械往复和超声振动单独作用于磨头研磨加工 工件表面的局限性，既能高效的完成对边角、缝隙、窄边、深槽及形状复 杂的型腔表面等机械往复研磨抛光机不能处理到的较小面积的抛光加工，也 能高效的完成对大面积模具型腔表面的抛光加工，保证加工工件表面的平整 度和光洁度。充分发挥了超声振动和机械往复的功效，扩大了其使用范围。 且机械往复与超声振动叠加作用于同一个磨头将机械往复与超声振动叠加 作用于同 一个磨头后，其研磨效率相对于机械往复和超声振动单独作用于磨
头研磨加工工件表面，提高了 10~50倍，并提高了整个工件研磨抛光面型
的研磨抛光质量和效果。
实施例二
如图4所示， 一种机械往复与超声振动复合研磨方法，与实施例一不同 之处在于机械往复运动方向与超声振动方向在平行于加工工件表面的平面 内呈锐角叠加；图4中箭头4和箭头5分别代表超声振动和机械往复运动的 方向；其他与实施例一相同，这里不再详细描述。另外，才几械往复运动方向 与超声振动方向呈钝角叠加的方式，与此类同，这里不再详细描述。
实施例三
如图5所示， 一种机械往复与超声振动复合研磨方法，包括至少两个研 磨工序，与实施例一不同之处在于机械往复运动方向与超声振动方向在平 行于加工工件表面的平面内呈直角叠加；图5中箭头4和箭头5分别代表超 声振动和机械往复运动的方向；其他与实施例一相同，这里不再详细描述。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保 护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明 的寸呆护范围之内。
权利要求
1、一种机械往复与超声振动复合的研磨方法，其特征在于在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动同一磨头对加工工件表面进行研磨，其中，机械往复振动与超声振动按以下运动参数进行叠加(1)运动方向叠加 机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加，或者在平行于加工工件表面的平面内机械往复运动方向与超声振动方向呈夹角叠加；(2)频率叠加机械往复运动的频率为30赫兹～300赫兹，超声振动的频率为20千赫兹～50千赫兹；(3)振幅叠加 机械往复运动的振幅为0.1～10毫米，超声振动的振幅为机械往复运动振幅的0.02～0.05倍。
2、 根据权利要求1所述的机械往复与超声振动复合的研磨方法，其特征在 于所述机械往复运动方向与超声振动方向的夹角呈锐角、钝角或直角。
3、 根据权利要求1所述的机械往复与超声振动复合的研磨方法，其特征在 于所述机械往复运动和超声振动的频率分别为58赫兹 108赫兹和21千赫 兹~39千赫兹。
全文摘要
一种机械往复与超声振动复合的研磨方法，在研磨工序中采用机械往复振动与超声振动叠加的方式驱动同一磨头对加工工件表面进行研磨，其中，机械往复振动与超声振动按以下运动参数进行叠加机械往复运动方向与超声振动方向呈同轴叠加，或者在平行于加工工件表面的平面内呈夹角叠加；机械往复运动的频率为30赫兹～300赫兹，超声振动的频率为20千赫兹～50千赫兹；机械往复运动的振幅为0.1～10毫米，超声振动的振幅为机械往复运动振幅的0.02～0.05倍。本发明方法解决了现有机械往复研磨抛光只能实现大面积工件的抛光，而超声波研磨抛光只能实现一些边角、缝隙、窄边、深槽及形状复杂的型腔表面较小面积的抛光，且研磨效率低的问题。
文档编号B24B35/00GK101362303SQ200810196560
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者兴 姚, 姚文翰 申请人:苏州协成模具科技有限公司