金属组件的高处理量精整的制作方法

专利名称：金属组件的高处理量精整的制作方法
金属组件的高处理量精整发明背景 1.发明领域本发明主要涉及用于金属组件的精整(finishing)程序，并且更具体地，涉及能够在减少的时间内产生极其光滑的表面光洁度的加速精整程序。2.相关技术描述用于在金属组件上产生光滑表面光洁度的程序通常为公知的。这样的程序包括转鼓抛光、磨料振动精整、磨削、珩磨、研磨加工和精磨。可使用这些程序精整的机械部件的实例包括齿条、曲轴、凸轮轴、轴承、齿轮、等速(CV)接头、连接器和轴颈。可通过这样的精整实现多种优点，包括在它们所涉及的机构中减少磨损、摩擦、噪声、振动、接触疲劳、弯曲疲劳和操作温度。尽管理解不是所有机制可由此得以实现，相信在有关的金属-金属接触或非接触动态受应力面处，表面不平度和受损金属的减少可减少摩擦和防止磨伤、磨料磨损、 粘附磨损、压痕(brirmelling)、微振磨损和接触疲劳和/或弯曲疲劳。或者，为了审美原因或为了耐腐蚀原因可给物体提供精整。精整在实现这些效果中的实际效果看来不仅取决于最终光滑度，而且取决于实现它的方式。相信精整工艺的类型由于表现实现精整的方式的特性的显微隆起而发挥作用。这可取决于抛光机理、所使用的化学品、局部的温度效应、各向同性或非各向同性的性质及许多其它因素。早期的振动精整技术使用电机驱动的振动碗或桶，其中组件将自由漂浮并使其能够在研磨介质存在下搅动。所谓自由漂浮意味着使得组件能够通过介质团的运动而载到容器各处。精整的程度和速率主要受到介质团中使用的研磨砂的粗糙度、量和或补充的控制。这样的工艺基于所使用的大规模精整技术，例如用于抛光不锈钢工具手柄，其中用始终更细的抛光介质实现所要求程度的精整。然而，发现存在于航天或汽车行业的金属组件比如齿轮或轴承通常感应淬火、表面渗碳或穿透淬火至50HRC或者以上的硬度。常规研磨技术可需要12小时或者更多的令人无法接受的长处理时间以达到所要求的光滑度。在其它工艺中，合适的化学品已被引入到大规模精整容器中以提高精整能力和介质的作用。US 3516203和US 3566552为这样程序的实例。根据McEneny的US 6261154，其内容通过引用以其全部结合到本文中，通过在对精整介质流的固定位置将工件围绕其轴线旋转，可引起另外的力。进一步的程序已经得到开发，其中经移动组件通过相对静止的介质将增大水平的机械能赋予组件。一种这样的程序称为拖曳精整(drag finishing)并且在例如KcAayashi 的US 4446656中得到描述，其内容通过引用以其全部结合到本文中。根据这样的程序，精整仅为研磨过程。然而高水平的能量和磨损速度可损害金属组件(比如齿轮或轴承)的几何耐受力。这特别是如下的情况，其中组件上介质撞击的方向和位置在受处理的表面上不均勻。在努力改善均勻性中，赋予组件复杂的运动几何学，包括围绕多个轴线旋转。一种这样的拖曳精整机在B0hm的US 6918818中得到描述，其内容通过引用以其全部结合到本文中。在该装置中，个体组件可被固定于驱动轴用于精整。组件的总处理量根据加工时间和用于自拖曳轴连接和拆开组件的固定时间确定。可实现超光滑超精整表面的一种程序为化学加速的振动精整(CAVF)。化学加速的振动精整技术已经得到开发并在REM Chemicals，Inc的多种出版物中得到描述。该技术可用于将金属部件精制为光滑和有光泽的表面并且已经商业应用多年。Michaud的美国专利第4818333号和Holland的美国专利第7005080号，其内容通过引用以其全部结合到本文中，公开了该改进的精整技术。在该技术与基于研磨介质的工艺之间的显著差异为，在化学加速的精整过程中，介质不显著磨蚀金属表面。在没有加速化学品下，介质加上由所谈及的大规模精整设备赋予的机械能的联合不能自组件表面有效除去物质。混合工艺也已经被提出ο经CAVF产生的表面的另一种重要特性是它们被平坦化(planarized)。这表示在精整之前的粗糙表面通过除去向上突起的不平度并几乎不改变任何凹陷或凹处形式而更加光滑。尽管不希望受到理论的束缚，所生成表面其特征在于平坦的坪，理解为具有与促进油保留的裂缝相区别的良好承载特性。也相信这些平坦化表面具有基本上没有尖端的优点，否则尖端会穿透润滑膜并引起配合面损害。低于0. 5微米Ra的化学加速的振动精整常常呈现一些或全部以上所讨论的性能益处。在CAVF使用中的重要因素是所使用化学品的量和浓度。化学品为酸性，过量的化学品和或浓度或升高的温度可引起被精整组件的表面蚀刻和/或可引起金属的其它冶金学劣化。高硬度的组件通常也更易受到化学品侵蚀(比如来自通常用于CAVF的化学品的蚀刻)的影响。通常，如果蚀刻发生，组件比如齿轮或轴承将可能废弃。为了避免这样的损害，将所述工艺的化学品的量与类型和温度仔细匹配介质的量和待精整组件的表面积。通常，采用流通(flow-through)工艺。在流通工艺中，振动容器在开放空气环境中于室温下操作，并且提供有化学品递送系统，其中在表面精制过程中，加速液体化学品在环境室温下连续计量到容器中。同时，在容器低点的开放排液管连续排出过量液体，使得操作期间不存在搅炼。为了避免蚀刻和为了有效操作，流通化学品的量应刚好足以弄湿全部介质和组件， 并应处于刚好足以与被精整金属组件表面积的量反应的浓度。因此，避免了液体的过度流入，以防止在容器内增大液体体积以避免蚀刻。类似地，引起在振动容器中化学品累积的排液管堵塞可导致蚀刻和全部组件的随后废弃。不考虑容器中的液体量，在振动容器中高于环境室温的温度也可增大蚀刻和组件废弃的潜在性。已经实施试验以确定用于CAVF的最佳条件。在于Trilervices Corrosion Conference (三方服务腐蚀会议)2007 上，Juergen Fischer 的标题为 “Basic Studies Concerning Chemically Accelerated Vibratory Surface Finishing(关于化学力口速振动表面精整的基础研究)”的论文中，结论是使用减少的化学品滞留量可获得更大的表面精整速度，并且所述方法显示在所研究范围内没有可见的温度依赖性。在碗或桶中的振动精整的优点是许多个体组件可以单批精整。然而，这样的分批精整在逐项(准时制)生产线环境或当组件必须个别鉴定或匹配时可能为不便利的。特别是在有关齿轮传动装置，通常的情况是例如通过搭接过程使两个或更多个组件匹配。之后， 合乎需要的是在随后的操作期间将所匹配组件保持在一起。对于这样的组件，分批(大规模)精整通常不合适。大规模精整在其中精密组件在振动过程中不可互相磕碰的情况中也可能为不合适的。许多其它精整工艺也已经提出并开发，但是没有一个已证明适合于高处理量、在线、大规模精整(比如振动碗、桶或滚筒)大量需要特殊处理的组件。因此，特别需要使得这些问题中的至少一些得到克服的装置和程序。发明简述本发明通过提供用于精整金属组件表面的方法解决这些问题，方法包含提供含有一定数量的非磨损性介质的容器，所述介质足以充分浸没其上设置表面的组件的一部分；提供一定数量能够在表面形成相对柔软的转化涂层的精整化学品；至少部分地将组件浸没于介质中；用过量的化学品淹没(flood)容器，使表面实质上浸没于化学品中；并在表面和介质之间引发高能相对运动以连续除去转化涂层。通过用过量的化学品淹没容器结合高能相对运动，可在明显减少的时间内实现可接受水平的精整。已经实现时间从用于标准 CAVF过程的60分钟或者更多减少至用于淹没的高能过程的2分钟。在下文中，“表面”的叙述应理解为指要特别地精整的表面。应理解组件的其它部分可被掩蔽(mask)以避免处理、保持在化学品水平线以上或受到部分处理(即其中精整的程度可为不重要的)。在本发明的上下文中，术语“淹没的”意在指一定数量的足以以一定速率连续形成转化涂层的化学品的存在，相当于完全浸没在化学品中。可利用各种替代以保持这样的过量化学品。这可通过在容器中保持例如限定水平线的化学品并将组件确实(literally)浸没在化学品中而实现，或者通过以足以“有效”浸没组件的高速率连续供给化学品而实现。在组件被确实浸没的情况中，优选地，至少一半待精整的表面被浸没于精整化学品中。依组件的形状和运动而定，部分浸没可足以搅动介质和化学品，以实现整个表面足以被化学品冲洗。然而更优选地，整个表面贯穿整个周期地浸没在化学品水平线以下。应该理解一旦组件开始搅动介质和化学品，化学品的精确水平线可能难以确定。由于这个原因， 关于浸没意指相对于容器中化学品静止水平线的位置。或者，通过以至少0. 1升每小时每升介质的速率和最优选地以例如多于0. 5升每小时每升的明显更高速率向容器中供给精整化学品，可实现有效浸没。这可通过确保充分的排液实现，而没有明显的滞留量在容器中。在流通条件下工作的常规CAVF过程过去在恒定化学品供给下操作。该供给通常被限于相对低的值，以防止组件的不合需要的蚀刻。计算精确流量以保持介质处于‘刚好弄湿’的状况，并因此取决于所使用介质的数量。该量通常不多于0. 04升每小时每升介质。在两者的情况中，方法可包含向容器中连续供给新鲜的精整化学品。化学品可以通流过程供至容器中，并可用于在容器中辅助保持所选择的温度。化学品可循环并再使用和/或补充。循环流可包括滤器、换热器等。在确实浸没的实施方案中，可根据容器的溢流出口确定精整化学品的限定水平线。超过该水平线的化学品自动溢流并可再循环。继续所述过程直到表面的表面粗糙度Ra少于0. 5微米，优选地少于0. 35微米并且甚至低至0.1微米。精整的精确程度取决于所意欲的用途。精整也被平坦化并且优选地为各向同性的，即没有定向的线条图案。然而这至少部分地取决于其中在表面与介质之间赋予高能量的方式。然而应该注意到，表面通常会留有覆盖的转化涂层因此不是必然看起来镜样。根据本发明的一个重要方面，所述过程可在大于40°C (104下)，优选地大于 500C (122 T )并且甚至大于70°C (158 T )的温度下实施。现有技术CAVF过程在环境温度下实施，特别是推荐18°C -35°C (65-95 T )之间的温度。先前理解约40°C (104 T )的升高的温度对所述程序有害并可引起组件蚀刻。根据本发明的高能程序，已经发现在进一步减少完成时间中升高的温度是合乎需要的-而没有负面蚀刻作用。升高的温度可通过加热线圈或元件、加热的化学品等实现。因为高能过程本身产生相当大的能量，单独使容器绝热可足以产生温度升高，并且在某些情况下应提供准备以防止其过度升高。温度也可为可调节的，以调节精整速度或适合于其它工艺参数。根据本发明的另一实施方案，精整化学品的限定水平线为可调节的。这对于调节工艺参数以更快或不那么快地精整组件或适应不同大小的组件可以是便利的。根据一个优选实施方案，容器为拖曳精整碗，并经迫使组件通过介质而发生相对运动。在该上下文中，拖曳精整应理解为意指其中迫使组件通过一定数量相对静止介质的系统。不需要特别的运动方向，并且该术语不意欲仅限于牵引运动。这样的系统具有可向组件施加相对大的力从而在表面与介质之间引起所需要的高能相对运动的优点。技术人员应理解，转化涂层的去除有效性将至少部分地取决于表面与介质的相对运动速度和介质对表面施加的压力。精确的动力学复杂并受到粒状物料的流体动力学控制。然而，拖曳精整系统已经显示在受处理表面将能量传递最大化方面非常有效。比较试验已经使用研磨介质在拖曳精整、离心式圆盘精整和振动精整机械上实施。仅使用研磨介质，材料去除与传输至表面的能量密切相关。根据这样的试验，已经显示正确设置拖曳精整配置可赋予表面多达振动过程IOOx的能量。离心圆盘机赋予比振动机械多达约30x的能量，但是仍然少至拖曳精整机的1/3。也可注意到，在常规拖曳精整中组件运动而介质相对静止。因为这个原因，由于介质中的内力作用的能量消耗和介质磨损得到减少。一般而言，没有介质振动性扰动的拖曳精整因此为优选。这样的振动也可通过“流化(fluiding)”介质而减少介质对表面的压力。 然而在某些情况下可使用振动，例如当这样减少的压力为合乎需要时。用于引起高能相对运动的替代装置也可使用，包括其中介质相对于静止组件运动的系统，比如转筒或在以上 US 6261154中公开的装置。优选地，高能相对运动以至少0. 5m/s,更优选地以至少1. Om/s的相对速度发生。 应该理解，精确速度测量结果可能难以确定，并且以上数值代表跨表面介质流的平均速率。在精整系统的一个最优选形式中，组件由夹具负载，并且驱动夹具围绕至少一个旋转轴线旋转组件。已经证明有效获得所要求运动的装置为如在US 6918818中描述的拖曳精整机。这样的装置在中央转台上包含多个心轴。心轴围绕转台并且也围绕其自身轴线以面包或蛋糕混合机的方式旋转。每一个心轴带有夹具用于保持组件。转台可以约6-60rpm 的速度旋转，用于沿着直径1. Om的圆圈运动，导致组件通过介质的线速度为约0. 25-2. 5m/
So本发明的方法特别适合于汽车或卡车组件的表面处理，最优选地为环或小齿轮， 例如用于小汽车或卡车的后轴或驱动桥。这样的汽车组件为大规模生产并广泛使用的。使用高效和成本有效的精整程序因此在所得交通工具的市场接受度增大、导致能量效率增大及其它优点方面可为极其有益的。在本发明特别有利的实施方案中，组件包含至少两个匹配部件并且匹配部件一起进行精整。匹配部件可包含用于后轴或驱动桥的已经搭接在一起的准双曲面环和小齿轮(ring and pinion gear) 0通过在容器中固定两个组件，所述两个组件可受到相同的精整程序和进行相同时间。根据本发明方法，化学品应能够在组件表面有效形成和再形成相对柔软的转化涂层。在该上下文中，相对柔软应理解为意指它比组件本身的材料更加柔软。化学品也应优选地自-钝化，其中转化涂层一旦形成，其保护下面的金属免于进一步化学侵蚀。据此应理解这样的自-钝化作用取决于具体反应条件。化学品也应适用于本发明的高能处理环境和操作条件，以便发生表面精制而没有有害的副作用。这比先前可利用的在化学品选择方面给出更广泛的自由度。CAVF领域的技术人员将充分认识到这样的化学品，其可包括(但不限于)基于磷酸盐或草酸盐的混合物。优选地，化学品基于酸，具有PH少于7.0，优选地为少于6. 0。特别是化学品可包含磷酸或磷酸盐、氨基磺酸、草酸或草酸盐、硫酸或硫酸盐、铬酸或铬酸盐、碳酸氢盐、脂肪酸或脂肪酸盐或这些物质的混合物。溶液也可含有活化剂或加速剂比如锌、硒、铜、镁、铁磷酸盐等，以及无机或有机氧化剂比如过氧化物、间-硝基苯、氯酸盐、亚氯酸盐、过硫酸盐、过硼酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐化合物。最优选的为磷酸、草酸及其盐。这些化学品已经在常规CAVF技术中得到证明，并且已经发现也在高能条件下有效操作。这样的化学品的优选浓度可高于在常规流通CAVF技术中使用的浓度。用于草酸盐基团的活性成分的优选浓度值为约0. 125-0. 65克摩尔每升。化学品也可备选地包括约0. 05-0. 15克摩尔每升的磷酸盐基团、至少约0. 004克摩尔每升的硝酸盐基团和约 0. 001-0. 05克摩尔每升的过氧基。草酸盐基团、硝酸盐基团和过氧基可分别由草酸、硝酸钠和过氧化氢(或过硫酸钠)提供。作为高能环境进一步有用的结果是，可使用比常规用于 CAVF的那些形成更硬转化涂层的化学品。据信本发明可用于由许多不同金属和合金制成的组件，但是特别适合于精整合金钢、碳钢、工具钢、不锈钢、钛、钴-铬、碳化钨、铝、黄铜、锌和优选地具有大量镍、钴或镍-铁的超合金的表面。最优选地，本发明可用于大规模生产的钢组件，其中精整必须以最低成本有效产生。这样的组件可被淬火(harden)例如感应淬火、表面淬火或穿透淬火，并且可具有硬度值为大于38HRC和甚至大于MHRC。技术人员应理解材料应根据组件的性质进行选择，并且以上化学品的选择也将取决于待精整表面的材料。本发明方法可进一步包含，自含有转化涂层化学品的容器除去组件，和将其浸没在包含抛光或涂布溶液的另一个容器中或者另外实施涂布过程。这样的另外过程可在相同容器中实施，但是为了程序效率的利益，通常优选的是自第一个容器除去组件(或多个组件)以便可开始其它组件的加工处理。如果要求，然后可离线进行拆下的组件的进一步加工处理。对于基于转台的拖曳精整配置，有利的是带有所固定组件的转台上升，其它容器可借以移至转台下面的位置用于进一步的加工处理步骤，而不需要在步骤之间将组件拆下。 或者，转台可自一个容器移至另一个容器。对于某些化学品，根据本发明的一个重要方面，在精整周期结束时，所述方法可进一步包含将组件在转化涂层化学品中留置停留时间，基本上没有相对运动，以在表面生长牢固的转化涂层。这样的转化涂层对于与最终或中间产物有关的各种目的可为高度有益的。这样的优点可包括防锈、防锈剂保留、起预涂层作用或一旦部件投入使用时帮助磨合。 技术人员应充分意识到通过提供该性质的转化涂层可实现的作用和优点，并能够因此选择合适化学品。通过与精整过程在单一步骤中实施这样的涂布过程，不需要另外的涂布过程，导致进一步的效率。通过调节停留时间、温度及其它参数，涂层的厚度和性质可得到调节。介质可包含在常规大量精整应用中发现的市售可得到的陶瓷、金属或塑料介质。 介质的关键特征是其应基本上为非磨损性的，即介质不具有离散研磨颗粒，并且当在本发明的高能处理环境下操作时不能够有效地将材料摩损离开待精整的部件表面。对于待精整的部件也应以合适的形状和大小制造。在一个优选的实施方案中，介质为具有密度为至少约2. 75克每立方厘米(g/cc)、体密度为至少约1. 70克每立方厘米(g/cc)和优选的平均金刚石锥体硬度(DPH)值为至少约845的非磨损性陶瓷介质。对于介质的一种优选形状为合适大小的三棱柱，以接触待精整表面的所有部分。本发明也涉及拖曳精整机，其用于金属组件表面的加速精整，包含含有一定数量的非磨损性介质的容器，所述介质足以充分浸没其上设置表面的组件的一部分；用于在容器中供给和保持限定水平线的精整化学品的化学品供给配置；用于保持容器内部在高于环境温度下的加热配置；和包含组件连接配置的传动装置(drive)，用于在容器内于组件与介质之间引起高能相对运动。拖曳精整机提供有适合于控制机械实施如以上所描述方法的控制配置，由此可对个体固定组件实现加工时间减少。特别是，控制配置适合于操作机械少于15分钟、优选少于10分钟并且最优选少于5分钟的周期时间。优选地，化学品供给配置进一步包含一个或更多个配置在限定水平线的溢流出口。递送至容器的化学品可填充至高达限定水平线，而过剩的经溢流出口退出。化学品可连续循环并递送回到容器。出口可提供有合适的滤器，以防止介质退出和捕集颗粒材料。在机械的一个优选实施方案中，加热配置包含在容器中或周围的加热元件，以保持内容物在所要求的加工温度下。如以上描述的那样，可设想各种加热方法，并且加热元件可为例如在容器壁中或围绕其外周的基于电气或流体的加热元件。也可提供绝热。可通过用外部溶液储槽配置加热/冷却再循环的化学品实现备选的温度控制，其中也可实施化学品添加和或过滤。机械的一种优选形式为其中传动装置包含转台的类型，其中转台被配置围绕多个轴线旋转组件。转台可围绕第一轴线旋转，并带有心轴，它们也围绕其自身轴线旋转。组件本身也可安装以围绕其自身轴线旋转，并可被驱动或自由回转。轴线可为平行或倾斜的。转台也可在操作期间往复地进出介质。技术人员应理解在介质与表面之间引起足够能量的任何其它形式的一 _、二 -或三-维运动也可为合适的。机械优选地包含快速释放夹具，用于可释放地连接组件。在本上下文中，快速释放理解为意指可连接和释放而没有渐进的收紧作用(比如螺纹)的夹具。快速释放机制可包括(但不限于)磁铁、电磁铁、卡口接头、凸轮等。在本发明的一个特别实施方案中，容器具有不锈钢内表面或其它合适的耐化学腐蚀金属(例如钴-铬)。用于拖曳精整的常规碗通常为橡胶或塑料内衬，特别是用氨基甲酸酯。这样的内衬用于减少容器磨损，但是不易于进行加热并且在一些情况中不适合于高温操作。不锈钢或其它合适的金属内衬已经发现对于在升高的温度下操作是更加适当的。附图简述参照以下附图，将理解本发明的特征和优点，其中

图1为本发明拖曳精整机的示意性视图；图2为本发明另一方面的拖曳精整机的俯视图；和
图3为实施例3的环形齿轮的表面粗糙度描绘图。例证性实施方案的描述以下为如在环和小齿轮精整中使用的本发明某些实施方案的描述，仅通过实施例的方式给出，并参照绘图。参照图1，拖曳精整机10得到示意性的显示。机械10为可得自Rosier Metal Finishing, USA LLC的Mini Drag Finisher。然而，技术人员应理解具有类似能力的许多其它机械可适合于本发明的操作。机械10包含以环形碗12形式存在的容器。心轴14载有要处理的组件16。心轴 14被驱动以围绕轴线X旋转。在该实施例中，轴线X相对于垂直线倾斜约15°。心轴14 安装于围绕轴线Y旋转的转台22上。轴线X和Y相互偏离约50cm的距离，心轴14借以描绘出约1.0m直径的圆周。碗12填充非磨损性介质18达限定水平L。在试验期间使用的介质为具有密度为约2. 75克每立方厘米(g/cc)和平均金刚石锥体硬度(DPH)值为约845的非磨损性陶瓷介质。介质具有整体体密度为约1. 70克每立方厘米。介质形状被选择为大小沿着三角形边为3mm和沿着矩形面的其它边为5mm的三棱柱。选择介质的大小和形状，使其足以自始至终适合环和小齿轮齿的根部而不卡住。将一定数量的化学品20供给碗中，如在以下实施例中进一步详细说明的。所使用的化学品为可得自 REM Chemicals Inc，Brenham，TX 的 FERROMIL FML 7800，其为基于磷酸盐的化学加速的化学品，当用于拖曳精整环境时在钢组件上产生合适的转化涂层。还可使用的合适化学品包括可得自Houghton International, Valley R)rge，PA的 Microsurface 5132 、可得自 Hubbard-Hall，Waterbury, CT 的 Aquamil 0ΧΡ、可得自 Hammond Roto-finish，Kalamazoo,MI 的 Quick Cut 11 CSA 550 (CF)，和可得自 Precision Finishing Inc, Sellersville, PA 的 Chemtrol 。在其上实施试验的环和小齿轮组为用于机动车的轻质轴环和小齿轮。齿轮大小为约18cm和23cm的环形齿轮及它们的配套小齿轮。齿轮根据标准汽车制造工艺制造。机械10的操作根据以下实施例实施。实施例1在第一个实施例中，碗12填充介质18至约406mm深度的水平。介质包含非磨损性 3x5 SCT (直切三角形)。向碗中加入一定数量以35体积％稀释并预加热的型号FERROMIL FML-7800化学品76升。搅拌介质并然后排出化学品，剩下湿的和在约43°C的温度下的介质(所有温度使用红外线热感应器枪测量，离开介质顶部读取)。将23cm直径的后轴准双曲面环形齿轮连接至心轴14并降至碗中，达到环形齿轮底部距离碗底部约160mm的深度。 齿轮具有初始表面光洁度为1.2-1. 7微米。以约31rpm驱动转台22 10分钟，且心轴以约 40rpm旋转。在10分钟后，除去环形齿轮并检查。在加工处理10分钟后表面粗糙度测定为0. 37-0. 5微米。所有的表面粗糙度测量结果作为齿基于凹凸面两者上5或6个位置的接触面积测量的平均Ra给出。取上下限值确定Ra范围。使用具有触针尖端半径为2微米的TlOOOHommel测量仪器实施测量。实施例2作为对照，与实施例1类似型号的环形齿轮在Sweco约300升碗中使用常规振动精整进行精整。碗以4. 5mm振幅和65°导程角操作。介质包含如在实施例1中的3x5 SCT0所使用的化学品为在环境温度下以基于11升每小时的速率的流通递送的、20体积％ 浓度下的FERROMIL FML-7800(实施例1的化学品不能用于该实施例中，因为其将引起蚀刻)。环形齿轮具有初始表面粗糙度为1.25-1. 75微米。其需要60分钟加工时间以获得为 0. 15-0. 2微米的表面粗糙度。实施例3除了代替将碗排液，反而填充76升化学品至约200mm水平线之外，重复实施例1 的程序。在将环形齿轮降至碗中后，环形齿轮充分浸没在化学品中。在加工处理10分钟后， 部件具有表面粗糙度为0. 12-0. 2微米。在于加工处理之前和之后采集的实施例描绘图如图3所示。实施例4用114升化学品重复实施例3的程序，在碗中达到约300mm水平线。在该情况中， 环形齿轮在加工处理期间深深浸没在化学品中。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 05-0. 1微米。实施例5重复实施例3的程序，伴随心轴和环形齿轮更深地浸没在碗中至距离碗底部约 IlOmm的距离。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 07-0. 125微米。实施例6在的温度下重复实施例3的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 75-0. 87微米。实施例7伴随介质内部温度保持在49°C，重复实施例3的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 12-0. 2微米。实施例8在57°C的温度下重复实施例3的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 02-0. 07微米。实施例9伴随为约20rpm的减少的转台速度重复实施例3的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 12-0. 2微米。断定在该速度下操作足以赋予快速精整所要求的能量。实施例10伴随为约6rpm的减少的转台速度重复实施例3的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 17-0. 3微米。甚至在相对低的速度下，通过介质驱动环形齿轮引起足够的动作以在短时间内充分精整工件。实施例11在没有转台旋转下重复实施例3的程序。心轴旋转保持在约40rpm下。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为1. 0-1. 1微米。尽管相对高速旋转，仅有心轴的动作对赋予表面能量以除去转化涂层是无效的。尽管不希望受到理论束缚，据信环形齿轮的相对稳定旋转造成它经介质的有效“平坦”，而没有介质颗粒在齿轮表面上的明显撞击。
实施例12重复实施例3的程序，而没有将组件确实浸没于化学品中。反而，将化学品以6. 9 升每分钟的速率供至心轴路径上，并且打开自碗的排液，以确保不保留过量的化学品。在10 分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 05-0. 1微米。这显示实质上浸没组件的过量化学品如实施例3中一样有效。实施例13以0. 63升每分钟到心轴路径上的速率重复实施例11的程序。在10分钟后，测量环形齿轮并发现具有表面粗糙度为0. 50-0. 76微米。该递送速率多于在CAVF工艺中常规使用的双倍，但是显示精整速度明显下降。实施例1-13的结果描绘在以下表1中。实施例3的环形齿轮的表面粗糙度描绘图显示在图3中。可见在明显少于实施例2的常规CAVF工艺的时间量内，升高温度、高能相对运动和过量化学品的联合作用导致适当的平坦化和精整的表面。因此，本发明已经通过参照以上所讨论的某些实施方案得到描述。应该认识到这些实施方案易受到本领域技术人员公知的各种修饰和替代形式的影响。特别是，技术人员应理解以上实施例可同等地类似应用于齿条、曲轴、凸轮轴、轴承、齿轮、连接器、轴颈和医疗植入物。可对本文所描述的结构和技术作出除以上所描述的那些以外的进一步修饰，而不背离本发明的精神和范围。因此，尽管具体实施方案已经得到描述，但这些仅为实施例并且不限制本发明的范围。
权利要求
1.用于精整金属组件表面的方法，所述方法包含提供含有一定数量非磨损性介质的容器，所述介质足以充分浸没其上设置表面的组件的一部分；提供一定数量的精整化学品，所述化学品能够在表面形成相对柔软的转化涂层； 至少部分地将组件浸没于介质中；用过量的化学品淹没容器，使表面实质上浸没于化学品中；和在表面和介质之间引发高能相对运动以连续除去转化涂层。
2.权利要求1的方法，其中表面的至少一半浸没于精整化学品中。
3.任何一项前述权利要求的方法，其中继续所述方法直到表面的表面粗糙度Ra小于 0. 5微米，优选地小于0. 35微米。
4.任何一项前述权利要求的方法，其中所述方法在大于40°C，优选地大于50°C并且甚至大于70°C的温度下实施。
5.任何一项前述权利要求的方法，所述方法进一步包含以至少0.1升每小时每升介质，优选地以大于0. 5升每小时每升介质的速率连续向容器中供给精整化学品。
6.任何一项前述权利要求的方法，其中精整化学品的限定水平线由容器的溢流出口确定。
7.任何一项前述权利要求的方法，其中精整化学品的限定水平线为可调节的。
8.任何一项前述权利要求的方法，其中相对运动经迫使组件通过介质而发生。
9.任何一项前述权利要求的方法，其中相对运动以至少0.3m/s，优选地以至少0. 8m/s 和更优选地以超过1. 5m/s地发生。
10.任何一项前述权利要求的方法，其中组件由夹具负载，并且驱动夹具以围绕旋转轴线旋转组件。
11.任何一项前述权利要求的方法，其中组件为用于汽车或卡车的后轴或驱动桥的环或小齿轮。
12.任何一项前述权利要求的方法，其中组件包含至少两个匹配部件，并且匹配的部件一起进行精整。
13.任何一项前述权利要求的方法，其中化学品为基于酸的，优选地包括磷酸或草酸基团。
14.任何一项前述权利要求的方法，所述方法进一步包含自容器除去组件和将其浸没在包含抛光或涂布溶液的另一个容器中。
15.任何一项前述权利要求的方法，其中方法进一步包含将组件留置在化学品中而基本上没有相对运动，以在表面生长转化涂层。
16.用于加速精整金属组件表面的拖曳精整机，所述精整机包含含有一定数量的非磨损性介质的容器，所述介质足以充分浸没其上设置表面的组件的一部分；用于用一定数量精整化学品淹没容器的化学品供给配置；包含用于组件的连接配置的传动装置，用于在容器内于组件与介质之间引发高能相对运动；禾口适合于控制机械实施具有少于15分钟、优选少于10分钟并且最优选少于5分钟的持续时间的操作周期的控制配置。
17.权利要求16的机械，其中化学品供给配置包含一个或更多个配置在限定水平线的溢流出口。
18.权利要求16或17中任何一项的机械，所述机械进一步包含用于保持容器内部在高于环境温度下的加热配置。
19.权利要求18的机械，其中加热配置包含在容器中或周围或在再循环精整化学品储槽中的加热元件。
20.权利要求16-19中任何一项的机械，其中传动装置包含被配置围绕多个轴线旋转组件的心轴。
21.权利要求16-20中任何一项的机械，其中传动装置包含快速释放夹具用于可释放地连接组件。
22.权利要求16-21中任何一项的机械，其中容器包含由耐腐蚀金属比如不锈钢等形成的内衬。
全文摘要
用于精整金属组件表面的方法，其在含有一定数量非磨损性介质的容器中实施。组件至少部分地浸没于介质中，并供给一定数量的活性精整化学品。化学品在表面形成相对柔软的转化涂层。通过在表面与介质之间引发高能相对运动可连续除去涂层。该方法可以拖曳精整机实施。
文档编号C23C22/73GK102574264SQ201080032199
公开日2012年7月11日 申请日期2010年5月11日 优先权日2009年5月12日
发明者F·里夫斯, G·斯罗卡, O·埃尔-萨厄德 申请人:雷姆技术公司