当利用干式研磨抛光介质的绿色整体精饰方法

利用干式研磨抛光介质的绿色整体精饰方法

新颖的精饰工艺在消除传统湿废物排放的同时，产生出精致的表面边棱效果。

所有的整体精饰工艺是在某种类型的容器或箱体内，利用被归于介质的松散型或自由型研磨材料。通过多样的方法，能量被赋予到研磨介质中，传递动作，使介质顶在部件表面上摩擦或者磨损掉。

尽管根据定义，整体精饰一词通常被用来描述一些工艺，贯穿研磨介质块、设备和利用松散研磨介质的工艺，部件以一种随意的方式运行，对安装好的部件进行处理。

大多数现有的整体精饰应用，例如桶式、振动式、离心式和纺锤式整饰工艺，都通过在装有研磨介质和被处理水的机械工作间里对零件进行处理，在它们上面形成边棱和表面条件。用专用化学品处理过的水有助于促进介质在工作间内的顺畅滚动和流动；有助于冲洗和清洁零件；有助于防止过程中淤泥形成以及研磨剂或金属颗粒在零件表面上的再沉淀。

用于处理水的化合物类型对所形成的表面质量起着实质性的影响。一些化合物的配方是用于提高介质的研磨切割作用。其它的化合物配方是用于对磨光介质的作用进行补充，例如介质金属、瓷质或玻璃质氧化铝小块，它们通过介质的压缩性滚动作用降低表面粗糙度，以形成反光表面。

这种机械式精饰所遭受的缺陷是湿式排放废物产生了，必须在处置之前作处置。根据所用方法和待处理材料的不同，处理方法可能是复杂的、容易出问题的和昂贵的。

LaRoux Gillespie在其《整体精饰手册》一书中非常充分地探讨了可能涉及到的潜在问题，他指出处理要求可能是令人生畏的。由利用水和化学品的普通整体精饰操作产生的废物可能包括：

1)淤泥中的细小研磨颗粒

2)金属细粒或溶解掉的金属细粒

3)悬浮在水中的研磨细粒

4)溶解掉的、分散掉的油，等等。

5)塑料树脂

6)玻璃状粘土。

图1. 一些干式介质由天然材料组成，如木头（上一排）和农业副产品（下一排）。

这些种类的材料被类似浮石的研磨剂、或类似珠宝匠用铁红、

或类似在抛光混和物配方中具有的其它研磨材料所处

置。

以批次为导向的整体精饰系统，例如桶型或离心桶型设备，所产生流出物的量与工业规模应用的振动型系统相比是适中的。这些种类的系统连续地排出污水和添加补充水与化学品。8500m3容量的振动型精饰机器可以形成出每小时115升的废水，可能包括每小时操作有磅的溶解或悬浮固体。在化合物溶液中使用螯合化合物常常使废水的处理变得更复杂了，也使得溶解或悬浮金属的分离变得困难。

近年来，一种替代方法已被开发出来，它将干燥介质与高能量方法结合，避免了对利用水性工艺的需求。尽管许多整体精饰应用不可能把它们自己都放到全“干式”方法中，但仍有一些是这样做的。而且，如果可以利用干式方法，废物处理考虑事项就可以因这种“绿色”方法而被因此本材料还可以作为1种方便的电子发射源大大地简化了，所以消除了对污水处理和随后部件干燥操作的需要。

将干式介质置于和传统湿式工艺介质相比不利地位的一个特性是其重量或散装密度相对较小。每个设定单位的塑料或陶瓷介质可能重量要高出两至三倍。而且，研磨剂是介质块的一个有机组成部分，所以当介质表面被磨损掉时，新的研磨颗粒也被不断地暴露出来。为克服这种障碍，大量的方法被应用：

1) 较新的干式介质配方利用了注有研磨剂的尼龙。

2)利用高功率离心设备。

3)把部件固定在精饰机器工作间内部，增加介质相对部件表面的接触力和流动。

靠固定装置加速周期时间

传统的桶翻、振动和离心式精饰被包含在这些整体精饰方法之中。一套密切相关的工艺将是以设备为中心的加工，例如旋转、拖曳、心轴和涡轮精饰方法（见图2）。固定设备方法通过将动作直接传递给固定在杆式装置上的部件而产生效果（通过拖曳、旋转或形成行星式运动），并被浸没在疏松的研磨或抛光介质中。部件边缘与表面与疏松介质的相互作用力比大块介质工艺所形成的作用力要高得多，部件凭此就被随意放置在介质团中，随疏松介质运动而定，以获得表面处理效果。

图2.干式涡轮整饰工艺（芯轴整饰方法）是一种独特的表面与边棱预处理方法，

设计用于以干式喷涂操作中用到的类似介质在部件上形成桶式精饰类型的等方

性表面质量。工艺中用到的高速芯轴能非常快地形成边角轮廓和

精制的表面条件，造就光滑的表面情形。

在更为传统的桶式或振动式方法中固定部件也是常见的。这样做有多种原因，包括防止部件和部件间接触的需要，以及提高介质对部件表面的力流数量的需要；加速周期时间、生产更可靠表面整饰结果的需要。

在传统设备中固定设备精饰的部件应用差别很大。举几个例子：一些黄铜乐器（喇叭、圆号、长号）的制造商把黄铜乐器组件固定在桶状或振动式工作室中，并使软质的抛光介质粒流过组件，取代多级的抛光操作。

类似地，一些医疗与外科输液装置的制造商把装置固定在高功率离心桶中，通过一系列连续松散研磨操作处理设备，在钴铬合金与钛基层上形成非常精致的表面。

连续处理

今天许多更成熟的整体精饰操作享有的一个显著特点是对多步骤连续加工的依赖。在这种处理中，很粗糙的表面可以被带至高度整饰或微精饰的状态。这是通常最初用粗糙研磨材料进行处理而实现的，然后用一系列更精细的研磨剂（见图1）进行处理。每一个连续步骤利用到已被计算的研磨材料，通过前面介绍的步骤对留在表面的研磨剂作清洁和混合。

借鉴源自木材精饰业的类推，几乎人人皆知，在木材加工中要获得精美的磨光，有必要应用依靠更精细的研磨粉，以形成橱柜或家具质量的表面。当需要有非常光滑或磨光的表面时，同样的原理在金属部件的整体精饰（甚或手工整饰）中也是正确的。

一种历史悠久的精细表面产生方法是干桶处理。这种技术最初是早在1920年代于美国东北部被开发和大力应用的，类似方法同期在欧洲被开发出来。

开发这更可加强品牌或产品的独特性种方法主要是为了减轻与大量消费类产品手工抛光有关的高人工成本，例如眼镜和珠宝。这种技术作为一种标准方法而被广泛接受，用于生产很精致的消费者可接受的产品表面质量，这以衣是那些抛光方法的独有领地，它仍被用在这些类型的用途当中。

这种连续原理已经针对其它部件精饰应用而被改造用于其它类型设备中。反光性表面在振动型设备精饰过的部件上是理想的，现在不常见到使用抛光介质的次级振动工艺，或者干式工艺精饰介质形成那些表面（见图3）。

图3. 芯轴整饰的装饰性与功能性表面质量效果。

这一组中的部件已通过干式芯轴磨光方法被固定处理过了，

为更进一步的装饰性或功能性效果预处理表面。

针对离心碟和离心桶，许多工艺已被开发出来，利用了三种或更多的步骤，目的是使部件表面具有极低的微米级表面形态，或者因为化妆品的缘故而开发高反光表面（见图3）.

利用这些技术的一个最新进展反映出一个理解，这种设备能加工比从前认为要大得多的工件。通过被固定在桶隔间内，更大的单体部件在桶隔间运行，或者在一些情况下，在已有意被介质溢满的桶隔间内运行，缓冲旋转运动过程中的部件。

较新的干式介质配方

近年来，利用主要由尼龙制成的专用干式介质，已经开发出了无水工艺，各种研磨剂被注入到了介质形状的内部。这些介质类型主要被用在高功率精饰设备中，已由标准式样进行修整，以容纳和排出作为工艺副产物而生成的灰尘。在日本开发了这种介质的大学所做一些研究显示，这种工艺也可用于①开启实验机产生有益的压缩力，促进在重要部件上的表面融合。

“拖曳精饰“设备的德国制造商利用干式精饰和抛光材料，在切割工具上形成边缘和表面，既提高了工具制造的表面质量，又充分地提高了工具自身的使用或操作寿命。这些材料的开发驱动力已明确的是发展无水技术的需要，不会有相关的废液处理成本。

微型部件的干式处理

干式工艺已取得特别成功的一个领域是在高功率地处理多种小型甚至微型加工件（例如瑞士转床或螺旋机器应用）。在一个极端例子中，一家大型制造商已经加工了大量的精密里程表指针，利用几十台翻滚桶在48小时的周期里表面精饰这些指针，达到10Ra 的质量水平。这种湿式工艺每天产生超过38m3的废水，这遭到了市政当局的强烈反对。

整个操作被两台120升容量的离心桶精饰机所代替，应用了桃核混合研磨剂。最后结果是： 周期时间由48小时缩短至两个2小时周期；排出物由每天38m3减少到0，而指针最后的表面粗糙度由10 Ra降低到了 Ra。

总结

干式介质整体精饰工艺可以被用于生产精致的边缘和表面效果从硬模中熔融的聚合物的直径或厚度通常都比硬模的直径。这些工艺并没有利用与研磨介质一致的水溶液的传统工艺那么出名。尽管在潜在应用中不算普遍，但这些材料和方法应当作为潜在的绿色精饰方法，由那些寻求避免而不是处理整体精饰操作废液的企业来进行研究。

作者介绍

David A. Davidson是美国制造工程师协会修边、边角磨光和表面修整技术组的会员，电邮: ddavidson@。 (end)