Полировка металла: виды и способы финишной обработки поверхности металлических изделий

Полировка металла необходима для улучшения внешнего вида металлических изделий и придания им более высоких потребительских качеств. Полировка придает металлическим изделиям декоративный блеск, она также используется при подготовке поверхности для нанесения гальванических покрытий. В промышленности широко применяются следующие способы полировки поверхностей металлов:

  1. Механический способ
  2. Химический способ
  3. Электрохимический способ
  4. Электролитно-плазменный способ

Недостатки традиционных видов полировки металла

Первые три из перечисленных способов обработки поверхности металлов имеют ряд ограничений применения. Основным ограничением для ряда промышленных предприятий является невозможность автоматизации при использовании механического, химического или электрохимического методов обработки поверхностей изделий в больших партиях массового производства.

Затруднения использования традиционных видов полирования металла имеют как экономические, так и технологические причины. Экономические трудности связываются с высокой стоимостью производственных роботов и станков с ЧПУ. Технологические же причины трудностей использования традиционных видов финишной обработки металлов связаны с трудностями построения полностью автоматизированного процесса производства. Вынужденное использование ручного труда на этапе полирования изделий, активации поверхности или ее очистки не позволяет наладить бесперебойную работу промышленных автоматизированных линий. Нередко из-за использования устаревших методов обработки металлов производственная линия принимает форму конвейера, что значительно удорожает производство и в итоге отрицательно сказывается на конкурентоспособности производимой продукции.


Сравнение видов полировки металла

  Механическая полировка Химическая полировка Электро-химическая полировка Электролитно-плазменная полировка
Производительность Средняя Низкая Средняя Высокая
Ограничение по геометрии Простой профиль Сложный профиль Сложный профиль Сложный профиль
Изменение материала Подверженность внедрению инородных частиц Неравномерность обработки,  травление Плохая обработка плоских поверхностей Возможно упрочнение материала
Сложность обработки Средняя Средняя Высокая Средняя
Возможность автоматизации Нет Нет Есть Есть
Затраты на материалы Высокие Высокие Высокие Низкие
Срок амортизации установки 25 лет 5 лет 20 лет 25 лет
Занимаемая произв. пл. Малая Средняя Средняя Средняя
Экологичность Низкая Низкая Низкая Высокая
Пожароопасность Низкая Высокая Средняя Низкая
Энергопотребление Среднее Низкое Высокое Высокое
Квалификация работников Высокая Средняя Средняя Средняя

Широкое внедрение в промышленность более производительной электролитно-плазменной полировки металла позволит со временем практически везде заменить токсичный электрохимический метод обработки. Его преимуществами, в сравнении с другими способами полировки поверхностей, являются высокая производительность и эффективность, соблюдение экологической чистоты окружающей среды, высокие качества и скорость выполняемых операций, невысокая стоимость.

Электролитно-плазменный метод полировки поверхностей является экологически чистым и удовлетворяет санитарным нормам, для очистки отработанного электролита не требуются специальные очистные сооружения.


Методы полирования поверхности металла путем комбинирования различных способов и видов обработки поверхностей

Часто полировке подвергаются изделия без предварительной поверхностной обработки с неподготовленной, достаточно шероховатой поверхностью, имеющей грубый рельеф, что влечет за собой необходимость длительной электролитно-плазменной обработки, которая сопровождается снятием значительного слоя металла, и ведет к перерасходу электроэнергии.

Кроме того, в процессе обработки грубой разветвленной поверхности наблюдается явление, когда плотность тока на первой стадии обработки иногда вдвое выше, чем на заключительной стадии. Это связано с тем, что первоначальная площадь шероховатой поверхности, контактирующая с электролитом, по-видимому, вдвое больше, чем получаемая в результате обработки.

На практике полирование изделий лучше осуществлять в два этапа, на первом провести очистку и обезжиривание поверхности, а на втором этапе – собственно полировку. Очистка деталей перед полированием необходима потому, что при изготовлении изделий из металлов литьем, либо при их термообработке, даже в нейтральных средах не удается полностью избежать соприкосновения поверхности с окислительной средой (например, воздухом) в области высоких температур, когда происходит поверхностное окисление металла. С целью очистки перед полированием применяют такие виды обработки поверхностей как:

  1. галтовка
  2. подводное шлифование
  3. гидроабразивная обработка
  4. обработка чугунным песком
  5. обработка корундовой крошкой
  6. обработка ультразвуком
  7. химическое и электротравление

Виды обработки поверхности металла после газоплазменной резки

Сглаживание шероховатостей поверхности, полученной после такого популярного  вида обработки металла плазмой как газоплазменная резка, не обязательно осуществлять путем срезания выступов. Предварительная обработка может быть проведена путем поверхностного пластического деформирования. В ряде случаев механические методы обработки поверхностей пастами состоят не в срезании выступов, а в их разминании, для чего в состав паст входят специальные смазывающие, химически активные, поверхностно-активные вещества, разупрочняющие поверхность и мелкодисперсные окисные частицы, например, инертная окись хрома.


Полировка металлических изделий электрольтно-плазменным методом с предварительной подготовкой

Для экономии электроэнергии целесообразно использовать технологию электролитно-плазменной полировки в два этапа, когда на первом этапе сглаживается грубый рельеф поверхности с помощью различных энергосберегающих способов обработки поверхностей, а затем на втором этапе применяется финишная кратковременная электролитно-плазменная полировка.

Например, при полировке деталей из нержавеющей стали, которая является пластичной и достаточно мягкой, на первом этапе могут применяться следующие способы обработки поверхности:

  1. шлифовка под слоем воды водостойкой шкуркой зернистостью 50–80 мкм
  2. обработка жесткой металлической щеткой
  3. электротравление в 10% растворе щавелевой кислоты при напряжении 12 В в течение 5–10 минут с плотностью тока до 2 А/см2
  4. пескоструйка мелкой чугунной крошкой
  5. отбеливающее травление в растворе 25% серной и 20% соляной кислоты в объемном соотношении 3/1 при температуре 30–40°C в течение 3–5–10 минут.

Последующая электролитно-плазменная полировка изделий может проводиться в 5%-м водном растворе сульфата аммония при температуре 80°C.


Методы обработки металла перед электролитно-плазменной полировкой

Способы обработки металла с помощью зачистки

Если исходный образец, поверхность которого предварительно обработана грубой шкуркой зернистостью 500 мкм, полируется до зеркального блеска в течение 5–6 минут со снятием слоя металла 0,05 мм, то образцы, обработанные до матового состояния шкуркой зернистостью 50–80 мкм, полируются в два раза быстрее за время менее 3 минут, и при этом снимается слой металла толщиной всего 0,02–0,03 мм. Экономия электроэнергии при использовании предварительной обработки поверхности шкуркой составляет около 40%.

Виды обработки металла с помощью крацевания

Весьма эффективна также предварительная обработка металлическими щетками грубо шлифованной или обработанной резцом поверхности. По-видимому, рельеф поверхности при такой обработке выравнивается за счет пластической деформации металла, а частично за счет крацевания, т.е. стирания, царапания металла. Также снимается окисная пленка, препятствующая равномерной полировке изделия в тех случаях, когда оно выполнено сваркой или подвергалось высокотемпературной термообработке.

Методы обработки металла с помощью травления

Неплохие результаты получены при химическом травлении, особенно образцов, которые подвергались термообработке, так как при этом на стали образуется окалина, трудно снимаемая электролитно-плазменной обработкой в течение 15 и более минут. Травление таких образцов в растворах серной и соляной кислот создает шероховатую, чистую от окалины поверхность без дефектов. Последующая обработка образцов в сульфате аммония при напряжении 260 В в течение 4 минут позволяет получить блестящую поверхность.