各向同性表面精加工 | 让传动系统获得越挫越勇的持久力

图源：SpaceX

齿轮传动系统在载人航天工程对接机构中是最关键、最重要的系统之一。齿轮材料强度、齿轮的加工精度、材料的环境适应性等都直接影响到对接机构的工作性能。其中齿轮组件的最佳表面光洁度，可以显著减少应力集中和磨损。据NASA测试，通过改善表面光洁度可以减少摩擦和增加滚动接触的抗疲劳寿命，将齿轮的寿命提高多达300%，从而提升航天器的机动性能和运转效率。

实现航天齿轮完美表面光洁度的最佳工艺就是各向同性精加工。该工艺可以帮助制造商获得显著的竞争优势，降低制造部件边缘和表面精加工技术的成本，提高零件的功能性能和使用寿命，并为不使用此类工艺的竞争对手无法复制的零件添加质量美感。

为什么要使用各向同性精加工？

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经同位素精加工的零件具有增强的金属对金属接触图案。任何一个位置的接触和表面应力都会扩散到更广泛的区域。这个过程也比传统的研磨更快、更有效。各向同性精加工对于在金属对金属应用中运行的零件特别有用，例如汽车设备、齿轮和轴承。

图源：Skf

什么是各向同性？

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Webster’s对各向同性的定义是“当沿所有方向的轴测量时显示具有相同值的属性”。简单地说，各向同性的意思是在所有方向上具有统一的物理特性。

什么是各向同性精加工？

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各向同性表面精加工（CASF），也称化学辅助表面增强、化学加速表面精加工。该技术已被开发为一种金属表面处理工艺，可为部件提供出色的弯曲和接触疲劳强度，并具有抗高载荷的能力。

该工艺使用典型的振动精加工设备以及高密度、非研磨性化学介质。各向同性产生非定向光洁度，减少表面应力。虽然并不总是必要的，但这种方法通常使用化学加速的振动过程。将这种化学物质添加到振动过程中会大大缩短完成时间。

各向同性微精加工 图源：Mark Riley，BV Products

在大规模精加工领域，各向同性精加工使部件的表面不再出现任何在机械加工、成型或铸造过程中常见的尖峰、磨痕、毛刺或其他缺陷。各向同性精加工可确保零件表面没有可辨别的标记、线条或图案。通常需要使用显微镜才能看到成品零件表面上留下的微小缺陷。

各向同性表面精加工工艺的过程

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金属部件与非研磨性高密度介质一起放入振动机器中。最初的改进结合了切割化学，它与零件表面发生反应以产生柔软的涂层。当零件在机器内翻滚时，转化涂层会被介质擦去金属峰，暴露未反应的金属。这种涂层去除降低了峰值水平。一旦表面的凹凸不平，就会在机器中添加一种温和的化学抛光物质，以中和任何残留的涂层——完成最终的饰面。

旋转振动光饰机 图源：Rosler

振动翻滚表面状态 图源：Precision Finishing

是否有不同的各向同性精加工方法？

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有多种精加工技术可用于实现高质量的表面光洁度，包括喷砂、研磨和电解抛光。虽然每种方法都有其特定的优势，但振动光饰机和离心光饰机已成为使用最广泛的方法。

①振动光饰

使用振动精加工，零件与介质（通常由陶瓷、塑料、钢或其他合成材料制成的小磨料颗粒）和水一起浸入碗或盆中。安装在垂直轴上的偏心砝码会产生振动翻滚，带动滚动所有磨料、介质与工件相互摩擦，以消除零件上数以百万计的毛刺与瑕疵，产生均匀平滑效果。

图源：Advanced Tec-Neeks

②离心光饰

离心桶精加工使用与振动过程相同的介质，经过离心力转动作用于工件表面，此时物体受滚筒槽的强压力，从而使得工件与磨料、助剂产生快速摩擦，从而形成均匀、无方向的光洁度。

图源：Metalfinish

各向同性精加工

为精密机构带来哪些好处？

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各向同性精加工虽然听起来像是一个复杂的过程，但它可以极大地有益于金属零件的最终结果。在金属部件上获得卓越的表面处理不仅仅是美观问题，还可以带来更高的性能水平。给精密机构带来的好处有：

• 保持完整的部件几何形状和尺寸
• 减少表面应力
• 增加对疲劳和柔韧性循环的抵抗力
• 减少摩擦和磨损
• 减少振动和噪音
• 获得最佳合适的镜面表面
• 增加组件的寿命
• 降低润滑温度
• 增加润滑保持力和增加传热
• 防止微观和宏观点蚀
• 适合微生物清洁和消毒的表面处理
• 锋利边缘良好的倒圆能力，便于搬运和组装
• 减少维修

REM'S ISF ®工艺是工程加工表面的经济高效的替代方案。REM'S ISF 工艺是一种各向同性表面精加工工艺，可产生非线性、低Ra精加工，从而提高磨损性能并减少摩擦。这是一种化学机械工艺，可依次去除地表面、切割或磨光表面的“峰”。图源：REM Surface Engineering

各向同性精加工可胜任任何金属部件

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各向同性精加工的过程作用于金属的快速和受控去除，在分子水平上形成表面膜，从而产生完美的结果。使用各向同性工艺可以处理任何类型的金属，包括合金、钢、特殊钢、处理过的不锈钢、钛等，适用的精密零部件如下：

• 气门系统部件（摇臂、气门弹簧、链条、链轮）
• 齿轮（箱）
• 轴承
• 轴颈
• 传动齿轮和轴
• 滚动轴承和球轴承
• 曲轴
• 凸轮（轴）从动件
• 行星齿轮
• 连接杆
• 密封面
• 驱动技术组件
• 差速器
• 弹簧
• 挺杆
• 涡轮叶片
• 传输皮带扣和配件
• 直升机传输
• 车辆和工业变速器
• 赛车齿轮零件
• 通用机械工具
• 船舶动力
• 枪械组件等

行星齿轮和轴 图源：IFP SRL

滚珠 图源：Kramer Industries

涡轮增压器滚动轴承  图源：Schaeffler