复杂构型表面精密修整清洗多功能一体机

成果简介：

回转体构型运动副在重大装备及精密装备中应用广泛，各类主机的工作精度、

性能、寿命、可靠性等指标均与回转体运动副的性能密切相关，然而其空间结构

的复杂性及高的功能特性要求对其制造工艺提出了巨大挑战。复杂构型回转体运

动副表面要求耐磨、减阻并具有较高的疲劳强度，需要较高的表面面型精度。目

前回转体构型零件淬硬表面一般采用固结磨料面接触制造工艺实现，然而固结磨

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料制造技术易于造成磨削烧伤及表面裂纹，影响零件的性能及使用寿命。此外，

某些精密元器件或者特殊环境下工作的元器件在使用过程中表面会附着污染物、

粉尘等物质而导致腐蚀或者性能下降，常规的机械作用强度较大，易于导致表面

损伤，耦合化学、机械以及超声振动的表面精密修整工艺能够柔顺覆盖材料全表

面，确保精准去除表面缺陷、污染物的同时避免附加损伤；此外某些工件空间尺

寸较小且内外表面工艺结构复杂，蕴含大量的边、角、棱结构，易于导致制造工

艺末端缺陷（毛刺）并对运动副配合表面造成损伤，严重影响使用性能，确保已

加工表面的面形精度同时高效去除表面末端缺陷已成为迫切需要解决的生产实

际问题。常规刚性工具难以实现表面的精准吻合而无法实现全表面精密修整，而

基于自由磨料的液态柔性磨具可以实现容器空间的全部填充，实现工具-工件的

全表面精准吻合并避免表面附加损伤，是复杂构型零件表面精密修整与清洗的理

想工艺。基于上述分析，课题组开发了复杂构型表面精密修整清洗多功能一体机。

表面精密修形是在柔性工具对零件表面廓形进行拟合运动的基础上通过表层材

料的塑性流动、小尺度材料剥离实现表面几何特征属性的全面提升，柔性工具与

零件表面之间的弱机械作用可以在提高零件表面微观几何精度的同时有效避免

附加损伤，然而目前为止获得纳米级表面粗糙度仍然主要依靠熟练操作者的手工

研抛为主，生产效率低、劳动强度大、最终表面质量严重依赖于操作者个人的技

术水准，难以保证高精度复合曲面制造精度的稳定性。复杂构型表面精密修整清

洗多功能一体机将有助于实现表面精密修整、去污的一体化，降低生产成本，提

高生产效率，具有广阔的市场前景。

市场分析及前景：

表面精密修整清洗一体化技术在许多行业都具有较好的应用前景：一、机械

零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，

如油泵油嘴偶件、轴 承、制动器、燃油过滤器、阀门的清洗。二是印制电路板、

硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、连接件、

显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系

统及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶

罐的清洗。五是喷丝头、精密 模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。天津大学科技成果选编

我国现有各类超声设备制造企业上百家，分布主要集中在东南沿海地区。据

统计资料，沿海地区的厂家占全国总数的 85%，可见经济发达地区对超声波表面

修整技术的应用广泛，普及程度高，这也证明超声波清表面修整技术推广普及的

前景十分广阔。

主要技术指标：

[1] 精密修整后的表面粗糙度小于 1nm，边、角、棱结构处的末端缺陷消失；

[2] 表面光滑亮泽，无油污及颗粒物附着。

技术水平及知识产权认定情况情况：本成果属于国际先进水平，成果归独家所有，

计划申请一项专利

应用领域：工程机械、微电子系统、光学精密仪器，医疗器械等

合作方式及条件：技术入股