1、5.1 研磨与抛光 5.2 电解修磨抛光 5.3 超精研抛 5.4 超声波抛光 5.5 其他光整加工,第5章 模具的研抛,返回目录,第5章 模具的研抛,随着市场对工业产品的多样化、高档化、复杂化和短交货周期等条件的要求下，如何提高影响产品质量的模具质量与精度，是一项重要的任务。在模具制造过程中，形状加工后的平滑加工和镜面加工称为零件表面的研磨与抛光加工。它是提高模具质量的重要工序。传统的模具表面研抛加工主要依靠手工加工，所耗费的工时约占模具加工总工时的30%左右，既费工耗时，又难于保证质量，已成为模具生产的薄弱环节近年来逐步发展起来一些模具表面研抛加工的新方法，如电动抛光、电解修磨抛光、超精研
2、抛、超声波抛光、挤压研磨等。这大大提高了模具质量和使用寿命，缩短了模具制造周期，降低了模具制造成本,返回,研抛的目的：(1) 提高塑料模具凹模型腔的表面质量，以满足塑件表面质量与精度要求。(2) 提高塑料模具浇口、流道的表面质量，以降低注射的流动阻力。(3) 使塑件易于脱模。(4) 提高模具接合面精度，防止树脂渗漏。提高模具尺寸精度及形状精度，相对地也提高了塑料制品的精度。(5) 对产生反应性气体的塑料进行注射成型时，模具表面状态良好，具有防止被腐蚀的效果。(6) 在金属塑性成型加工中，防止出现沾粘和提高成型性能，并使模具工作零件型面与工件之间的摩擦和润滑状态良好。(7) 去除电加工时所形成的
3、熔融再凝固层和微裂纹，以防止在生产过程中此层脱落而影响模具精度和使用寿命。(8) 减少了由于局部过载而产生的裂纹或脱落，提高了模具工作零件的表面强度和模具寿命。同时还可防止产生锈蚀。,返回,5.1 研磨与抛光,研磨是将研具表面嵌入磨料或敷涂磨料并添加润滑剂，在一定的压力作用下，使研具与工件接触并做相对运动，通过磨料作用，从工件表面切去一层极薄的切屑，使工件具有精确的尺寸、准确的几何形状和较低的表面粗糙度，这种对工件表面进行最终精密加工的方法叫做研磨。,返回,5.1.1 研磨的基本原理与分类,1. 研磨的基本原理研磨加工时，在研具和工件表面间存在有分散的磨料或研磨剂，在两者之间施加一定的压力，并
4、使其产生复杂的相对运动，这样经过磨粒的切削作用及研磨剂的化学和物理作用，在工件表面上即可去掉极薄的一层余量，获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。实验研究表明，磨粒的切削饔萌缤5.l(a)所示，分为滑动切削作用和滚动切削作用两类。前者磨粒基本固定在研具上，靠磨粒在工件表面上的滑移进行切削；后者磨粒基本上是自由状态的，在研具和工件间滚动，靠滚动来切削。在研磨脆性材料时，除上述作用外，还有如图5.l(b)所示的情况，磨粒在压力作用下，使加工面产生裂纹，随着磨粒的运动，裂纹不断地扩大、交错，以致形成碎片，成为切屑脱离工件,返回,返回,研磨时的金属去除过程，除磨粒的切削作用外，还常常由于化学或物理作用
5、所引起。在湿研磨时，所用的研磨剂内除了有磨粒外，还常加有油酸、硬脂酸等酸性物质，这些物质会使工件表面产生一层很软的氧化物薄膜，钢铁成膜时间只要0.05s，氧化膜厚度约2nm7nm。凸点处的薄膜很容易被磨粒去除，露出的新鲜表面很快地继续氧化，继续被去掉，如此循环，加速了去除的过程。除此之外，研磨时在接触点处的局部高温高压，也有可能产生局部挤压作用，使高点处的金属流入低点，降低了工件表面粗糙度,返回,(1) 湿研磨 湿研磨即在研磨过程中将研磨剂涂抹在研具或工件上，用分散的磨粒进行研磨。这是目前最常用的研磨方法。研磨剂中除磨粒外还有煤油、机油、油酸、硬脂酸等物质。磨粒在研磨过程中有的嵌入了研具，个别
6、的嵌入了工件，但大部分存在于研具与工件之间，如图5.2(a)所示。此时磨粒的切削作用以滚动切削为主，生产效率高，但加工出的工件表面一般没有光泽，加工的表面粗糙度一般可达到Ra=0.025m。,2. 研磨的分类,返回,(2) 干研磨 干研磨即在研磨以前，先将磨粒压入研具，用压砂研具对工件进行研磨。这种研磨方法一般在研磨时不加其他物质，进行干研磨，如图5.2(b)所示。磨粒在研磨过程中基本固定在研具上，它的切削作用以滑动切削为主。干研磨时，磨粒的数目不能很多，且要均匀地压在研具的表面上形成很薄的一层，并且，磨粒在研磨的过程中始终嵌在研具内，很少脱落。这种方法的生产效率不如湿研磨，但可以达到很高的尺
7、寸精度和很低的表娲植诙。,返回,返回,(3) 抛光 抛光加工多用来使工件表面显现光泽，在抛光过程中，化学作用比在研磨中要显著得多。抛光时，工件的表面温度比研磨时要高(抛光速度一般比研磨速度要高)，有利于氧化膜的迅速形成，从而能较快地获得高的表面质量,返回,5.1.2 磨料与研磨剂,1. 磨料(1) 磨料的种类 磨料的种类很多，一般是按硬度来划分的。硬度最高的是金刚石，包括人造金刚石和天然金刚石两种；其次是碳化物类，如黑碳化硅、绿碳化硅、碳化硼和碳硅硼等；再次是硬度较高的刚玉类，如棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、微晶刚玉、黑刚玉、锆刚玉和烧结刚玉等；硬度最低的是氧化物类(又称软质化学磨料)，有
8、氧化铬、氧化铁、氧化镁及氧化铈等。上述是一般的分类方法，但也有的按天然磨料和人造磨料来分类。由于天然磨料存在着杂质多、磨料不均匀、售价高、优质磨料资源缺乏等限制，因此，目前几乎全部使用人造磨料。常用磨料的种类及用途见表5.1。,返回,返回,返回,(2) 磨料的粒度 磨料的粒度是指磨料的颗粒尺寸。磨料可按其颗粒尺寸的大小分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四组。其中，磨粒和磨粉这两组磨料的粒度号数用每一英寸筛网长度上的网眼数目表示，其标志是在粒度号数的数字右上角加“”符号。比如240#，是指每一英寸筛网长度上有240个孔，粒度号的数值越大，表明磨粒越细小。而微粉和超微粉这两组磨料的粒度号数是以颗粒的实际
9、尺寸来表示的，其标志是在颗粒尺寸数字的前面加一个字母“W”。有时也可将其折合成筛孔号。例如W20，是表示磨料颗粒的实际尺寸在20m14m之间，折合筛孔号为500#,返回,在各种磨料的粒度中又有粗、中、细不同的颗粒。中粒是研磨粉中的基本粒度，是决定磨料研磨能力的主要因素，在粒度组成中占有较大的比例。实践证明：经过离心分选后的研磨粉其研磨能力将比分选前提高20。细粒在研磨中起很小的研削作用，粗粒除对研磨工件的质量不利外，而且还会降低研磨效率，应在粒度组成中尽量减少它们的数量。因此，从研磨的效率和工件的质量来说，都要求磨料的颗粒均匀。有关磨粉、微粉和超微粉的粒度分类、颗粒尺寸范围、分选与测定方法及其
10、主要用途见表5.2。表5.2中没有列出粒度在12#80#的磨粒组，这是因为它们的颗粒尺寸较大，不适于作研磨加工的磨料,返回,(3) 磨料的硬度 磨料的硬度是指磨料表面抵抗局部外作用的能力，而磨具(如油石)的硬度则是粘结剂粘结磨料在受外力时的牢固程度，它是磨料的基本特性之一。研磨的加工就是利用磨料与被研工件的硬度差来实现的，磨料的硬度越高，它的切削能力越强。(4) 磨料的强度 磨料的强度是指磨料本身的牢固程度。也就是当磨粒锋刃还相当尖锐时，能承受外加压力而不被破碎的能力。强度差的磨料，它的磨粒粉碎得快，切削能力低，使用寿命短。这就要求磨粒除了具有较高的硬度外，还应具有足够的强度，才能更好地进行研
11、磨加工。,返回,2. 研磨剂 研磨剂是磨料与润滑剂合成的一种混合剂。常用的研磨剂有液体和固体(或膏状)两大类。,返回,返回,(1) 液体研磨剂 液体研磨剂由研磨粉、硬脂酸、航空汽油、煤油等配制而成。其中，磨料主要起切削作用；硬脂酸溶于汽油中，可增加汽油的粘度，以降低磨料的沉淀速度，使磨粒更易均布，此外在研磨时，硬脂酸还有冷却润滑和促进氧化的作用；航空汽油主要起稀释作用，将磨粒聚团稀释开，以保证磨粒的切削性能；煤油主要起冷却润滑作用。(2) 固体研磨剂 固体研磨剂是指研磨膏。常用的有抛光用研磨膏、研磨用研磨膏、研磨硬性材料(如硬质合金等)用研磨膏三大类。一般是选择多种无腐蚀性载体(如硬脂酸、硬脂
12、、硬蜡、三乙醇胺、肥皂片、石蜡、凡士林、聚乙二醇硬脂酸脂、雪化膏等)加不同磨料来配制研磨膏。,返回,5.1.3 研磨工艺研磨工艺方案采用的正确与否，直接影响到研磨质量。如果采用合理的研磨工艺，就能达到预期的效果；若研磨工艺不合理，即使是最好的钢材也会被毁掉。,返回,1. 研具在研磨加工中，研具是保证研磨工件几何精度的重要因素。因此，对研具的材料、精度和表面粗糙度都有较高的要求。 研具材料应具备如下技术条件：组织结构细致均匀；有很高的稳定性和耐磨性；有很好的嵌存磨料的性能；工作面的硬度应比工件表面硬度稍低。嵌砂研具的常用材料是铸铁，它适于研磨淬火钢。铸铁因有游离碳的存在，故可起到润滑剂的作用。球
13、墨铸铁比一般铸铁容易嵌存磨粒，而且嵌得均匀牢固，能得到较好的研磨效果。同时还能增加研具本身的耐用度。 除铸铁以外的金属研具，还有低碳钢、铜、黄铜、青铜、铅、锡、铅锡合金、铝、巴氏合金等材料。非金属研具主要使用木、竹、皮革、毛毡、玻璃、涤纶织物等。其目的主要是使加工表面光滑。,返回,2. 研磨运动轨迹 研磨时，研具与工件之间所做的相对运动，称为研磨运动。在研磨运动中，研具(或工件)上的某一点在工件(或研具)表面上所走过的路线，就是研磨运动的轨迹。研磨时选用不同的运动轨迹能使工件表面各处都受到均匀的研削。,返回,研磨运动应满足以下几点。(1) 研磨运动应保证工件均匀地接触研具的全部表面。这样可使研
14、具表面均匀受载、均匀磨损，因而能长久地保持研具本身的表面精度。(2) 研磨运动应保证工件受到均匀研磨，即被研工件表面上每一点的研磨量均应相同。这对于保证工件的几何形状精度和尺寸均匀性来说是至为重要的。(3) 研磨运动应使运动轨迹不断有规律地改变方向，避免过早地出现重复。这样可使工件表面上的无数切削条痕能有规律地相互交错抵消，即越研越平滑，从而达到提高工件表面质量的目的。(4) 研磨运动应根据不同的研磨工艺要求，具体选取最佳运动速度。例如，当研磨细长的大尺寸工件时，需要选取低速研磨；而研磨小尺寸或低精度工件时，则要选取中速或高速进行研磨，以提高生产效率。,返回,(5) 整个研磨运动自始至终应力求
15、平稳，特别是研磨面积小而细长的工件，更要注意使运动方向的改变要缓慢，避免拐小弯，运动方向要尽量偏于工件的长边方向并放慢运动速度。否则，会因运动的不平稳造成被研表面的不平，或掉边、掉角等质量弊病。(6) 在研磨运动中，研具与工件之间应处于弹性浮动状态，而不应是强制的限位状态。这样可以使工件与研具表面能够更好地接触，把研具表面的几何形状准确地传递给工件，从而不受研磨机床精度的过多影响。 常用的手工研磨运动形式有直线、摆线、螺旋线和仿“8”字形等几种。不论哪一种轨迹的研磨运动，其共同特点都是工件的被加工面与研具工作面做相密合的研磨运动。这样的研磨运动既能获得比较理想的研磨效果，又能保持研具的均匀磨损
16、，提高研具的耐用度。,返回,3.研磨余量(1) 研磨预加工余量的确定 工件在研磨前的预加工很重要，它将直接影响到以后的研磨加工精度和研磨余量。如果研磨前的预加工精度很低，不但研磨工序消耗的工时多，而且研具的磨损也快，往往达不到研磨后预期的工艺效果。而且在研磨的整个过程中，只能研掉很薄的表面层。因此，为了保证研磨的精度和加工余量，工件在研磨前的预加工，应有足够的尺寸精度、几何形状精度和表面精度。 研磨前预加工的精度要求和余量的大小，要结合工件的材质、尺寸、最终精度、工艺条件以及研磨效率等来确定。对面积大或形状复杂且精度要求高的工件，研磨余量应取较大值。预加工的质量高，研磨量取较小值。,返回,(2
17、) 研磨中研磨余量的确定 为了达到最终的精度要求，工件往往需要经过粗研、半精研、精研等多道研磨工序才能完成。而研磨工序之间的加工余量也应本着研磨前预加工应考虑的那几个方面来确定。余量小，下道工序研不出应有的效果，余量大，下道工序很难加工。因而确定合理的研磨余量，不仅能够保证研磨精度，而且可以获得较高的生产效率。表5.3是淬硬钢件双向平面研磨余量的实例。,返回,返回,4. 研磨的压力、速度和时间(1) 研磨的压力 研磨过程中，工件与研具的接触面积由小到大，适当地调整研磨压力，可以获得较高的效率和较低的表面粗糙度。研磨的压力不能太大，若研具硬度较高而研磨压力太大时，磨粒很快被压碎，使切削能力降低。
18、特别是在干研磨时，当研具硬度较低而研磨压力过大时，磨粒会被大量嵌进研具表面，使切削能力大大增强，但因研磨动作加剧而导致工件和研具受热变形，直接影响到研磨质量和研具的寿命。反之，研磨的压力也不能太小，压力太小会使切削能力降低，同时生产效率也降低。在一定范围内，研磨沽肷食烧取心沽话闳0.0lMPa0.5MPa。一般手工粗研磨的压力约为0.1MPa0.2MPa；精研磨的压力约为0.01MPa0.05MPa。对于机动研磨来说，因机床开始起动时摩擦力很大，研磨压力可调小些，在研磨过程中，可调到某一定值，研磨终了时为获得高精度，研磨压力可再减小些。实践表明，在所用压力范围内，工件表面粗糙度是随着研磨压力的
19、降低而降低的。当研磨压力在0.04 MPa 0.2MPa范围内时，对降低工件表面粗糙度收效较为显著。一般对较薄的平面工件，允许的最大压力以0.3MPa为好。,返回,(2) 研磨的速度 在一定条件下，提高研磨速度可以提高研磨效率。但是，如果工件的加工精度要求很高，采用较高的研磨速度进行研磨则不能得到令人满意的效果。其缺点如下： 工件与研具的相对运动速度高时，将产生较高的热量，使精度降低； 使研具表面较快地磨损，从而影响工件的几何形状和精度； 对圆盘研磨来说，可使研磨盘外圈与内圈的速度差增加，因研磨量与研磨所走的路程成正比，所以经常是外圈的研磨量大于内圈的研磨量。合理地选择研磨速度应考虑加工精度、
20、工件的材质、硬度、研磨面积等，同时也要考虑研磨的加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在10m/min150m/min之间。对于精密研磨来说，其研磨速度应选择在30m/min以下。一般手工粗研磨每分钟约往复4060次；精研磨每分钟约往复2040次。,返回,(3) 研磨的时间 研磨时间和研磨速度这两个研磨要素是密切相关的，它们都同研磨中工件所走过的路程成正比。研磨时间过长，不仅加工精度趋向稳定不再提高，甚至会因过热变形丧失精度，并使研磨效率降低。实践表明，在研磨的初始阶段，工件几何形状误差的消除和表面粗糙度的改善较快，而后则逐步缓慢下来。通过研磨原理的分析可知：研磨开始阶段因有工件的原始粗糙度及几
21、何形状误差，工件与研具接触面积较小，使磨粒压下较深。随着研磨时间增加，磨粒压下渐浅，通过工件横截表面的磨粒增多，几何形状误差很快变小而表面粗糙度的改善也较快。当基本消除几何形状误差之后，工件与研具上的磨粒接触较多，此时磨粒压下深度较浅，各点切削厚度趋于均匀，研磨时间再加长，则通过工件横截面磨粒数量增多，对工件精度的改善变得缓慢了。超过一定的研磨时间之后，磨粒钝化得更细，压下更浅，切削能力也更低了，并逐渐趋向稳定。,返回,对粗研磨来说，为获得较高的研磨效率，其研磨时间主要根据磨粒的切削快慢来决定。对精研磨来说，实验曲线表明，研磨时间在1min3min范围，对研磨效果的改变已变缓，超过3min，对
22、研磨效果的提高没有显著变化。如图5.3所示，用200#金刚石研磨块手工研磨电火花加工后的毛坯(表面粗糙度Rz为30m)，研磨2min后达到Rz14m，4min后达到Rz10m，然后随着研磨时间的增加，工件表面粗糙度非常缓慢地变化，18min后达到Rz0.6m，为200#金刚石磨具所能达到的最低表面粗糙度值。为提高研磨效率，缩短总的研磨时间，对每种粒度的磨料所对应的最佳研磨时间应严格控制。如图5.3所示，200#金刚石研具，手工研磨的最佳研磨时间以3min左右为宜。,返回,5. 研磨的步骤仅就研磨来讲，使工件表面呈镜面，并不是最后抛光一个工序所能加工出来的，而是要经过粗研磨、半精研磨、精研磨等多
23、道工序的预加工。工件表面粗糙度数值要求的越低，抛光之前的预研磨工序也就越多，而表面粗糙度数值的降低是循序渐进的。例如，进行一次粗研磨，可使工件表面呈暗光泽面，表面粗糙度达Ra0.1m；进行二次粗研磨，可使工件表面呈亮光泽面，表面粗糙度达Ra0.05m；进行一次半精研磨，可使工件表面呈镜状光泽面，表面粗糙度达Ra0.025m；进行二次半精研磨，可使工件表面呈雾状镜面，表面粗糙度达Ra0.012m；进行最终精研磨(抛光)，可使工件表面呈镜面，表面粗糙度达Ra0.008m。,返回,返回,如前所述，磨粒粗，切削能力强，研磨效率高，所获得的研磨表面质量低。磨粒细，切削能力弱，研磨效率低，所获得的研磨表面
24、质量高。因此，为提高研磨效率，选择磨料粒度时，应从粗到细，分级研磨，最终研磨到工件所要求的表面粗糙度数值。 图5.4所示为模具工作零件经切削加工或电加工，再经磨削加工后，进行研磨抛光的实例。,返回,返回,切削加工和一般电加工的模具工作零件表面粗糙度为Rz10m时，再经磨削加工，使零件表面粗糙度达到Rz3.2m，经过三次研磨(分别用400#、600#、1000#三种粒度的磨料)，使零件表面粗糙度达到Rz0.20m，最后通过二次抛光(分别用1500#、3000#两种粒度的磨料)，使零件表面粗糙度达到Rz0.05m。,返回,(1) 手工研磨 用油石进行研磨 当型面存在较大的加工痕迹时，油石粒度可以用
25、320#左右，按表5.4选用。硬的油石会加深痕迹。研磨时需要使用研磨液，研磨液在研磨过程中起调和磨料的作用，使磨料分布均匀，也起润滑和冷却的作用，有时还起化学作用，加速研磨过程。常用的研磨液是L-AN 15机械油。精研时可用L-AN 15机械油1份、煤油3份，透平油或锭子油少量，轻质矿物油或变压器油适量。,6.常用的研磨方法及工具,返回,根据研磨面大小选择适当大小的油石，以使油石能纵横交叉移动。油石要经常修磨，以保持平整或保持所需形状。研磨过程中，应经常将油石和零件进行清洗，否则由于发热胶着和堵塞而降低研磨速度。堵塞油石的清理方法是：在普通车床上装夹l00mm的软钢棒料，作500r/min回转
26、，在棒料端面涂敷混有煤油的碳化硅粉，将油石堵塞面与棒料端面轻轻接触，10s就可完全清理好。,返回, 用砂纸进行研磨 研磨用砂纸有氧化铝、碳化硅、金刚砂砂纸。砂纸粒度采用60600目。研磨时可用比研磨零件材料软的竹或硬木压在砂纸上进行。研磨液可使用煤油、轻油。研磨过程中必须经常将砂纸与研磨零件清洗，砂纸粒度从粗到细逐步加以改变。 用磨粒进行研磨 用油石和砂纸不能研磨的细小部分或文字或花纹，可在研磨棒上用油粘上磨粒进行研磨。对凹的文字、花纹可将磨粒沾在工件上用铜刷反复刷擦。磨粒有氧化铝、碳化硅、金刚砂等，粒度选择见表5.5。,返回, 用研磨膏研磨 用竹棒、木棒作为研磨工具沾上研磨膏进行研磨。手工研
27、磨一般将研磨膏涂在研具上。研磨膏在使用时要用煤油或汽油稀释。,返回,(2) 手持研抛工具的应用近年来推广应用气动及电动手持抛光工具进行研磨、抛光，以提高研磨效率。下面介绍一种用于模具研磨、抛光的手持研抛工具电动抛光机。电动抛光机带有三种不同的研抛头，电动机通过软轴与手持研抛头连接，可使研抛头作旋转运动或往复运动。使用不同的研抛头，配上不同的磨削头，可以进行各种不同的研抛工作。 手持往复式研抛头 研抛头的一端与软轴连接，另一端可安装研具或锉刀、油石等。研抛头在软轴传动下可作频繁的往复运动，最大行程为20mm，往复频率最高可达5000次/min。研抛头工作端可按加工需要在270范围内调整。这种研抛
28、头应用的研具主要以圆形或方形铜环、圆形或方形塑料环配上球头杆进行研抛工作。卸下球头杆可安装金刚石锉刀、油石夹头或砂纸夹头，如图5.5所示。,返回,返回, 手持直身式旋转研抛头 研抛头在软轴传动下作高速旋转运动。可装夹212mm的特型金刚石砂轮进行复杂曲面的修磨。装上打光球用的轴套，用塑料研磨套可研抛圆弧部位。装上各种尺寸的羊毛毡抛光头可进行抛光工作。 手持角式旋转研抛头 研抛头呈角式，因此便于伸入型腔。应用的研具主要是与铜环配合使用于研光工序；与塑料环配合使用于抛光、研光工序；将尼龙纤维圆布、羊毛毡紧固于布用塑料环上用于抛光。安装在上述研抛头上使用的磨削头还有以下几种。带轴砂轮 如图5.6所示
29、，这种砂轮轴的直径为3mm，砂轮有圆柱形、圆锥形、反圆锥形、球形等各种形状。这类砂轮用陶瓷结合剂的烧结氧化铝制作。砂轮的最大直径范围为3mm16mm。这种砂轮可安装在旋转研抛头上使用。,返回,返回,旋转锉刀 这种旋转锉刀与带轴砂轮的形状相同，有圆柱形、圆锥形、反圆锥形、球形等各种形状。各种形状旋转锉刀最大直径分3mm、6mm、9mm三种。所用材料有高速钢和硬质合金两种，它们可以安装在手持直身式旋转研抛头和手持角式旋转研抛头上使用。往复运动锉刀 如图5.7所示，这种锉刀用高速钢和金刚石材料制成。模具零件硬度在40HRC以下时，可以用高速钢材料制造的锉刀：硬度在40HRC以上时，则应使用金刚石制成
30、的锉刀。这种锉刀可安装在手持往复式研抛头上使用。 旋转刷 图5.8所示的旋转刷在用磨料研磨时使用，其直径范围为5mm18mm。毛毡夹紧器 图5.9所示是毛毡夹紧器，用于夹持毛毡对模具工作零件表面进行精细抛光。柄部直径有3mm和6mm两种。可夹持的毛毡直径为6mm36mm，毛毡长度为6mm30mm。,返回,返回,7. 影响研磨质量的因素 在使用磨料进行加工的各道研磨工序中，被研表面粗糙度主要是大量磨粒切削刃尖在被研表面上所形成的无数切痕互相重叠的结果。总的来说，被研表面粗糙度的高低，取决于磨粒的粗细，或者说取决于磨粒压下工件表面的深度及通过工件单位横截表面的有效磨粒数量。,返回,在实际研磨过程中
31、，并不是选择了最细的磨料(如W0.5)就能研出最理想的表面粗糙度来，还有很多因素影响研磨质量。(1) 磨料粒度 在研磨加工中，磨粉和微粉这两组粒度号数较大的磨料，常用于加工余量大的粗研磨加工，零件表面粗糙度可达Ra0.025m，而粒度号数小的超微粉磨料，则适于微量切削的精研磨加工，零件表面粗糙度可达Ra0.008m。这说明磨料的粒度，不仅决定着研磨能力的大小，更重要的是决定着研磨加工质量的好坏。磨料的粒度越细，所获得的尺寸精度越高，表面粗糙度越低。所以在选用磨料粒度时，应根据预加工形成的原始表面粗糙度、加工余量、工件成品要求的表面粗糙度等因素综合考虑。此外，每批同种粒度的磨料中，基本颗粒的数量
32、多少对研磨质量的影响也很大。同种粒度的磨料中，粗粒与细粒都对研磨加工质量不利，粗粒磨料粉碎快，会降低研磨效率，细粒磨料切削作用小。因此，在研磨工作中，要求磨料的颗粒基本均匀一致。,返回,(2) 研磨运动轨迹 不同的研磨运动轨迹对研磨表面质量的影响亦不相同。其中，直线往复式研出的表面粗糙度最差。这是因为运动的方向性强，单纯的直线往复运动其研磨纹路是平行的，易使切痕重复加深，不利于表面粗糙度的改善。而其他如螺旋式、“8”字形式、摆线式、正弦曲线式研磨轨迹的共同特点是，运动的方向在不断地变化，研磨纹路是纵横交错的。在一定的研磨条件下，可研出较理想的表面粗糙度来。 (3) 研磨压力 在所用压力范围内工
33、件表面粗糙度随着研磨压力的降低而降低。从某种意义上说，研磨的切削能力和工件表面粗糙度是由研磨压力来决定的。研磨压力的增加，使在同样研磨条件下磨粒承受的载荷也增加。如果研磨压力过大，使磨粒切入深度加深，切削作用加快，磨料的粉碎也加快，这时工件所获得的表面粗糙度就较差。为此，要获得较低的表面粗糙度值，则需合理地选择研磨压力。(4) 工件材质的硬度 当研磨软质材料工件时，磨粒容易嵌入工件表面，使研痕加深，因而破坏了工件的表面。为了得到较低的表面粗糙度值，可采用干研磨或者采用材质较软的研具进行研磨。,返回,一般来说，被研表面粗糙度是随着被研工件材料硬度的增加而得到改善的。因此，对于淬硬钢的工件，可通过
34、提高淬火硬度的方法来改善研磨条件。在实际研磨过程中，除了上述影响因素外，研磨的速度、润滑剂的选用、研具的质量、嵌砂技术、研磨时间、研磨运动的平稳性、工件的原始表面粗糙度及其几何形状精度、工作环境的清洁程度等都会影响到研磨质量。,返回,5.1.4 抛光在所有的机械加工痕迹都消除，获得洁净的金属表面以后，就可以开始抛光加工。通过抛光可以获得很高的表面质量，表面粗糙度可达Ra0.008m，并使加工面呈现光泽。由于抛光是工件的最后一道精加工工序，要使工件达到尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度的要求，加工余量应适当。一般在0.005mm0.05mm范围内较为适宜，不能太大。可根据工件尺寸精度而定，有时加工
35、余量就留在工件的公差以内。抛光可以是机械抛光，也可以是手工抛光。抛光时可用与研磨相同的电动或气动磨削工具。,返回,1. 抛光工具(1) 手工抛光工具 平面用抛光器 平面用抛光器的制作方法可以用图5.10来说明。抛光器手柄的材料为硬木，在抛光器的研磨面上，用刀刻出大小适当的凹槽，在离研磨面稍高的地方刻出用于缠绕布类制品的止动凹槽。 若使用粒度较粗的研磨剂进行研磨加工时，只需将研磨膏涂在抛光器的研磨面上进行研磨加工即可。,返回,返回,若使用极细的超微粉(如W1)进行抛光作业时，可将人造皮革缠绕在研磨面上，再把磨粒放在人造皮革上并以尼龙布缠绕，用铁丝沿止动凹槽捆紧后进行抛光加工。 若使用更细的磨料进
36、行抛光，可把磨料放在经过尼龙布包扎的人造皮革上，以粗料棉布或法兰绒再包扎后，进行抛光加工。原则上是磨粒越细，采用越柔软的包卷用布。每一种抛光器只能使用同种粒度的磨粒。各种抛光器不可混放在一起，应使用专用密封容器保管。 球面用抛光器 如图5.11所示，球面用抛光器的制作方法与平面用抛光器基本相同。抛光凸形工件的研磨面，其曲率半径一定要比工件曲率半径大3mm，抛光凹形工件的研磨面其曲率半径比工件曲率半径小3mm。,返回,返回, 自由曲面用抛光器 对于平面或球面的抛光作业，其研磨面和抛光器保持密接的位置关系，故不在乎抛光器的大小。但是自由曲面是呈连续变化的，使用太大的抛光器时，容易损伤工件表面的形状
37、。因此，对于自由曲面应使用小型抛光器进行抛光，抛光器越小，越容易模拟自由曲面的形状，如图5.12所示。,返回,(2) 电动抛光机的应用 由于模具工作零件型面的手工研磨、抛光工作量大。因此，在模具行业中正在逐步扩大应用电动抛光机以提高抛光效率和降低劳动强度。电动抛光机的结构在前面已经介绍过，下面介绍两种常用的抛光方法。加工面平面或曲率半径较大的规则面时，采用手持角式旋转研抛头或手持直身式旋转研抛头，配用铜环，抛光膏涂在工件上进行抛光加工。加工面为小曲面或复杂形状的型面时，采用手持往复式研抛头，配用铜环，抛光膏涂在工件上进行抛光加工。(3) 新型抛光磨削头 它是采用高分子弹性多孔性材料制成的一种新
38、型磨削头，这种磨削头具有微孔海绵状结构，磨料均匀，弹性好，可以直接进行镜面加工。使用时磨削力均匀，产热少，不易堵塞，能获得平滑、光洁、均匀的表面。弹性磨料配方有多种，分别用于磨削各种材料。磨削头在使用前可用砂轮修整成各种需要的形状。,返回,2. 抛光工艺(1) 影响可抛光性的因素 抛光可达到的表面粗糙度值取决于下面三个因素。 抛光工艺要求 抛光是工件的最后一道精加工工序，对研磨的工艺要求也适用于抛光。 模具工作零件的钢材等级或材质 钢材中所含的杂质是不理想的成分。要改善模具钢的性能，可采用真空抽气冶炼法和电炉去杂质冶炼法。 钢材的热处理 模具钢的硬度越高则越难进行研磨和抛光，但是较硬的模具钢可
39、以得到较低的表面粗糙度值。因此，可以通过提高模具钢的淬火硬度来提高钢材的可抛光性。,返回,(2) 抛光工序的工艺步骤 抛光的工艺步骤要根据操作者的经验、使用的工具、设备情况和材料的性能等决定。通常采用两种方法进行抛光。选定抛光膏的粒度 先用硬的抛光工具抛光，再换用软质抛光工具最终精抛。选用中硬的抛光工具 先用较粗粒度的抛光膏，再逐步减小抛光膏的粒度进行抛光加工。有必要强调一下，抛光工序间的清洗相当重要。每个抛光工具，只能用同一种粒度的抛光膏。手抛时，抛光膏涂在工具上；机械抛时，抛光膏涂在工件上。要根据抛光工具的硬度和抛光膏粒度采用适当的压力。磨粒越细，作用于抛光工具上的压力应越轻，采用的抛光剂
40、也应越稀。抛光应先从模具零件的角部、凸台、边缘或较难抛的部位开始，最终抛光方向应与塑件的脱模方向或金属塑性成型过程中的金属流动方向一致。对于要求尖锐的边缘和角，应采用较硬的抛光工具。,返回,(3) 抛光中可能出现的缺陷及解决方法 抛光中的主要问题是所谓“过抛光”，其结果是抛光时间越长，表面反而越粗糙。这主要产生两种现象，即产生“桔皮状”和“针孔状”缺陷。过抛光问题一般在机抛时产生，而手抛很少出现这种过抛光现象。 “桔皮状”问题 抛光时压力过大且时间过长时，会出现这种情况。较软的材料容易产生这种过抛光现象。其原因并不是钢材有缺陷，而是抛光用力过大，导致金属材料表面产生微小塑性变形所致。解决方法为
41、：通过氮化或其他热处理方式增加材料的表面硬度。对于较软的材料，采用软质抛光工具。 “针孔状”问题 由于材料中含有杂质，在抛光过程中这些杂质从金属组织中脱离下来，形成针孔状小坑。解决方法为：避免用氧化铝抛光膏进行机抛。在适当的压力下作最短时间的抛光，采用优质合金钢材。,返回,5.2 电解修磨抛光模具零件经电火花加工后表面会产生一层硬化层，硬化层硬度一般为600HV 1300HV(600HV相当于洛氏硬度HRC55)。用目前手工抛光方法(锉刀、油石、砂纸等)则效率低，影响了模具的制造周期。电加工表面在精修前，应去除硬化层，或采用一种软化的方法，以大大减少钳工的修整工作量和缩短模具的制造周期。作为这
42、种方法，有化学抛光、电解抛光、电解修磨、液体抛光等等。化学抛光、电解抛光由于采用无机酸作电解液，因此对环境有一定污染，目前较少采用。现较为广泛采用的是电解修磨抛光。,返回,1. 电解修磨抛光的原理电解修磨抛光是通过阳极溶解作用对金属进行腐蚀。以被加工的工件为阳极，修磨工具即磨头为阴极。两极由一低压直流或脉冲电源供电，两极间通以电解液。修磨工具与工件表面接触并进行锉磨，此时工件表面被溶解并生成很薄的氧化膜，这层氧化膜不断地被修磨工具中的磨粒所刮除，使工件表面露出新的金属表面，并继续被电解。这样，由于电解作用和刮除氧化膜作用的交替进行，达到去除氧化膜和减小表面粗糙度的目的。图5.13所示为电解修磨
43、抛光的原理图。,5.2.1 电解修磨抛光的原理及特点,返回,返回,2. 电解修磨抛光的特点(1) 电解修磨抛光是基于电化学腐蚀原理去除金属的。它不会使工件热变形或产生应力，工件硬度也不影响腐蚀速度。(2) 经电解修磨抛光后的表面用油石及砂纸能较容易地抛到表面粗糙度Ra0.2m。(3) 用电解修磨抛光法去除硬化层时，模具工作零件型面原始粗糙度为Ra6.3m 3.2m即可，这相当于电火花中标准加工所得到的表面粗糙度。这时工具电极损耗小，表面波纹度也低。对于已产生的表面波纹，用电解修磨法也能基本除去。(4) 对型腔中用一般修磨工具难以精修的部位及形状，如图5.14所示的深槽、窄槽及不规则圆弧、棱角等
44、，采用异形磨头能较准确地按照原型腔进行修磨，这时效果更为显著。(5) 装置结构简单，操作方便，工作电压低，电解液无毒，便于推广。,返回,返回,5.2.2 电解修磨抛光的设备电解修磨抛光的设备由三部分组成，如图5.15所示。(1) 工作液循环系统 工作液循环系统包括电解液箱9，离心式水泵12，控制流量的阀门1，导管及工作槽6。电解液箱中间由隔板分开，起着电解液过滤的作用。水泵的进液口应由0.125mm(120目)铜网过滤。考虑到电解液的腐蚀，箱体及导管材料应尽可能地采用塑料及铜材制成。(2) 加工电源 可采用全波桥式整流，晶闸管调压、斩波后以等脉宽的矩形波输出，最大输出电流10A，电压0V24V
45、。也可采用一般的稳压直流电源。,返回,返回,(3) 修磨工具 导电油石 采用树脂作粘结剂将石墨和磨料(碳化硅或氧化铝)混合压制而成。由于型腔型面复杂，为了增加抛光的接触面积，并使被抛光型面的去除量比较均匀，最好按被加工型面将导电油石修整成相似形状。 人造金刚石导电锉刀 为了抛光模具工作零件上的窄缝、沟槽和角、根等部位，专门提供各种形状的导电锉刀。采用快速埋砂电镀法将金刚石磨料镀到各种形状的金属基体上制成各种形状的导电锉刀。使用导电锉刀导电性能较好，可以采用较高的电流密度抛光，以获得较高的生产效率。电解修磨抛光时影响抛光效率及抛光质量的主要因素是电极间隙，即磨粒突出于导电基体的高度。电极间隙太大
46、，则电流密度小，电解过程减慢，效率低，抛光后所获得的表面质量较差。间隙太小，则电解产物难于排除，容易发生电流短路，抛光后工件的表面粗糙度不均匀。一般电极间隙扇0.1mm0.25mm。 几种常用修磨工具的形状及尺寸见表5.7。,返回,返回,根据模具工作零件型面选择大小和形状合适的导电油石或金刚石导电锉刀装入如图5.16所示的手柄上，并与直流电源的负极相连，手柄表面应有塑料套管进行良好的绝缘。直流电源的正极连接在一块永久磁铁上，它可以方便地吸附在工件上。,返回,5.2.3 电解液电解液选用每升水中溶入150g硝酸钠(NaNO3)、50g氯酸钠(NaClO3)的溶液。此电解液无毒，在加工过程中产生轻
47、微的氨气。因硝酸钠是强氧化剂，容易燃烧，使用时应注意勿使它与有机物混合或受强烈振动。,返回,5.2.4 电解修磨抛光工艺过程1. 模具加工要求 要求模具型腔电火花加工至中规准为止，表面粗糙度为Ra6.3m3.2m即可。,返回,2. 脱脂 用有机溶剂或在下列溶液中脱脂。 NaOH 50g/L NaCO3 30g/L Na3PO412H2O 50g/L Na2SiO3 10g/L 溶液温度 80110 清洗时间 5min10min 用热水清洗。,返回,3. 电解修磨抛光将磁铁正极吸附在工件上，将选用的修磨工具插入手柄喷嘴内，开动电解液泵，调节到合适的流量(0.5 L/min 1L/min)，电源限
48、流电阻转换开关选至3挡，接通直流电源，握住手柄，使磨头在被加工表面上慢慢移动，并稍加压力，加工表面即发生电化学反应。其电蚀产物为棕色或黑绿色絮状物。加工电流约7A8A，若工具接触面积太小时，可将转换开关选至1或2挡上，直至硬化层被除去为止。平面修磨速度为0.5cm2/min2cm2/min，应注意勿使修磨工具在某一局部时间太长，以免造成凹坑。电解修磨抛光后的工件应立即用热水冲洗，然后用细油石(500以上)或研磨膏进一步抛光，对暂不能进一步抛光的工件可短期置于亚硝酸钠溶液中保存。经电解修磨抛光的模具表面无任何机械划痕，表面粗糙度可达Ra0.4m 0.2m，但是加工表面会附有极薄一层四氧化三铁组成
49、的黑膜，所以必须经过手工抛光或电动抛光机高速抛光来去除。实践证明，电解修磨抛光是一种行之有效的模具抛光方法，用它来抛光型腔模的角部、根部、窄缝和沟槽以及复杂的型面比手工抛光可节省工时50%70%。,返回,( 1) 磨料粒度 电解修磨抛光与传统的手工机械抛光一样，修磨工具的磨料粒度对表面粗糙度和生产效率有一定的影响。表5.8所示为导电油石粒度对加工表面粗糙度和比生产率的影响(工件材料为Cr12)。,5.2.5 影响电解修磨抛光的主要因素,返回,返回,(2) 冲波形的影响 电解修磨抛光一般采用直流电源对模具钢(如5CrMnMo、T8、45、Cr12、CrWMn等)进行加工。其比生产率在2.610-
50、3g(/Amin)4.1 10-3g(/Amin)范围内变化，因材料不同而异。当加工含铬量较高的材料，如Cr12时，采用脉冲矩形波加工其比生产率可提高30%左右，如图5.17所示。,返回,(3) 电流、抛光时间的影响 电解修磨抛光去除金属量基本与加工电流和时间成正比。在一定的电流下抛光时间较长，表面粗糙度也较小，以原始表面粗糙度Ra5m7m为例，若在电流为5A时加工1min，其表面粗糙度减少1/2，6min后表面粗糙度减至1/8，见表5.9。大量试验表明，对Ra5m10m的电加工表面，经过lmin/cm2左右的修磨抛光，硬化层基本去除。但要提高到Ra1.25m必须要用3min /cm2左右的时间，除去表层厚度在0.lmm左右。一般来说，开始应用大电流加工(5A10A)，然后降低电流进行抛光(2A4A)，这样可以提高抛光效率。,
