第八章模具的研磨与抛光

1模具制造工艺学第8章模具光整加工模具的研磨8.1模具的抛光8.22模具制造工艺学光整加工是精加工后，在工件上不切除或只切除极薄的材料层，以降低表面粗糙度，增加表面光泽和强化其表面为主要目的而进行的研磨和抛光加工（简称研抛）。8.模具光整加工1.光整加工概述①手工研抛。②挤压研磨。③电化学研抛。④磁力研抛。⑤超声波研抛。⑥玻璃珠喷射研抛。2．光整加工的方法3模具制造工艺学8.1模具的研磨与抛光模具的研磨与抛光是以降低零件表面粗糙度、提高表面形状精度和增加表面光泽为主要目的。1），模具成型表面的粗糙度对模具寿命和制件质量都有较大影响。磨削成型表面不可避免地要留下磨痕、微裂纹和划痕等缺陷，这些缺陷对于某些精密模具影响很大。4模具制造工艺学2）磨削后的微小裂纹、伤痕等缺陷会直接造成刃口崩刃，尤其是硬质合金材料对这类缺陷的反应最敏感。为消除这些缺陷，可在磨削后进行研磨抛光。3）各种中小型冷冲压模和型腔模的工作与成型表面采用电火花和线切割加工之后，成型表面形成一层薄薄的变质层，变质层上的许多缺陷需要用研磨抛光来去除，以保证成型表面的精度和表面粗糙度。5模具制造工艺学8.1研磨与抛光8.1.1研磨的机理研磨是使用研具、游离磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法。在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑剂，使被加工表面和研具之间产生相对运动，并施以一定压力，通过其间的磨料作用去除表面突起，提高表面精度、降低表面粗糙度。6模具制造工艺学7模具制造工艺学在研磨过程中，被加工表面发生复杂的物理和化学作用，其主要作用如下：（1）微切削作用在研具和被加工表面作相对运动时，磨料在压力作用下，对被加工表面进行微量切削。在不同加工条件下，微量切削的形式不同。当研具硬度较低、研磨压力较大时，磨粒可镶嵌到研具上产生刮削作用，这种方式有较高的研磨效率；当研具硬度较高时，磨粒不能嵌人研具，磨粒在研具和被加工表面之间滚动，以其锐利的尖角进行微切削。8模具制造工艺学（2）挤压塑性变形钝化的磨粒在研磨压力作用下挤压被加工表面的粗糙突峰，使突峰趋向平缓和光滑，被加工表面产生微挤压塑性变形（3）化学作用当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时，研磨剂和被加工表面产生化学作用，形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜很容易被磨掉，而又不损伤材料基体。在研磨过程中氧化膜不断迅速形成，又很决被磨掉，提高了研磨效率。9模具制造工艺学2、研磨的特点（1）尺寸精度高加工热量少，表面变形和变质层很轻微，可获得稳定的高精度表面，尺寸精度可达0.1～0.01μm。（2）形状精度高由于微量切削，研磨运动轨迹复杂，并且不受运动精度的影响，因此可获得较高的形状精度。球体圆度可达0.025μm，圆柱体圆柱度可达0.1μm。10模具制造工艺学（3）表面粗糙度低在研磨过程中磨粒的运动轨迹不重复，有利于均匀磨掉被加工表面的突峰，从而降低表面粗糙度。表面粗糙度Ra值可达0.01μm。（4）改善工件表面力学性能研磨的切削热量小，工件变形小，变质层薄，表面不会出现微裂纹。同时能降低表面磨擦系数，提高耐磨和耐腐蚀性。研磨零件表层存在残余压应力，这种应力有利于提高工件表面的疲劳强度。11模具制造工艺学5）研具的要求不高研磨所用研具与设备一般比较简单，不要求具有极高的精度；但研具材料一般比工件软，研磨中会受到磨损，应注意及时修整与更换。12模具制造工艺学3.研磨的分类（1）按研磨抛光中的自动化程度划分1）手工研磨主要靠操作者采用辅助工具进行研磨抛光。加工质量主要依赖操作者的技艺水平，劳动强度比较大，效率比较低。模具成形零件上的局部窄缝、狭槽、深孔、盲孔和死角等部位，仍然以手工研磨为主。2）半机械研磨工件和研具之一采用简单的机械运动，另一件采用手工操作。加工质量与操作者技能有关。主要用于工件内、外圆柱面，平面及圆锥面的研磨。13模具制造工艺学3）机械研磨工件、研具的运动均采用机械运动。主要依靠机械进行研磨抛光，如挤压研磨抛光、电化学研磨抛光等等。机械研磨抛光质量不依赖操作者的个人技艺，工作效率比较高。但只能适用于表面形状不太复杂的零件研磨。14模具制造工艺学（2）按研磨剂的使用条件1）湿研磨研磨过程中将研磨剂涂抹于研具表面，磨料在研具和工件间随即地滚动或滑动，形成对工件表面的切削作用。加工效率较高，但加工表面的几何形状和尺寸精度及光泽度不如干研磨，多用于粗研和半精研平面与内外圆柱面。15模具制造工艺学2）干研磨在研磨之前，先将磨粒均匀地压嵌入研具工作表面一定深度，称为嵌砂。研磨过程中，磨粒在研磨过程中基本固定在研具上，研具与工件保持一定的压力，并按一定的轨迹做相对运动，实现微切削作用，从而获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。一般用于精研平面，生产效率不高。16模具制造工艺学3）半干研磨采用糊状研磨膏，类似湿研磨。研磨时，根据工件加工精度和表面粗糙度的要求，适时地涂敷研磨膏。各类工件的粗、精研磨均适用。17模具制造工艺学8.1.2研磨工艺1.研磨工艺参数（1）研磨压力研磨压力是研磨时零件表面单位面积上所承受的压力（Mpa）。在研磨过程中，随着工件表面粗糙度的不断降低，研具与工件表面接触面积在不断增大，则研磨压力逐渐减小。研磨时，研具与工件的接触压力应适当。若研磨压力过大，会加快研具的磨损，使研磨表面粗糙度增高；反之，若研磨压力过小，会使切削能力降低，影响研磨效率。研磨压力的范围一般在（0.01～0.5）MPa。手工研磨时的研磨压力约为（0.01～0.2）Mpa；精研时的研磨压力约为（0.01～0.05）Mpa；机械研磨时，压力一般为（0.01～0.3）MPa。当研磨压力在（0.04～0.2）MPa范围内时，对降低工件表面粗糙度收效显著。18模具制造工艺学（２）研磨速度研磨速度是影响研磨质量和效率的重要因素之一。在一定范围内，研磨速度与研磨效率成正比。但研磨速度过高时，会产生较高的热量，甚至会烧伤工件表面，研具磨损加剧，从而影响加工精度。一般粗研磨时，宜用较高的压力和较低的速度；精研磨时则用较低的压力和较高的速度。选择研磨速度时，应考虑加工精度、工件材料、硬度、研磨面积和加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在（10～150）m/min范围内选择，精研速度应在30m/min以下。19模具制造工艺学（３）研磨余量的确定零件在研磨前的预加工，需有足够的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度。对表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。研磨余量还应结合工件的材质、尺寸精度、工艺条件及研磨效率等来确定。研磨余量尽量小，一般手工研磨不大于10μm，机械研磨也应小于15μm。20模具制造工艺学（４）研磨效率研磨效率以每分钟研磨去除表面层的厚度来表示。工件表面的硬度越高，研磨效率越低。一般淬火钢为１μm／min，合金钢为0.3μm／min，超硬材料为0.1μm／min。通常在研磨的初期阶段，工件几何形状误差的消除和表面粗糙度的改善较快，而后则逐渐减慢，效率下降。这与所用磨料的粒度有关，磨粒粗，切削能力强，研磨效率高，但所得研磨表面质量低；磨粒细，切削能力弱，研磨效率低，但所得研磨表面质量高。因此，为提高研磨效率，选用磨料粒度时，应从粗到细，分级研磨，循序渐进地达到所要求的表面粗糙度。21模具制造工艺学2．研具研具是研磨剂的载体，使游离的磨粒嵌入研具工作表面发挥切削作用。磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从研具上局部或完全脫落，而研具工作面上的磨料不断出現新的切削刃口，或不断露出新的磨粒，使研具在一定时间內能保持切削性能要求。同时研具又是研磨成形的工具，自身具有较高的几何形状精度，并将其按一定的方式传递到工件上。22模具制造工艺学（1）研具的材料1）灰铸铁晶粒细小，具有良好的润滑性；硬度适中，磨耗低；研磨效果好；价廉易得，应用广泛。灰铸铁研具用于淬硬钢、硬质合金和铸铁材料的研磨2）球墨铸铁比一般铸铁容易嵌存磨料，可使磨粒嵌入牢固、均匀，同时能增加研具的耐用度，可获得高质量的研磨效果。23模具制造工艺学3）软钢韧性较好，强度较高；常用于制作小型研具。如研磨小孔、窄槽等。低碳钢强度较高，用于较小孔径的研磨4）各种有色金属及合金。如铜、黄铜、青铜、锡、铝、铅锡金等，材质较软，表面容易嵌入磨粒，适宜做软钢类工件的研具。黄铜和紫铜用于研磨余量较大的情况，加工效率比较高，但加工后表面光泽性差，常用于粗研磨；24模具制造工艺学5）非金属材料。如木、竹、皮革、毛毡、纤维板、塑料、玻璃等。除玻璃以外，其他材料质地较软，磨粒易于嵌入，可获得良好的研磨效果。硬木、竹片、塑料和皮革等材料常用于窄缝、深槽及非规则几何形状的精研磨和抛光。25模具制造工艺学（2）研具的种类1）研磨平板用于研磨平面，有带槽和无槽两种类型。模具零件上的小平面的研磨，常用自制的小平板进行研磨，如图8.1.2。a)无槽的用于精研b)有槽的用于粗研图8.1.2研磨平板26模具制造工艺学2）研磨环主要研磨外圆柱表面。研磨环的内径比工件的外径大（0.025～0.05）mm，当研磨环内径磨大时，可通过外径调解螺钉使调节圈的内径缩小。1-调节圈；2-外环；3-调节螺钉图8.1.3研磨环27模具制造工艺学3）研磨棒主要用于圆柱孔的研磨。固定式研磨棒制造容易，但磨损后无法补偿。分有槽的和无槽的两种结构，有槽的用于粗研，无槽的用于精研。当研磨环的内孔和研磨棒的外圆做成圆锥形时，可用于研磨内外圆锥表面。28模具制造工艺学（3）研具的硬度研具的硬度定义仍沿用磨具硬度的定义。磨具硬度是指磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度，反映结合剂把持磨粒的强度。磨具硬度主要取决于接合剂加入量的多少和磨具的密度。磨粒容易脱落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。研具硬度的等级一般分为超软﹑软﹑中软﹑中﹑中硬﹑硬和超硬7大級。测定磨具硬度的方法﹐较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度計测定法和喷砂硬度计测定法。在研磨切削加工中，若被研工件的材质硬度高﹐一般选用硬度低的磨具；反之﹐則选用硬度高的磨具。29模具制造工艺学3、常用的研磨剂研磨剂是由磨料、研磨液及辅料按一定比例配制而成的混合物。常用的研磨剂有液体和固体两大类。液体研磨剂由研磨粉、硬脂酸、煤油、汽油、工业用甘油配制而成；固体研磨剂是指研磨膏，由磨料和无腐蚀性载体，如硬脂酸、肥皂片、凡士林配制而成。30模具制造工艺学磨料的选择一般要根据所要求的加工表面粗糙度来选择，从研磨加工的效率和质量来说，要求磨料的颗粒要均匀。粗研磨时，为了提高生产率，用较粗的粒度，如W28～W40；精研磨时，用较细的粒度如，如W5～W27；精细研磨时，用更细的粒度如，如W1～W3.5。31模具制造工艺学32模具制造工艺学（2）研磨液研磨液主要起润滑和冷却作用，他应具备有一定的黏度和稀释能力；表面张力要低；化学稳定性要好，对被研磨工件没有化学腐蚀作用；能与磨粒很好的混合，易沉淀研磨脱落的粉尘和颗粒物；对操作者无害，易于清洗等。常用的研磨液有煤油、机油、工业用甘油、动物油等。此外研磨剂中还会用到一些在研磨时起到润滑、吸附等作用的混合脂辅助材料。33模具制造工艺学4、研磨机研磨机是用塗上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的机床。主要用于研磨工件中的高精度平面﹑內外圆柱面﹑圆锥面﹑球面﹑螺纹面和其他型面。研磨机的主要类型有圆盘式研磨机﹑转轴式研磨机和各种专用研磨机。34模具制造工艺学8.2模具的抛光抛光是利用柔性抛光工具和微细磨料颗粒或其他拋光介质对工件表面进行的修饰加工，去除前工序留下的加工痕迹（如：刀痕、磨纹、麻点、毛刺）。抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的。抛光与研磨的机理是相同的，人们习惯上把使用硬质研具的加工称为研磨，而使用软质研具的加工称为抛光。按照不同的抛光要求，抛光可分为普通抛光和精密抛光。35模具制造工艺学1.辅助研磨抛光工具1）手持电动直杆旋转式研磨抛光工具如图所示,安装研磨抛光工具的夹头高速旋转实现研磨抛光。夹头上可以配置φ2～φ12的特形金刚石砂轮,研磨抛光不同曲率的凹弧面。还可配置