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模具零件的机械加工(二)

大成模具2020-01-17 06:51:52

成形砂轮磨削法
2.夹具磨削法
夹具磨削法是借助于夹具,使工件的被加工表面处在所要求的空间位置上,或使工件在磨削过程中获得所需的进给运动,从而磨削出成形表面。工件除作纵向进给(由机床提供)外,还可以借助夹具使工件作断续的圆周进给,这种磨削圆弧的方法叫回转法。

用夹具磨削圆弧面
常见的成形磨削夹具有:
(1) 正弦精密平口钳,夹具由带正弦规的虎钳和底座6组成。正弦圆柱4被固定在虎钳体3的底面,用压板5使其紧贴在底座6的定位面上。在正弦圆柱和底座间垫入适当尺寸的量块,可使虎钳倾斜成所需要的角度,以磨削工件上的倾斜表面,量块尺寸按下式计算:
h1=L sinα
式中:h1--垫入的量块尺寸,单位为mm;
L--正弦圆柱的中心距,单位为mm;
α--工件需要倾斜的角度,单位为(°)。
正弦精密平口钳的最大倾斜角度为45°。为了保证磨削精度,应使工件在夹具内正确定位,工件的定位基面应预先磨平并保证垂直。

正弦精密平口钳
(a) 正弦精密平口钳;
(2) 正弦磁力夹具。正弦磁力夹具的结构和应用情况与正弦精密平口钳相似,两者的区别在于正弦磁力夹具是用磁力代替平口钳夹紧工件,如电磁吸盘能倾斜的最大角度也是45°。

正弦磁力夹具
以上磨削夹具若配合成形砂轮,也能磨削平面与圆弧面组成的形状复杂的成形表面。进行成形磨削时,被磨削表面的尺寸常采用测量调整器、量块和百分表进行比较测量。量块座2能在三角架1的斜面上沿V形槽上、下移动,当移动到适当位置后,用滚花螺母3和螺钉4固定。为了保证测量精度,要求量块座沿斜面移至任何位置时,量块支承面A、B应分别与测量调整器的安装基面D、C保持平行,其误差不大于0.005 mm。

测量调整器
2.5 凹模型孔加工
2.5.1 圆形型孔
具有圆形型孔的凹模有以下两种情况:
(1) 单型孔凹模。这类凹模制造工艺比较简单,毛坯经锻造、退火后进行车削(或铣削)及钻、镗型孔,并在上、下平面和型孔处留适当磨削余量;再由钳工划线、钻所有固定用孔、攻螺纹、铰销孔,然后进行淬火、回火;热处理后磨削上、下平面及型孔即成。
(2) 多型孔凹模。冲裁模中的连续模和复合模,凹模有一系列圆孔,各孔尺寸及相互位置有较高的精度要求,这些孔称为孔系。为保持各孔的相互位置精度要求,常采用坐标法进行加工。

镶入式凹模
固定板1不进行淬火处理。凹模镶件经淬火、回火和磨削后分别压入固定板的相应孔内。固定板上的镶件孔可在坐标镗床上加工。图2.38所示为立式双柱坐标镗床。该机床的工作台能在纵、横移动方向上作精确调整,大多数工作台移动量的读数值最小单位为0.001 mm;定位精度一般可达±0.002~0.0025 mm。工作台移动值的读取方法可采用光学式或数字显示式。

立式双柱坐标镗床
在坐标镗床上按坐标法镗孔,是将各孔间的尺寸转化为直角坐标尺寸,加工时将工件置于机床的工作台上,用百分表找正相互垂直的基准面a、b,使其分别和工作台的纵、横运动方向平行后夹紧。使基准a与主轴的轴线对准,将工作台横向移动x1;再使基准b与主轴的轴线对准,将工作台纵向移动y1。此时,主轴的轴线与孔Ⅰ的轴线重合,可将孔加工到所要求的尺寸。加工完孔Ⅰ后,按坐标尺寸x2、y2及x3、y3调整工作台,使孔Ⅱ及孔 Ⅲ 的轴线依次和机床主轴的轴线重合,镗出孔Ⅱ及孔 Ⅲ。

孔系的直角坐标尺寸
在工件的安装调整过程中,为了使工件上的基准a或b对准主轴的轴线,可以采用多种方法。图2.40所示是用定位角铁和光学中心测定器进行找正。中心测定器2以其锥柄定位,安装在镗床主轴的锥孔内,在目镜3的视场内有两对十字线。定位角铁1的两个工作表面互成90°,在它的上平面上固定着一个直径约7 mm的镀铬钮,钮上有一条与角铁垂直工作面重合的刻线。使用时将角铁的垂直工作面紧靠工件4的基准面(a面或b面),移动工作台从目镜观察,使镀铬钮上的刻线恰好落在目镜视场内的两对十字线之间,如图2.41所示。此时,工件的基准面已对准机床主轴的轴线。

用定位角铁和光学中心测定器找正 定位角铁刻线在显微镜中的位置
加工分布在同一圆周上的孔,可以使用坐标镗床的机床附件--万能回转工作台,转动手轮3,转盘1可绕垂直轴旋转360°,旋转的读数精度为1",使用时将转台置于坐标镗床的工作台上。当加工同一圆周上的孔时应调整工件,使各孔所在圆的圆心与转盘1的回转轴线重合。转动手轮2能使转盘1绕水平轴在0~90°的范围内倾斜某一角度,以加工工件上的斜孔。

万能回转工作台
对具有镶件结构的多型孔凹模加工,在缺少坐标镗床的情况下,也可在立式铣床上用坐标法加工孔系。为此,可在铣床工作台的纵、横运动方向上附加量块、百分表测量装置来调整工作台的移动距离,以控制孔间的坐标尺寸,其距离精度一般可达0.02 mm。
整体结构的多型孔凹模,一般以碳素工具钢或合金工具钢为原材料,热处理后其硬度常在HRC60以上。制造时毛坯经锻造退火,对各平面进行粗加工和半精加工,钻、镗型孔。在上、下平面及型孔处留适当磨削余量,然后进行淬火、回火。热处理后,磨削上、下平面,以平面定位在坐标磨床上对型孔进行精加工。型孔的单边磨削余量通常不超过0.2 mm。
在对型孔进行镗孔加工时,必须使孔系的位置尺寸达到一定的精度要求,否则会给坐标磨床加工造成困难。最理想的方法是用加工中心进行加工,它不仅能保证各型孔相互间的位置尺寸精度要求,而且凹模上的所有螺纹孔、定位销孔的加工都可在一次安装中全部完成,极大地简化了操作,有利于劳动生产率的提高。


2.5.2 非圆形型孔

非圆形型孔的凹模如图2.43所示,机械加工比较困难。由于数控线切割加工技术的发展及其在模具制造中的广泛应用,许多传统的型孔加工方法都被该技术所取代。机械加工主要用于线切割加工受到尺寸大小限制或缺少线切割加工设备的情况下。

非圆形型孔凹模
非圆形型孔的凹模通常是将毛坯锻造成矩形,加工各平面后进行划线,再将型孔中心的余料去除而成的。图2.44所示是沿型孔轮廓线内侧顺次钻孔后,将孔两边的连接部凿断,去除余料。如果工厂有带锯机,可先在型孔的转折处钻孔后,用带锯机沿型孔轮廓线将余料切除,并按后续工序要求沿型孔轮廓线留适当加工余量。用带锯机去除余料生产效率高。
当凹模尺寸较大时,也可用气(氧-乙炔焰)割方法去除型孔内部的余料。切割时型孔应留有足够的加工余量。切割后的模坯应进行退火处理,以便进行后续加工。

型孔轮廓线钻孔
切除余料后,可采用以下方法对型孔进行进一步加工:
仿形铣削:在仿形铣床上采用平面轮廓仿形,对型孔进行半精加工或精加工,其加工精度可达0.05 mm,表面粗糙度Ra=2.6~1.5 μm。仿形铣削加工容易获得形状复杂的型孔,可减轻操作者的劳动强度,但需要制造靠模,使生产周期增长。靠模通常都用容易加工的木材制造,因受温度、湿度的影响极易变形,影响加工精度。
数控加工:用数控铣床加工型孔,容易获得比仿形铣削更高的加工精度。不需要制造靠模,通过数控指令使加工过程实现自动化,可降低对操作工人的技能要求,而且使生产效率提高。此外,还可采用加工中心对凹模进行加工。在加工中心上经一次装夹不仅能加工非圆形型孔,还能同时加工固定螺孔和销孔。
在无仿形铣床和数控铣床时也可在立铣或万能工具铣床上加工型孔。铣削时按型孔轮廓线手动操作铣床工作台纵、横运动进行加工。对操作者的技术水平要求高,劳动强度大,加工精度低,生产效率低,加工后钳工修正工作量大。
2.5.3 坐标磨床加工
坐标磨床主要用于对淬火后的模具零件进行精加工,不仅能加工圆孔,也能对非圆形型孔进行加工;不仅能加工内成形表面,也能加工外成形表面。它是在淬火后进行孔加工的机床中精度最高的一种。
坐标磨床和坐标镗床相类似,也是用坐标法对孔系进行加工,其坐标精度可达±0.002~0.003 mm,只是坐标磨床用砂轮作切削工具。机床的磨削机构能完成三种运动,即砂轮的高速自转(主运动)、行星运动(砂轮回转轴线的圆周运动)及砂轮沿机床主轴轴线方向的直线往复运动,如图2.45所示。

砂轮的三种运动
1.内孔磨削
进行内孔磨削时,由于砂轮直径受孔径限制,同时为降低磨头的转速,应使砂轮直径尽可能接近磨削的孔径,一般可取砂轮直径为孔径的0.8~0.9倍。砂轮高速回转(主运动)的线速度,一般比普通磨削的线速度低。行星运动(圆周进给)的速度大约是主运动线速度的0.15倍左右。慢的行星运动速度将减小磨削量,但对表面加工质量有好处。砂轮的轴向往复运动(轴向进给)的速度与磨削的精度有关:粗磨时,往复运动速度可在0.5~0.8 mm/min范围内选取;精磨时,往复运动速度可在0.05~0.25 mm/min范围内选取。尤其在精加工结束时,要用很低的行程速度。

内孔磨削
2.外圆磨削
外圆磨削也是利用砂轮的高速自转、行星运动和轴向往复运动实现的,如图2.47所示。利用行星运动直径的缩小,实现径向进给。
3.锥孔磨削
磨削锥孔则是由机床上的专门机构使砂轮在轴向进给的同时,连续改变行星运动的半径。锥孔的锥顶角大小取决于两者变化的比值,所磨锥孔的最大锥顶角为12°。
磨削锥孔的砂轮应修出相应的锥角,如图 2.48 所示。

外圆磨削 锥孔磨削
4.平面磨削
平面磨削时,砂轮仅自转而不作行星运动,工作台进给,平面磨削适合于平面轮廓的精密加工。

平面磨削
5.铡磨
这种加工方法是使用专门的磨槽附件进行的,砂轮在磨槽附件上的装夹和运动情况,如图2.50所示。该方法可以对槽及带清角的内表面进行加工。

铡磨
将基本磨削方法综合运用,可以对一些形状复杂的型孔进行磨削加工,如图2.51所示。磨削该凹模型孔时,可先将平转台固定在机床工作台上,用平转台装夹工件,经找正使工件的对称中心与转台回转中心重合。调整机床使孔O1的轴线与主轴线重合,用内孔磨削方法磨出O1的圆弧段。再调整工作台使工件上的O2与主轴中心重合,磨削该圆弧到要求尺寸。利用圆形转台将工件回转180°,磨削O3的圆弧到要求尺寸。

磨削异型孔
随着数控技术在坐标磨床上的应用,出现了点位控制坐标磨床和计算机数控连续轨迹坐标磨床,前者适于加工尺寸和位置精度要求高的多型孔凹模等零件,后者特别适合于加工某些精度要求高、形状复杂的内外轮廓面。我国生产的数控坐标磨床,如MK2945和MK2932B的数控系统均可作二坐标(x、y)联动连续轨迹磨削。MK2932B在磨削过程中,还能同时控制砂轮轴线绕着行星运动的回转中心转动,并与x、y轴联动,使砂轮处在被磨削表面的法线方向,砂轮的工作母线始终处于磨床主轴的中心线上,而且可用同一穿孔带磨削内、外轮廓。使用连续轨迹坐标磨床可以提高模具的生产效率。
当型孔形状复杂,使用机械加工方法无法实现时,凹模可采用镶拼结构,这时可将内表面加工转变成外表面加工。凹模采用镶拼结构时,应尽可能将拼合面选在对称线上,以便一次同时加工几个镶块;凹模的圆形刃口部位应尽可能保持完整的圆形。

拼合面在对称线上

圆形刃口的拼合
2.6 型腔加工
在各类型腔中,型腔的作用是成型制件外形表面,加工精度和表面质量一般都要求较高。型腔常常需要加工成为各种形状复杂的内成型面或花纹,工艺过程较为复杂。常见的型腔大致可以分为回转曲面和非回转曲面两种。回转曲面可用车、内圆磨床和坐标磨床进行加工。而非回转曲面常常需要使用专门的加工设备或进行大量的钳工加工,生产率较低。生产中应该充分应用各种设备的加工能力和附属装置,尽量减少钳工的工作量。

2.6.1 车削加工型腔
车削加工法主要用于加工回转曲面的型腔或型腔的回转曲面部分。如图2.54所示是对拼式压塑模型腔,可用车削方法加工? 44.7 mm的圆球面和? 21.71 mm的圆锥面。
保证对拼式压模上两拼块的型腔相互对准是十分重要的。为此在车削前对坯料应预先完成下列加工,并为车削加工准备可靠的工艺基准:
(1) 将坯料加工为平行六面体,5°斜面暂不加工。
(2) 在拼块上加工出导钉孔和工艺螺孔(见图2.55),为车削时装夹用。
(3) 将分型面磨平,在两拼块上装导钉,一端与拼块A过盈配合,一端与拼块B间隙配合。
(4) 将两拼块拼合后磨平四侧面及一端面,保证垂直度(用90°角尺检查),要求两拼块厚度保持一致。

对拼式压塑模型腔
(5) 在分型面上以球心为圆心、44.7 mm为直径划线,保证H1=H2,如图2.56所示。对拼式压塑模型腔的车削过程见表2-12。

拼块上的工艺螺孔和导钉孔

划线
表2-12 对拼式压塑模型腔的车削过程

2.6.2 铣削加工
1.用普通铣床加工型腔
在用普通铣床加工型腔时,使用最广的是立式铣床和万能工具铣床,它们对各种模具(如压缩模、注射模、压铸模、锻模等)的型腔,大都可以进行加工。由于模具生产多为单件生产,因此加工时常常是按模坯上划出的型腔轮廓线,手动操作机床工作台(或机床附件)进行切削加工。加工表面的粗糙度一般约Ra=1.6 μm左右,所以加工时需要在被加工表面留适当的修磨、抛光余量,由钳工进行修整和抛光后才能成为合格的型腔。当采用普通铣床加工型腔时,工人的劳动强度大,生产效率低,对工人的操作技术水平要求也比较高。
加工型腔时,常常因为铣刀加长,当进给至型腔的转角处时,由于切削力波动导致刀具倾斜造成误差。如图2.57所示 ,当刀具半径与型腔圆角半径 R吻合时,刀具在圆角上的倾斜变化将导致加工部位的斜度和尺寸产生改变。为防止这种现象,应选比型腔圆角半径小的铣刀加工。

型腔圆角的加工
为了能加工出各种特殊形状的表面,必须准备各种不同形状和尺寸的铣刀。图2.58所示是适合于不同用途的单刃指形铣刀。这种铣刀制造方便,能用较短的时间制造出来,可及时满足加工的需要。刀具的几何参数应根据型腔和刀具材料、刀具强度、耐用度以及其它切削条件合理进行选择,以获得较理想的生产效率和加工质量。

单刃指形铣刀
根据不同的加工条件还可采用双刃立铣刀(如图2.59所示)来铣削型腔。这种铣刀切削时受力平衡,铣削精度较高,能比单刃铣刀承受更大的切削量。双刃立铣刀有标准产品,可直接从市场获得。此外,在某些特殊情况下及进行粗加工时也可以采用多刃的标准立铣刀进行加工。
为了提高铣削效率,对某些铣削余量较大的型腔,铣削前可在型腔轮廓线的内部连续钻孔,孔的深度和型腔的深度接近。如图2.60所示,先用圆柱立铣刀粗铣,去除大部分加工余量后,再采用特型指形铣刀精铣。特型铣刀的斜度和端部形状应与型腔侧壁和底部转角处的形状相吻合。

仿形加工用的铣刀

型腔钻孔示意图
加工时除要保证各型腔的加工精度外,一个十分突出的问题是要保证上、下模的对应型腔相互对准。为此,在立式铣床上利用圆转台和圆头立铣刀进行铣削,用量块精确控制各型腔间的位置尺寸。为了保证型腔加工时有可靠的定位基准,上、下模毛坯经粗加工和半精加工后,先将大平面磨平,再将上、下模组合在一起磨侧面,并保证各面相互垂直(用角尺检查)。铣削时,先使机床主轴回转轴线与圆转台的回转中心对正,将工件安放在圆转台上,按划线找正,使一个R14 mm圆弧的中心与圆转台的圆转中心重合,再用两个定位块靠在工件的基准面上(模坯上相互垂直的两个侧面),分别将基准块及工件压紧。

 多型腔橡胶压模
移动铣床的工作台,使铣刀和待铣削的圆弧槽对正,转动圆转台进行加工,同时严格控制圆转台的回转角度,加工出一个R14 mm的圆弧槽。松开工件,在定位块与工件之间垫入适当尺寸的量块,使另一个R14 mm圆弧糟的中心与圆转台的回转中心重合,铣出该圆弧槽。用同样的方法将所有的圆弧槽加工出来。两定位块的位置一经确定后不再改变,加工上、下模都以它定位并用同样的方法进行加工,能较好地保证上、下模板上各对应型腔的位置对准。在铣削各型腔的直线部分时,应保证它们与圆弧部分的衔接平整光滑。当然,该橡胶压模型腔用数控铣削就更加方便了。

用圆转台加工多型腔模板
(a) 工件安装并铣一个圆弧槽;(b) 铣第二个圆弧槽
2.用仿形铣床加工型腔
仿形铣床可以加工各种结构形状的型腔,特别适合于加工具有曲面结构的大尺寸型腔。
使用仿形铣床是按照预先制好的靠模,在模坯上加工出与靠模形状完全相同的型腔,能减轻工人的劳动强度,提高铣削加工的生产率,可以较容易地加工出形状较为复杂的型腔。型腔加工精度可达0.05 mm,表面粗糙度Ra=2.6~1.5 μm,被加工表面并不十分平滑,有刀痕,型腔的窄槽和某些转角部位尚需钳工加以修整。所以,加工后一般都需要对型腔表面进行进一步的修整。用仿形铣床加工型腔,对不同的工件需要制造相应的靠模,使模具的生产周期增长,且靠模易变形,影响加工精度。目前,除了一些大的锻模尚用此方法加工外,其余均由数控加工中心完成。
2.6.3 数控机床加工
数控(NC)是指通过用数字表示的指令来控制机床的动作。它把所需要的工具信息按照一定的规则在指令带上打孔加以储存,数控机床上的控制装置读取指令带并全部自动加工。在模具制造中引入数控机床之后,不仅使单件生产具备了自动化生产的条件,而且数控机床的加工精度较高,不管操作者的熟练程度如何,只要按程序加工,都能制造出精度较高的零件来。这给模具制造带来了极其方便的条件。
当前,由于计算机功能的提高及模具标准化的实施,数控机床在模具加工中正发挥着越来越多的作用。
1.数控铣床加工
数控铣床的功能及加工型腔的方法

此外,目前还常使用多功能数控铣床加工模具零件。它具有数控与仿形相结合的功能,其主要优点在于:
(1) 能自动进行仿形加工。
(2) 能将仿形控制与计算机数控相结合,收集仿形动作及仿形条件的资料并进行储存,据此可以进行数控加工。
(3) 能将仿形加工和数控加工相结合,即形状可用仿形加工,孔可以用数控加工,从而提高了加工效率。
2.数控磨床加工
1) 数控普通磨床
平面磨床、外圆磨床加上数控装置后,可以改造成数控磨床。如平面磨床可不用纸带,仅用数字开关就可以规定总磨削余量、粗磨削余量、精磨削余量和这些磨削的自动切量及砂轮的修整工具、自动切深量等,并能自动加工。在工作时,只要规定好以上参数后,一直可以到加工完毕,完全不需要人工参与,可以大大减化加工,减轻了工人的体力劳动。这种磨床主要适用于冲模零件的标准化生产及标准件加工,现已普遍应用到生产之中。
2) 数控成形磨床
利用数控成形磨床加工模具零件,其所需的操作过程完全是以数值控制。在加工中,只要制作出数控带和规定加工程序,即可进行自动成形加工。
数控成形磨床的类型、功能、使用要求见表2-14。
表2-14 数控成形磨床的类型、功能、使用要求

3.连续轨迹坐标磨床
连续轨迹坐标磨床可以连续进行高精度的轮廓加工,其加工范围及主要特点见表2-15。
表2-15 连续轨迹坐标磨床的加工范围及特点

4.加工中心机床
加工中心机床是把许多相关工序集中在一起,形成了一个以工件为中心的多工序自动加工机床,它本身相当于一条自动线,被应用在模具专业厂中。
加工中心机床的特点及应用见表2-16。
表2-16 加工中心机床的特点及应用

2.6.4光整加工
光整加工是生产中常用的精密加工法,一般是在精车、精镗、精铰和精磨的基础上进行加工。光整加工后可获得比普通磨削更高的精度(公差等级为IT6 ~ IT5或更高)和更小的粗糙度值(Ra值为了0.1 ~ 0.008μm)。常用的光整加工主要有以下几种::研磨、衍磨、超级光磨、抛光。珩磨是研磨的发展,也是磨削的特殊形式。超级光磨也称超精加工,是在良好冷却润滑条件下,用极细粒度磨条在很低恒定的压力下(0.1-0.3MPa),以快而短的往复振动(600-1800dstr/min,振幅为2-6mm),对旋转工件表面(10-150m/min)进行修磨。超级光磨应用很广,常用于加工外圆柱面,也可加工圆锥面、孔、平面和球面等。在这里,就简单的介绍一下研磨和抛光。
1.研磨和抛光的机理
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,磨料产生切削、挤压等作用,从而去除表面凸起处,使被加工表面精度提高、表面粗糙度降低。
2) 研磨特点
(1) 尺寸精度高。研磨采用极细的磨粒,在低速、低压作用下,逐次磨掉表面的凸峰金属,并且加工热量少,被加工表面的变形和变质层很轻微,可稳定获得高精度表面。尺寸精度可达0.025 μm。
(2) 形状精度高。由于是微量切削,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0.025 μm,圆柱体圆柱度可达0.1 μm。
(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凸峰,从而降低表面粗糙度。表面粗糙度可达0.1 μm。
(4) 表面耐磨性提高。由于研磨使表面质量提高,摩擦系数减小,且有效接触表面积增大,从而使耐磨性提高。
(5) 耐疲劳强度提高。由于研磨表面存在着残余压应力,这种应力有利于提高零件表面的疲劳强度。
(6) 不能提高各表面之间的位置精度。
(7) 多为手工作业,劳动强度大。

3) 抛光机理
抛光加工过程与研磨加工基本相同。
抛光是一种比研磨更细微磨削的精密加工。研磨时研具较硬,其微切削作用和挤压塑性变形作用较强,在尺寸精度和表面粗糙度两方面都有明显的加工效果。在抛光过程中也存在着微切削作用和化学作用。由于抛光所用研具较软,因此还存在塑性流动作用。这是由于抛光过程中的摩擦现象使抛光接触点温度上升,从而引起热塑性流动。抛光的作用是进一步降低表面粗糙度,并获得光滑表面,但不提高表面的形状精度和位置精度,而研磨却能提高零件的尺寸、位置精度及表面质量。
2.光整加工在模具中的作用
目前,对模具成型表面的精度和表面粗糙度要求越来越高,特别是高寿命、高精密模具,已发展到微米级精度。除了在加工中选用高精度、自动化的加工设备外,研磨抛光加工也是实现高精度的重要一环。
冲压模具、塑料模具和金属压铸模具的成形表面,除了一部分可以采用超精磨削加工达到设计要求外,多数成型表面和高精度表面都需要研磨抛光加工,而且大部分需要模具钳工手工作业完成。研磨抛光工作量约占模具整个工作量的三分之一左右。
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。在采用磨削方法加工成形表面时,加工表面不可避免地会出现微细磨痕、裂纹和伤痕等缺陷,这些缺陷对于某些精密模具的影响尤为突出。
另外,各种中小型冷冲压模和型腔模的型腔、型孔成形表面的精加工手段,主要为电火花成形加工和电火花线切割加工方法,在电加工之后成形表面形成一层薄薄的变质层。变质层上的许多缺陷,除几何形状规则表面可以采用高精度的坐标磨削加工外,多数情况需要依靠研磨抛光来去除变质层,以保证成形表面的精度和表面粗糙度要求。
3.研磨抛光分类
(1) 按研磨抛光过程中操作者参与的程度分为:① 手工作业研磨抛光:特别是型腔中窄缝、盲孔、深孔和死角部位的加工,仍然是手工研磨抛光方法占主导地位。② 机械设备研磨抛光:主要依靠机械设备进行的研磨抛光。它包括一般研磨抛光设备和智能自动抛光设备,这是研磨抛光发展的主要方向。机械设备研磨抛光质量不依赖操作者的个人技艺,而且工作效率比较高,如挤压研磨抛光、电化学研磨抛光等。

(2) 按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹分为:① 游离磨料研磨抛光:在研磨抛光过程中,利用研磨抛光工具系统给游离状态的研磨抛光剂以一定压力,使磨料以不重复的轨迹运动进行微切削作用和微塑性挤压变形。 ② 固定磨料研磨抛光:是指研磨抛光工具本身含有磨料,在加工过程中研磨抛光工具以一定压力直接和被加工表面接触,磨料和工具的运动轨迹一致。
(3) 按研磨抛光的机理分为:① 机械式研磨抛光:是利用磨料的机械能量和切削力对被加工表面进行以微切削为主的研磨抛光。② 非机械式研磨抛光:主要依靠电能、化学能等非机械能形式进行的研磨抛光。
(4) 按研磨抛光剂使用的条件分为:① 湿研:将磨料和研磨液组成的研磨抛光剂连续加注或涂敷于研具表面,磨料在研具和被加工表面之间滚动或滑动,形成对被加工表面的切削运动。其加工效率较高,但加工表面的几何形状和尺寸精度不如干研。多用于粗研或半精研。② 干研:将磨料均匀地压嵌在研具表层中,施以一定压力使嵌砂进行研磨加工。可获得很高的加工精度和低的表面粗糙度,但加工效率低。一般用于精研。③ 半干研:类似湿研,使用糊状研磨膏。粗、精研均可。
4.研磨抛光的加工要素

5.手工研磨抛光
1) 研磨抛光剂
(1) 磨料。磨料在机械式研磨抛光加工中对被加工表面起着微切削作用和微挤压塑性变形作用。磨料选择正确与否对加工质量起着重要作用。磨料的选择主要有磨料的种类和粒度。
磨料的种类有氧化铝磨料、碳化硅磨料、金刚石磨料、氧化铁磨料和氧化铬磨料等。常用磨料的主要物理机械性能见表2-18。一般根据被加工材料的软硬程度和表面粗糙度,以及研磨抛光的质量要求选择不同种类的磨料。

(2) 研磨抛光液。研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调合磨料、使磨料均匀分布和冷却润滑作用,通过改变磨料和研磨抛光液之间的比例来控制磨料在研磨抛光剂中的含量。研磨抛光液有矿物油、动物油和植物油三类。10#机油应用最普遍,煤油在粗、精加工中都可使用;动物油中含有油酸活性物质,在研磨抛光过程中与被加工表面发生化学反应,可加速研抛过程,又能增加零件表面光泽。常用研磨抛光液及其用途见表2-21。

(3) 研磨抛光膏。研磨抛光膏是由磨料和研磨抛光液组成的研磨抛光剂。研磨抛光膏分硬磨料研磨抛光膏和软磨料研磨抛光膏两类。
硬磨料研磨抛光膏中的磨料有氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石等,常用粒度为200#、240#、W40等磨粉和微粉,磨料硬度应大于工件硬度。
软磨料研磨抛光膏中的磨料多为氧化铝、氧化铁和氧化铬等,粒度为W20及以下的微粉。软磨料研磨抛光膏中含有油质活性物质,使用时根据需要可以用煤油或汽油稀释。
2) 研磨抛光工具
(1) 研具材料。研磨抛光时直接和被加工表面接触的研磨抛光工具称为研具。研具的材料很广泛,原则上研具材料硬度应比被加工材料硬度低,但研具材料过软,会使磨粒全部嵌入研具表面而使切削作用降低。
一般研具材料有低碳钢、灰铸铁、黄铜和紫铜,硬木、竹片、塑料、皮革和毛毡也是常用材料。灰铸铁中含有石墨,所以耐磨性、润滑性及研磨效率都比较理想,灰铸铁研具用于淬硬钢、硬质合金和铸铁材料的研磨。低碳钢强度比灰铸铁高,用于较小孔径的研磨。黄铜和紫铜用于研磨余量较大的情况,加工效率也比较高。但铜质研具加工后表面光泽性差,因此常用于粗研磨,再用灰铸铁研具进行精研磨。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。
精密固定磨料研磨抛光研具的材料是低发泡氨基甲(乙)酸脂油石,可进行精密加工,其研磨抛光机理也是微切削作用,当加工压力增大时,油石与加工表面接触压强增大,参加微切削的磨粒增多,从而加速研磨抛光过程。
(2) 普通油石。普通油石一般用于粗研磨,它由氧化铝、碳化硅磨料和粘结剂压制烧结而成。使用时,根据型腔形状磨成需要的形状,并根据被加工表面的粗糙度和材料硬度选择相应的油石。当被加工零件材料较硬时,应该选择较软的油石,否则反之。当被加工零件表面粗糙度要求较高时,油石要细一些,组织要致密些。
(3) 研磨平板。研磨平板主要用于单一平面及中小镶件端面的研磨抛光,如冲裁凹模端面、塑料模中的单一平面分型面等。研磨平板采用灰铸铁材料,并在平面上开设相交成60°或90°、宽1~3 mm、距离为15~20 mm的槽。研磨抛光时在研磨平板上放些微粉和抛光液进行。
(4) 外圆研磨环。外圆研磨环是在车床或磨床上对外圆表面进行研磨的一种研具。研磨环有固定式和可调式两类。固定式研磨环的研磨内径不可调节,而可调式研磨环的研磨内径可以在一定范围内调节,以适应环磨外圆不同或外圆变化的需要,参见图2.7所示。
(5) 内圆研磨芯棒。这是研磨内圆表面的一种研具,根据研磨零件的外形和结构不同,分别在钻床、车床或磨床上进行。研磨芯棒有固定式和可调式两类。固定式研磨芯棒的外径不可调节,芯棒外圆表面做有螺旋槽,以容纳研磨抛光剂。固定式研磨芯棒一般由模具钳工在钻床上进行较小尺寸圆柱孔的加工。可调节芯棒参见图2.7所示。芯棒长度应为研磨零件长度的2~3倍。
6.机械抛光
由于手工抛光要消耗很长的加工时间,劳动消耗大,因此对抛光的机械化、自动化要求非常强烈。随着现代技术的发展,在抛光加工中相继出现了电动抛光、电解抛光、超声波抛光以及机械?超声抛光、电解?机械?超声抛光等复合工艺。应用这些工艺可以减轻劳动强度,提高抛光的速度和质量。

(1) 圆盘式磨光机。图2.65所示是一种常见的电动抛光工具,用手握住对一些大型模具去除仿形加工后的走刀痕迹及倒角,其抛光精度不高,抛光程度接近粗磨。
(2) 电动抛光机。这种抛光机主要由电动机、传动软轴及手持式研抛头组成。使用时传动电机挂在悬挂架上,电机启动后通过软轴传动手持抛头产生旋转或往复运动。
电动抛光机备有三种不同的研抛头,以适应不同的研抛工作。

(2) 按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹分为:① 游离磨料研磨抛光:在研磨抛光过程中,利用研磨抛光工具系统给游离状态的研磨抛光剂以一定压力,使磨料以不重复的轨迹运动进行微切削作用和微塑性挤压变形。 ② 固定磨料研磨抛光:是指研磨抛光工具本身含有磨料,在加工过程中研磨抛光工具以一定压力直接和被加工表面接触,磨料和工具的运动轨迹一致。
(3) 按研磨抛光的机理分为:① 机械式研磨抛光:是利用磨料的机械能量和切削力对被加工表面进行以微切削为主的研磨抛光。② 非机械式研磨抛光:主要依靠电能、化学能等非机械能形式进行的研磨抛光。
(4) 按研磨抛光剂使用的条件分为:① 湿研:将磨料和研磨液组成的研磨抛光剂连续加注或涂敷于研具表面,磨料在研具和被加工表面之间滚动或滑动,形成对被加工表面的切削运动。其加工效率较高,但加工表面的几何形状和尺寸精度不如干研。多用于粗研或半精研。② 干研:将磨料均匀地压嵌在研具表层中,施以一定压力使嵌砂进行研磨加工。可获得很高的加工精度和低的表面粗糙度,但加工效率低。一般用于精研。③ 半干研:类似湿研,使用糊状研磨膏。粗、精研均可。
4.研磨抛光的加工要素

5.手工研磨抛光
1) 研磨抛光剂
(1) 磨料。磨料在机械式研磨抛光加工中对被加工表面起着微切削作用和微挤压塑性变形作用。磨料选择正确与否对加工质量起着重要作用。磨料的选择主要有磨料的种类和粒度。
磨料的种类有氧化铝磨料、碳化硅磨料、金刚石磨料、氧化铁磨料和氧化铬磨料等。常用磨料的主要物理机械性能见表2-18。一般根据被加工材料的软硬程度和表面粗糙度,以及研磨抛光的质量要求选择不同种类的磨料。
(2) 研磨抛光液。研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调合磨料、使磨料均匀分布和冷却润滑作用,通过改变磨料和研磨抛光液之间的比例来控制磨料在研磨抛光剂中的含量。研磨抛光液有矿物油、动物油和植物油三类。10#机油应用最普遍,煤油在粗、精加工中都可使用;动物油中含有油酸活性物质,在研磨抛光过程中与被加工表面发生化学反应,可加速研抛过程,又能增加零件表面光泽。
(3) 研磨抛光膏。研磨抛光膏是由磨料和研磨抛光液组成的研磨抛光剂。研磨抛光膏分硬磨料研磨抛光膏和软磨料研磨抛光膏两类。
硬磨料研磨抛光膏中的磨料有氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石等,常用粒度为200#、240#、W40等磨粉和微粉,磨料硬度应大于工件硬度。
软磨料研磨抛光膏中的磨料多为氧化铝、氧化铁和氧化铬等,粒度为W20及以下的微粉。软磨料研磨抛光膏中含有油质活性物质,使用时根据需要可以用煤油或汽油稀释。
2) 研磨抛光工具
(1) 研具材料。研磨抛光时直接和被加工表面接触的研磨抛光工具称为研具。研具的材料很广泛,原则上研具材料硬度应比被加工材料硬度低,但研具材料过软,会使磨粒全部嵌入研具表面而使切削作用降低。
一般研具材料有低碳钢、灰铸铁、黄铜和紫铜,硬木、竹片、塑料、皮革和毛毡也是常用材料。灰铸铁中含有石墨,所以耐磨性、润滑性及研磨效率都比较理想,灰铸铁研具用于淬硬钢、硬质合金和铸铁材料的研磨。低碳钢强度比灰铸铁高,用于较小孔径的研磨。黄铜和紫铜用于研磨余量较大的情况,加工效率也比较高。但铜质研具加工后表面光泽性差,因此常用于粗研磨,再用灰铸铁研具进行精研磨。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。
精密固定磨料研磨抛光研具的材料是低发泡氨基甲(乙)酸脂油石,可进行精密加工,其研磨抛光机理也是微切削作用,当加工压力增大时,油石与加工表面接触压强增大,参加微切削的磨粒增多,从而加速研磨抛光过程。
(2) 普通油石。普通油石一般用于粗研磨,它由氧化铝、碳化硅磨料和粘结剂压制烧结而成。使用时,根据型腔形状磨成需要的形状,并根据被加工表面的粗糙度和材料硬度选择相应的油石。当被加工零件材料较硬时,应该选择较软的油石,否则反之。当被加工零件表面粗糙度要求较高时,油石要细一些,组织要致密些。
(3) 研磨平板。研磨平板主要用于单一平面及中小镶件端面的研磨抛光,如冲裁凹模端面、塑料模中的单一平面分型面等。研磨平板采用灰铸铁材料,并在平面上开设相交成60°或90°、宽1~3 mm、距离为15~20 mm的槽。研磨抛光时在研磨平板上放些微粉和抛光液进行。
(4) 外圆研磨环。外圆研磨环是在车床或磨床上对外圆表面进行研磨的一种研具。研磨环有固定式和可调式两类。固定式研磨环的研磨内径不可调节,而可调式研磨环的研磨内径可以在一定范围内调节,以适应环磨外圆不同或外圆变化的需要,参见图2.7所示。
(5) 内圆研磨芯棒。这是研磨内圆表面的一种研具,根据研磨零件的外形和结构不同,分别在钻床、车床或磨床上进行。研磨芯棒有固定式和可调式两类。固定式研磨芯棒的外径不可调节,芯棒外圆表面做有螺旋槽,以容纳研磨抛光剂。固定式研磨芯棒一般由模具钳工在钻床上进行较小尺寸圆柱孔的加工。可调节芯棒参见图2.7所示。芯棒长度应为研磨零件长度的2~3倍。
6.机械抛光
由于手工抛光要消耗很长的加工时间,劳动消耗大,因此对抛光的机械化、自动化要求非常强烈。随着现代技术的发展,在抛光加工中相继出现了电动抛光、电解抛光、超声波抛光以及机械?超声抛光、电解?机械?超声抛光等复合工艺。应用这些工艺可以减轻劳动强度,提高抛光的速度和质量。
圆盘式磨光机
(1) 圆盘式磨光机。图2.65所示是一种常见的电动抛光工具,用手握住对一些大型模具去除仿形加工后的走刀痕迹及倒角,其抛光精度不高,抛光程度接近粗磨。
(2) 电动抛光机。这种抛光机主要由电动机、传动软轴及手持式研抛头组成。使用时传动电机挂在悬挂架上,电机启动后通过软轴传动手持抛头产生旋转或往复运动。
电动抛光机备有三种不同的研抛头,以适应不同的研抛工作。

(待后续)

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