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1、模具成形表面的光整加工,手工抛光、电化学抛光、超声波抛光、挤压研磨,教学目的：熟悉各种抛光方法的特点和工艺过程，掌 握各种抛光方法的适用范围。,知识点：光整加工的目的、各种抛光方法的特点及 用途。,什么是光整加工？,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的研磨和抛光加工，统称为光整加工。,一、概述,1、研磨的机理： 研磨是使用研具、磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法。 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，通过磨料的切削、挤压作用，去除表面凸起，使加工表面表面精度和光洁度提高。,光整加工主要用于模具的成形表面
2、，可提高模具寿命和精度，保证制品顺利成形。,研具硬度低时，磨粒嵌入研具，靠磨粒在工件表面上的滑移进行切削；研具硬度低时，磨粒在研具和工件间滚动，靠滚动来切削。在研磨脆性材料时，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。,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，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
3、了工件表面粗糙度。,2、研磨的特点 1）尺寸精度高。（可达0.025m） 2）形状精度高。 （圆柱度可达0.1m） 3）表面粗糙度小。 （可达Ra0.1m） 4）表面耐磨性提高。（使有效接触面积增大） 5）耐用疲劳强度提高。（可避免应力集中） 6）不能提高位置精度。 7）多为手工作业，劳动强度大，效率低。,3、抛光的机理 抛光所用研具较软（常用布和羊毛毡），磨料是很细的软磨料，是一种比研磨更微磨削的精密加工。,抛光主要是利用化学和物理作用进行加工的，加工过程中材料存在热塑性流动。,抛光是在研磨加工之后，进一步降低表面粗糙度的最终加工。,4、研磨抛光的用途,(1) 提高塑料模具凹模型腔的表面质量
4、，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) 消除模具成形表面的加工痕迹和缺陷，提高工作零件的疲劳强度。同时还
5、可防止产生锈蚀。,5、研磨抛光的分类,1）手工研磨抛光。,2）挤压研磨抛光,(3) 电化学研磨抛光,按抛光剂使用条件分：湿研、干研、半干研。,(4) 超声波研磨抛光,湿研： 用磨料和研磨液研磨，效率高，精度不高， 用于粗研和半精研。,干研： 用嵌在研具的磨料研磨，精度高，效率低， 用于精研。,半干研： 用磨料膏研磨，效率高，精度高，粗、精 研均可。,湿研磨常用油石和机油，干研磨用砂纸或砂带,二、手工研磨抛光,1、研磨抛光膏 由磨料和研磨抛光液组成的糊状物。分硬磨料和软磨料两类研磨抛光膏。,常用的研磨抛光液是10#机油。,硬磨料有：氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石,软磨料有：氧化铁、氧化铬,2、研
6、磨工具,1）研具材料：有低碳钢、灰铸铁、黄铜和紫铜、硬木、竹片、塑料、皮革、毛毡等。,研具硬度应比工件硬度低。低碳钢用于研磨小孔，灰铸铁用于精研磨淬火钢、硬质合金和铸铁；黄铜和紫铜用于粗研磨；硬木、竹片、塑料、皮革等用于窄缝、深槽及不规则形状的精研磨。,2、油石：普通油石由磨料和粘结剂压制烧结而成，用 于粗研磨。低发泡氨基甲酸脂油石，用于精研磨。,3、研磨平板：开槽的铸铁平板，用于研磨平面或端面。,4、外圆研磨环：对外圆进行研磨的工具。,5、内圆研磨芯棒：对内圆进行研磨的工具。,6、研磨电动工具：有往复式、直杆旋转式和弯头旋转 式。,手持往复式研抛工具 研抛头一端与软轴连接，另一端可安装研具或
7、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。这种研抛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。,用于狭长沟槽抛光。,手持直身式旋转研抛工具 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。,手持角式旋转研工具 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
8、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，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。,往复运动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 在用磨料研磨时使用，其直径范围为5mm18mm。 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。,3、研抛步骤及注意
9、事项,研磨抛光一般经过粗研磨细研磨精研磨抛光四个阶段。,注意事项： 1）磨料由粗到细顺次更换，应将前道工序的磨痕完 全去除后更换磨料。,2）同一研具只能使用同样粒度的磨料。,3）每次改换粒度之前，必须将工件彻底清理一遍， 以防粗磨粒带到下工序划伤表面。,4）每次改换粒度后，应改变研磨方向。,5）最终研磨纹路与脱模方向一致。,三、电化学抛光,1、基本原理 利用阳极电化学溶解的原理，工件接阳极，工具电极接阴极。在工件表面凸起处，氧化膜厚度小，电阻小，电流密度大，溶解速度快。在凹洼处，氧化膜厚度大，电阻大，电流小，溶解速度慢，这种溶解速度差，使抛光后平整。,2、电化学抛光特点 1）抛光量很小，精度可
10、控制在0.01mm以内；,2）效率高，不受材料硬度的影响；,3）操作容易，设备简单；,4）不能消除原表面的“粗波纹”。,4、抛光方式 （1）整体电化学抛光法,3、影响电化学抛光质量的因素,1、电解液（对质量有决定性影响，按材料选配方）,2、电流密度（有一个合适的范围）,3、电解液温度（每种材料有一个最佳的温度的范围）,4、抛光时间（每种材料有一个最佳的抛光时间）,5、材料的组织状态（材料愈致辞密，抛光效果愈好）,6、表面原始粗糙度（应达到Ra2.50.8m时，才能 取得满意效果）,用工具电极和型腔保持510mm的电解间隙，进行电化学抛光。电解液应高出工件上平面20mm。,工具电极用不锈钢、铅、
11、石墨等耐蚀性好的材料制作。,整体电化学抛光设备由电源、机床和电解槽等到组成。直流电源用可控硅整流电源。工具电极上下运动由伺服机构控制，工作台台有纵横拖板，以调节工件和电极间的相互位置，电解槽有恒温控制装置。,（2）用电化学抛光机逐步化学抛光法,电化学抛光机由直流脉冲电源、电解液系统、直空吸引器和手持电动抛光器组成。抛光器可安装导电油石或金属导电锉和毛毡导电轮等。,根据模具型腔形状，选择合适的导电油石或金属导电锉，型腔中的窄缝、沟槽和角部用导电锉，即金刚砂异形磨头抛光。,毛毡抛光轮涂抛光膏后可迅速擦除电化学抛光时工件表面的黑色薄膜。硬木棒涂抛光膏后可抛光型腔跟部圆角。,四、超声波抛光,1、基本原
12、理 利用工具端面作超声频振动，使磨料悬浮液对脆硬材料表面进行抛光。,超声波发生器将交流电转换成超声频振动，通过变幅杆把位移振幅放大到0.050.1mm，驱动工具端面作超声频振动，迫使工作液中的悬浮磨料以很大的速度撞击被加工表面，从工件上剥下少量材料，由于撞击频率高，因此，有一定的加工速度。,2、设备简介,超声波抛光机主要由超声波发生器、机械振动换能器和机械振动系统三部分组成。,1）超声波发生器 将交流电转换成超声波电振荡。,2）换能器 将超声波电振荡转换成机械振动。,换能器有压电式和磁致伸缩效应式两种。,3）机械振动系统：包括变幅杆和工具。,变幅杆将换能器的振幅扩大。,固定磨料工具：金刚石油石
13、、电镀金刚石锉刀、刚 玉油石等。,游离磨料工具：用硬木和竹片作研具，用氧化铝、 碳化硅等作磨料，用煤油作工作液。,3、抛光工艺 粗抛光采用固定磨料抛光，细抛光采用游离磨料方式抛光，精抛光采用干抛，不加工作液。,4、超声波抛光特点,1）适用于脆硬材料和非金属材料的抛光。,2）不会引起变形和烧伤，加工精度高，表面质量好。,3）可抛光薄壁、薄片、窄缝及刚度低的零件。,4）可抛光复杂的型孔和型腔。,5）抛光效率高，设备简单，操作容易。,模具制造中，超声波抛光常用来消除线切割加工的硬化层和线切割条纹。硬质合金型腔，窄槽、深槽常用超声波抛光。,五、挤压研磨抛光,1、基本原理 挤压研磨抛光是利用一种含磨料的
14、半流动状态的粘性磨料介质，在一定压力下强迫通过被加工表面，由磨料颗粒的刮削作用去除工件表面微观不平和毛刺的工艺方法。,2、特点 1）适用范围广，适合各种材料的复杂型面抛光。,2）抛光效果好，效率高。,3、弹性研磨抛光剂 由流体介质、添加剂和磨料三部分均匀混合而成。,工件4安装并压紧在夹具2中，夹具与上、下磨料室相连，磨料室内充以粘性磨料，由活塞对粘性磨料施加压力，并作往复挤压运动，使粘性磨料在一定压力作用下反复在工件待加工表面上滑移通过，从而达到表面抛光或去毛刺的目的。,4、挤压研磨的夹具 夹具是采用挤压研磨使模具工作零件达到理想抛光效果的一个很重要的工具。夹具是挤压研磨的重要组成部分，也是加
15、工中比较灵活的因素，需要根据具体的工件形状、尺寸和加工要求而进行设计，但有时需通过试验加以确定。,夹具的主要作用除了用来安装、夹紧零件、容纳介质并引导它通过零件外，更重要的是在介质流动过程中提供一个或几个“干扰”，以控制介质的流程。因为粘性磨料介质和其他流体的流动一样，最容易通过那些路程最短、截面最大、阻力最小的途径。,为了引导介质到所需的零件部位进行切削，可以利用特殊设计的夹具，在某些部位进行阻挡、拐弯、干扰，迫使粘性磨料通过所需抛光的部位。夹具内部的密封必须可靠，因为微小的泄漏都将引起夹具和工件的磨损，并影响抛光效果。,模具凹模型面分为：通孔、阶梯孔、型腔、凸模型面等四种类型，表5.17为
16、4种类型型面和夹具的加工原理图。,如图5.34所示的齿轮模具，对最底部A处的齿形面进行挤压研磨，应配备型芯夹具形成通道。图5.35所示为挤压研磨底部不穿的型腔的夹具。对凸模外型挤压研磨，夹具就做成将凸模包围起来的结构。,小结,1、研磨是使用研具、磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法。,2、研磨的特点：尺寸精度高，形状精度高，表面粗糙度小；表面耐磨性提高，耐用疲劳强度提高；不能提高位置精度。多为手工作业，劳动强度大，效率低。,3、抛光是在研磨加工之后，进一步降低表面粗糙度的最终加工。,4、研磨使用研具较硬，磨料较硬较粗。抛光使用研具较软，磨料较软较细。抛光比研磨更微磨削的精密加工。,5、研
17、磨可分为湿研磨、干研磨和半干研磨。,6、手工研磨时，可用油石、砂纸 、磨料和研磨膏进 行研磨。,7、研磨抛光一般经过粗研磨细研磨精研磨抛光 四个阶段。,8、磨料由粗到细顺次更换，应将前道工序的磨痕完 全去除后更换磨料。,9、最终研磨纹路与塑料模脱模方向一致。,10、电化学抛光表面原始粗糙度应达到Ra2.50.8m 时，才能取得满意效果。,11、逐步化学抛光法用的抛光工具有导电油石、金 属导电锉、小毡轮和硬木棍。,12、常见的光整加工方法有：手工研磨抛光，挤压研 磨抛光、电化学研磨抛光、超声波研磨抛光。,13、手工研磨抛光效率低，劳动强度大。占主导地位。,14、机械研磨抛光效率高，是研磨抛光的发展方向。,