第八章模具的研磨与抛光

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1、第8章 模具光整加工模具的研磨模具的研磨 8.1模具的抛光模具的抛光8.2 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）。 1. 光整加工概述光整加工概述 手工研抛。 挤压研磨。 电化学研抛。 磁力研抛。 超声波研抛。 玻璃珠喷射研抛。 2光整加工的方法光整加工的方法 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

2、对于某些精密模具影响很大。 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。 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

3、粗糙度。 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。（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

4、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。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0.10.01 m 。（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0.025 m ，圆柱体圆柱度可达0.1 m。 （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0.01 m 。（4）改善工件表面力学性能 研磨的切削热量小，工件

5、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。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。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

6、。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。 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。 （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。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

7、，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。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。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

8、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（0.010.5）MPa。手工研磨时的研磨压力约为（0.010.2）Mpa；精研时的研磨压力约为（0.010.05）Mpa；机械研磨时，压力一般为（0.010.3）MPa。当研磨压力在（0.040.2）MPa范围内时，对降低工件表面粗糙度收效显著。（）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。

9、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（10150）m/min范围内选择，精研速度应在30m/min以下。（）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10m，机械研磨也应小于15m。（）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mmin，合金钢为0

10、.3mmin，超硬材料为0.1mmin。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。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

11、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。（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。 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