型腔加工-任务3.4型腔的工艺分析与优化

【学习目的与要求】

•综合分析型腔的加工方法和制造过程。

•掌握型腔的工艺分析及工艺规程的编制方法。

【学习重点】

•掌握型腔的工艺分析及工艺规程的编制方法。

【学习难点】

•型腔工艺规程的编制。

图3-73所示为注射模型腔,材料为CrWMn钢,硬度为50～55HRC。合理选用机床设备,编写其加工工艺路线,保证各尺寸、几何公差等符合图样的要求。

图3-73 注射模型腔

1.工艺分析

锻造后的坯料长度为100mm,除包括两件型腔的长度、端面加工余量外,还包括切断槽宽度和磨削第二件时所夹持的料头长度。模具零件加工属于单件生产,工序安排上遵循集中的原则,所以车削各表面应该集中在同一工序,磨削各表面集中在同一工序完成。钳工工作包括压装型腔、与型腔固定板一起磨两大面、磨分流道和浇口。

根据零件特点,结合凹模高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性的力学性能要求,选择锻件作为毛坯。

2.知识讲解

型腔的作用是成形制件的外形表面,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各种形状复杂的内成形面或花纹,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。回转曲面可用车床、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进行加工或进行大量的钳工加工,生产率较低。生产中应该充分利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。

(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。图3-74所示为对拼式压塑模型腔,可用车削方法加工Sϕ44.7mm的圆球面和ϕ21.71mm的圆锥面。

保证对拼式压塑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。

图3-74 对拼式压塑模型腔

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(图3-75),供车削时装夹用。

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(用直角尺检查),要求两拼块厚度保持一致。

5)在分型面上以球心为圆心、以44.7mm为直径划线,保证H₁=H₂,如图3-76所示。

图3-75 拼块上的工艺螺孔和导钉孔

图3-76 划线

(2)铣削加工 分为用普通铣床和仿形铣床加工型腔两种。

1)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,它们大都可以对各种模具(如压缩模、注射模、压铸模、锻模等)的型腔,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。加工表面的表面粗糙度Ra值约为1.6μm,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。

加工型腔的过程中,当进给至型腔的转角处时,由于切削力的波动导致刀具倾斜造成误差。如图3-77所示,当刀具半径与型腔圆角半径R相同时,刀具在圆角上的倾斜变化将导致加工部位的斜度和尺寸发生改变。为避免出现这种现象,应选择比型腔圆角半径小的铣刀进行加工。

图3-77 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3-78所示为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的材料、刀具的强度和寿命以及其他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。

图3-78 单刃指形铣刀

根据不同的加工条件还可采用双刃立铣刀(图3-79)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,可直接从市场上购买。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,对于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3-80所示。先用圆柱立铣刀粗铣,去除大部分加工余量后,再采用特形指形铣刀精铣。特形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。

图3-79 双刃立铣刀

图3-80 型腔钻孔示意图

图3-81 多型腔橡胶压模

图3-81所示为多型腔橡胶压模,采用普通铣床加工型腔。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,在立式铣床上利用回转工作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(用直角尺检查)。铣削时,先使机床主轴的回转轴线与回转工作台的回转中心对正,将工件安放在回转工作台上,按划线找正,使一个R14mm圆弧的中心与回转工作台的回转中心重合,再将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),如图3-82a所示,分别将定位块及工件压紧。

移动铣床的工作台,使铣刀和待铣削的圆弧槽对正,转动回转工作台进行加工,同时严格控制回转工作台的回转角度,加工出一个R14mm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,如图3-82b所示,使另一个R14mm圆弧糟的中心与回转工作台的回转中心重合,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就不再改变,加工上、下模时都以它定位并用同样的方法进行加工,这样能较好地保证上、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会更加方便。

图3-82 用回转工作台加工多型腔模板

a)工件装夹并铣第一个圆弧槽 b)铣第二个圆弧槽

1—回转工作台 2—定位块 3—工件 4—量块

2)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。

使用仿形铣床加工时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,这样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0.05mm,表面粗糙度Ra=1.5～2.6μm,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时,对于不同的工件需要制造相应的靠模,这就使模具的生产周期延长,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。

(3)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IT5～IT6或更高)和更小的表面粗糙度值(Ra值为0.008～0.1μm)。常用的光整加工方法主要有以下几种:研磨、珩磨、超级光磨、抛光。珩磨是研磨的发展,也是磨削的特殊形式。超级光磨也称为超精加工,是在良好冷却润滑的条件下,用粒度极细的磨条在很低的恒定压力下(0.1～0.3MPa),以快而短的往复振动(每分钟往复行程数为600～1800,振幅为2～6mm),对旋转工件(10～150m/min)表面进行修磨。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。

1)研磨和抛光的机理。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的压力,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。研磨加工过程示意图如图3-83所示。

研磨的尺寸精度高。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,可稳定地获得高精度表面。尺寸精度可达0.025μm。

研磨的形状精度高。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0.025μm,圆柱体圆柱度可达0.1μm。

研磨表面的表面粗糙度低。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Ra值可达0.1μm。

研磨表面的耐磨性提高。由于研磨使表面质量提高,摩擦因数减小,且有效接触表面积增大,从而使耐磨性提高。

研磨表面的疲劳强度提高。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。

研磨不能提高各表面之间的位置精度。研磨多为手工作业,劳动强度大。

抛光加工过程与研磨加工过程基本相同,抛光加工过程示意图如图3-84所示。

图3-83 研磨加工过程示意图

1—研具 2—磨料 3—切屑 4—原加工变质层 5—研磨加工变质层 6—工件基体

图3-84 抛光加工过程示意图

1—软质抛光器具 2—细磨粒 3—微小切屑 4—工件

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,但不能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)目前,对模具成形表面的精度和表面粗糙度的要求越来越高,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。

冲模、塑料模和金属压铸模的成形表面,除了一部分可以采用超精磨削加工达到设计要求外,多数成形表面和高精度表面都需要进行研磨抛光加工,而且大部分需要模具钳工手工作业完成。研磨抛光的工作量约占模具整个工作量的三分之一。

模具成形表面的表面粗糙度对模具寿命和制件质量都有较大的影响。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,这些缺陷对一些精密模具的影响尤为突出。

另外,各种中小型冲模和型腔模的型腔、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,在电加工之后成形表面形成一层薄薄的变质层。变质层上有许多缺陷,除几何形状规则的表面可以采用高精度的坐标磨削进行加工外,多数情况下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)研磨抛光有很多种分类方法。

①按研磨抛光过程中操作者参与的程度分为两种类型。

手工作业研磨抛光:对于型腔中窄缝、不通孔、深孔和死角部位的加工,手工研磨抛光方法仍占主导地位。

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加工和智能自动抛光设备加工,这是研磨抛光发展的主要方向。机械设备研磨抛光的质量不依赖于操作者的个人技艺,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两种类型。

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的压力,使磨料以不重复的轨迹运动进行微切削和产生微塑性挤压变形。

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的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两种类型。

机械式研磨抛光:利用磨料的机械能和切削力对被加工表面进行以微切削为主的研磨抛光。

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三种类型。

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作用。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。

干研:将磨料均匀地压嵌在研具表层中,施以一定的压力利用压嵌的磨料进行研磨加工。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。

半干研:类似于湿研,使用糊状研磨膏。粗、精研均可。

4)研磨抛光的加工要素见表3-14。

表3-14 研磨抛光的加工要素

5)手工研磨抛光。

①研磨抛光剂。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。磨料的选择主要包括磨料的种类和粒度。(www.xing528.com)

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、力学性能见表3-15。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。常用磨料及其适用范围见表3-16。磨料粒度及可以达到的加工表面粗糙度见表3-17。

表3-15 常用磨料的主要物理、力学性能

表3-16 常用磨料及其适用范围

表3-17 磨料粒度及可以达到的加工表面粗糙度

研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调和磨料、使磨料均匀分布和冷却润滑的作用,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号机油应用最普遍,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,可加速研磨抛光过程,又能提高零件表面光泽。常用研磨抛光液及其用途见表3-18。

表3-18 常用研磨抛光液及其用途

研磨抛光膏是由磨料和研磨抛光液组成的研磨抛光剂。研磨抛光膏分为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等的磨粉和微粉,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,常用粒度为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。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,原则上研具材料的硬度应比被加工材料的硬度低,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、黄铜和纯铜,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。低碳钢的强度比灰铸铁高,用于较小孔径的研磨。黄铜和纯铜用于研磨余量较大的情况,加工效率也比较高。但用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)酸酯油石,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,油石与加工表面的接触压力增大,参加微切削的磨粒增多,从而加速了研磨抛光过程。

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表面粗糙度和材料硬度选择相应的油石。当被加工零件的材料较硬时,应该选择较软的油石,否则反之。当被加工零件的表面粗糙度要求较高时,油石要细一些,组织要致密些。

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1～3mm、距离为15～20mm的槽。研磨抛光时需要在研磨平板上放上些微粉和抛光液。

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。

研磨芯棒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用于模具钳工在钻床上进行较小尺寸圆柱孔的加工。芯棒长度应为研磨零件长度的2～3倍。

6)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、超声抛光以及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。

图3-85 圆盘式磨光机

①圆盘式磨光机。图3-85所示为圆盘式磨光机,是一种常见的电动抛光工具,用手将其握住去除一些大型模具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。使用时电动机挂在悬挂架上,电动机起动后通过传动软轴使手持式研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,以适应不同的研磨抛光工作。

手持往复式研抛头:这种研抛头工作时一端连接传动软轴,另一端安装研具或油石、锉刀等。通过传动软轴的传动,研抛头产生往复运动,可适应不同的加工需要。研抛头工作端还可按加工需要在270°范围内调整,将这种研抛头装上球头杆,配上圆形或方形铜(塑料)环作研具,手持研抛头沿研磨表面不停地均匀移动,可对某些小曲面或复杂形状的表面进行研磨,如图3-86所示。研磨时常采用金刚石研磨膏作研磨剂。

手持直式旋转研抛头:这种研抛头可装夹ϕ2～ϕ12mm的特形金刚石砂轮,通过传动软轴的传动作高速旋转运动,加工时就像握笔一样握住研抛头进行操作,可对型腔的细小部位进行精加工,如图3-87所示。取下特形砂轮,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。

图3-86 手持往复式研抛头的应用

图3-87 手持直式旋转研抛头的应用

手持角式旋转研抛头:与手持直式旋转研抛头相比,这种研抛头的砂轮回转轴与研抛头的直柄部分成一定的夹角,便于对型腔的凹入部分进行加工,与相应的抛光及研磨工具配合,可进行相应研磨和抛光工序的加工。

7)研磨抛光余量及步骤。

①研磨抛光余量。研磨抛光余量的大小取决于零件尺寸、原始表面粗糙度、精度和最终的质量要求,原则上研磨抛光余量要能去除表面加工痕迹和变质层。研磨抛光余量过大,将使加工时间延长,研磨抛光工具和材料消耗增多,加工成本增大；研磨抛光余量过小,则加工后达不到要求的表面粗糙度和精度。

②研磨抛光步骤及注意事项。研磨抛光加工一般要经过粗研磨、细研磨、精研磨和抛光四个阶段。四个阶段中总的研磨抛光次数应依据研磨抛光余量以及初始和最终的表面粗糙度和精度而定。磨料的粒度从粗到细,每次更换磨料都要清洗工具和零件。

研磨抛光过程中磨料的运动轨迹要保证被加工表面各点均有相同的或近似的切削条件和磨削条件。磨料的运动轨迹可以往复和交叉,但不应该重复。要根据被加工表面的大小和形状特点选择适当的运动轨迹形式,可以有直线式、正弦曲线式、无规则圆环式、摆线式和椭圆线式等。

8)模具零件的抛光工艺过程分为坯件准备、抛光工具及材料的选择等几个步骤。

①坯件准备。模具零件在抛光前应满足下述两个条件:一是在抛光前坯件应留有0.1～0.15mm的抛光余量,不能太大；二是预抛光坯件的表面粗糙度Ra值为1.6～6.3mm。

②抛光工具及材料的选择。抛光用的工具主要有手砂轮、抛光机(砂轮机可代用)、布轮、毡布、镊子、呢子布、细砂纸、丝绸和油石等。

抛光剂可用金刚砂研磨膏(或Cr₂O₃)。

抛光液主要用煤油或煤油与机油的混合物、乙醇等。

③抛光的工艺过程。先粗加工坯件表面,用细锉进行交叉锉削或用刮刀刮平。锉削后,表面不应有明显的刀纹和加工划痕。用砂布进行表面磨光。用金刚砂抛光并用毡布或呢子布蘸取煤油或煤油与机油的混合物在被抛光表面磨。在用金刚砂研磨时,先用粒度比较大的粗金刚砂、后用中号及细粒度的金刚砂研磨。研磨后的表面,用呢子布蘸取细金刚砂的干粉再进行一次抛光,以获得美观光洁的表面。干抛光后的表面,再用丝绸擦干净。

拉深模、弯曲模、冷挤压模及型腔模回转体凸模、型芯等,可直接在抛光机上用布轮进行抛光,然后再用呢子布打光即可。

④抛光注意事项。抛光时,抛光的运动方向应经常变换,否则会有纹路出现；前一道工序结束后,必须将杂物清除；复杂的凸、凹模及型腔、型面的抛光,可以采用乙醇作为抛光液。

图3-88 电解修磨抛光

图3-89 电解修磨抛光原理图

1—工具(阴极) 2—电解液管 3—磨粒 4—电解液 5—工件(阳极) 6—电源

9)电解修磨抛光是在抛光工件和抛光工具之间施以直流电压,利用通电后工件(阳极)与抛光工具(阴极)在电解液中发生的阳极溶解作用来进行抛光的一种工艺方法,如图3-88所示。

电解修磨抛光工具可采用导电油石制造。这种油石以树脂作粘结剂与石墨和磨料(碳化硅或氧化铝)混合压制而成,应将导电油石修整成与加工表面相似的形状。抛光时,手持抛光工具在零件表面轻轻摩擦,由于电解作用的存在,加工效率高。

图3-89所示为电解修磨抛光原理图。从图中可以看出,加工时仅工具表面凸出的磨粒与加工表面接触,而磨粒不导电,防止了两极间发生短路现象。砂轮基体(含石墨)导电,当电流及电解液从两极间通过时,工件表面产生电化学反应,溶解并生成很薄的氧化膜,这层氧化膜不断地被移动的抛光工具上的磨粒刮除,使加工表面重新露出新的金属表面,并继续被电解。电解作用和刮除氧化膜交替进行,从而使加工表面的表面粗糙度值逐渐减小,工件被抛光。

加工电源可采用全波桥式整流,晶闸管调压,最大输出电流为10A,电压为0～24V。也可采用一般直流稳压电源。

电解液常采用每升水溶入硝酸钠(NaNO₃)150g、氯酸钠(NaClO₃)50g制成。

电解修磨抛光有以下特点:电解修磨抛光不会使工件产生热变形或应力。工件硬度不影响加工速度。型腔中用一般方法难以修磨的部位及形状(如深槽、窄缝及不规则圆弧等),可采用相应形状的修磨工具进行加工,操作方便、灵活。修磨抛光后,模具的表面粗糙度Ra值一般为3.2～6.3μm,对于要求表面粗糙度小于上述范围的表面,再采用其他方法进行加工。此方法装置简单,工作电压低,电解液无毒,生产安全。

10)超声抛光是超声加工的一种形式,是利用超声振动的能量,通过机械装置对型腔表面进行抛光加工的一种工艺方法。

图3-90 超声抛光原理图

1—抛光工具 2—变幅杆 3—超声换能器 4—超声发生器 5—磨粒 6—工作液

图3-90所示为超声抛光原理图。超声发生器能将50Hz的交流电转换为以一定功率输出的超声频电振荡。超声换能器将输入的超声频电振荡转换成超声机械振动,并将这种振动传递给变幅杆加以放大,最后传至固定在变幅杆端部的抛光工具,使工具也产生超声频振动。

在抛光工具的作用下,工作液中悬浮的磨粒产生不同程度的剧烈运动,大磨粒高速旋转,小磨粒产生上下左右的高速跳跃,均对加工表面有微细的切削作用,使加工表面微观不平度的高度减小,表面光滑平整。按这种原理设计的抛光机称为散粒式超声抛光机。也可以将磨料与工具制成一个整体,如同油石一样,使用这种工具抛光,不需要另加磨料,只要加入工作液即可。

超声抛光常采用碳化硅、碳化硼、金刚砂等作磨料,粗、中抛光用水作工作液,精细抛光一般用煤油作工作液。超声抛光前,工件的表面粗糙度Ra值≤1.25～2.5μm,经抛光后表面粗糙度Ra值可达0.08～0.63μm或更小。抛光精度与操作者的经验和技术熟练程度有关。

超声抛光的加工余量,与抛光前被抛光表面的质量及抛光后的表面质量有关。最小抛光余量应保证能完全消除由上道工序形成的表面的微观几何形状误差或变质层。如对于电火花加工成形的型腔,对应于粗、精加工规准,所采用的抛光余量也不一样。电火花中、精规准加工后的抛光余量一般为0.02～0.05mm。

超声抛光具有以下优点:抛光效率高,能减轻劳动强度；适用于各种型腔模具,对于窄缝、深槽、不规则圆弧的抛光尤为适用；适用于不同材料的抛光。

11)挤压研磨抛光属于磨料流动加工,也称为挤压研磨。它不仅对零件表面进行光整加工,还可以去除零件内部通道上的毛刺。

图3-91 挤压研磨抛光加工过程示意图

1—上磨料室 2—上活塞 3—研磨抛光剂 4—夹具 5—工件 6—下磨料室 7—下活塞

挤压研磨抛光是利用一种含有磨料和油泥状黏弹性高分子介质的黏性研磨抛光剂,在一定压力的作用下通过被加工表面,由磨料颗粒的刮削作用去除被加工表面的微观不平材料的工艺方法。磨料颗粒相当于软砂轮,在流动中紧贴零件加工表面的磨料,由于压力摩擦和切削的作用,将切屑从被加工表面刮离。图3-91所示为挤压研磨抛光加工过程示意图。工件5安装在夹具4中,夹具和上、下磨料室相通,磨料室内充满研磨抛光剂,由上、下活塞轮流对研磨抛光剂施加压力,并作往复运动,使研磨抛光剂在一定压力的作用下,反复从被加工表面滑擦通过,从而达到研磨抛光的目的。

挤压研磨抛光的特点如下:

①挤压研磨抛光适用范围广。由于研磨抛光剂是一种半流体状态的黏弹性介质,它可以和任何复杂形状的被加工表面相吻合,所以适用于各种复杂表面的加工。同时加工材料范围广,无论是高硬度的模具材料,还是铸铁、铜、铅等材料,以及陶瓷、硬塑料等非金属材料都可加工。

②挤压研磨抛光效果好。抛光后尺寸精度、表面粗糙度和抛光前的原始状态有关。经过电火花线切割加工后的表面,经挤压研磨抛光后表面粗糙度Ra值可达0.04～0.05μm,尺寸精度可达0.0025～0.01mm,完全可以去除电火花线切割加工的表面质量缺陷。但是挤压研磨抛光属于均匀切削,它不能修正原始加工的形状误差。

③挤压研磨抛光效率高。挤压研磨抛光的加工余量一般为0.01～0.1mm,所需要的研磨抛光时间为几分钟至十几分钟。与手工研磨抛光相比,大大提高了生产效率。

12)喷丸抛光利用含有微细玻璃球的高速干燥流对被抛光表面进行喷射,去除表面微量的金属材料,降低表面粗糙度。喷丸抛光不同于喷砂,所使用的磨料类型不同,而且喷丸抛光所用的玻璃球更细,喷射后的玻璃球并不循环使用。喷丸抛光的加工示意图如图3-92所示。

喷丸抛光的工艺参数如下:

①磨料。喷丸抛光所用的磨料为玻璃球,磨料颗粒尺寸为10～150μm。

图3-92 喷丸抛光的加工示意图

1—压缩气瓶 2—过滤器 3—压力表 4—振动器 5—磨料室和混合室 6—控制阀 7—手柄 8—排气罩 9—收集器 10—工件 11—喷嘴

②载体气体。喷丸抛光的载体气体可用干燥空气、二氧化碳,但不得用氧气。气体流量为28L/min左右,气体压力为0.2～1.3MPa,流速为152～335m/s。

③喷嘴。喷嘴材料要求耐磨性好,多采用硬质合金材料。喷嘴口径为0.13～1.2mm。影响喷丸抛光效果的因素主要有磨料粒度、喷嘴直径、喷嘴到加工表面的距离、喷射速度和喷射角度等。

喷丸抛光在模具加工中的应用,主要在于去除成形表面在电火花加工后的表面变质层。

3.工艺实施

注射模型腔的加工工艺路线见表3-19。

表3-19 注射模型腔的加工工艺路线

(续)