第五章模具光整加工与模具快速

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第五章_模具光整加工与模具快速

交错，以致形成碎片，最后成为切屑脱离工
件。
2．研磨的特点
① 尺寸精度高。② 形状精度高。③ 表面粗糙度值低。④ 表面耐磨性好。
⑤ 耐疲劳强度提高。
⑥ 研磨存在一些缺点。劳动强度大，研磨时间长，效率较低；不能提高各表面间的位置精度；研磨剂易飞溅，容易污染环境，使临近的机械设备受到腐蚀。
3．研磨加工方法的分类及应用
3．超声波抛光
超声波抛光是利用超声波能传递高能量的特性，通过产生超声振动的装置，带动工具端面作超声频振动，迫使工具和工件间的磨料悬浮液撞击被加工部位而实现加工的一种方法。超声波抛光适合于脆硬材料的抛光，其基本原理如图5-7 所示。
超声波抛光有如下特点。
① 超声波抛光适用于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，如玻璃、陶瓷、石英、金刚石等。
② 光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微量切削和挤压的过程，表面加工均匀，切削力和切削热很小，可获得很高的表面质量。
③ 光整加工属于微量加工，不能纠正较大的表面缺陷，其加工前要进行精加工。
2．光整加工的方法
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。
电解磨削抛光特点如下。
① 加工范围广，生产效率高。
② 加工精度高，表面质量好。 ③ 砂轮磨损量小。
④ 电解磨削抛光装置结构简单，操作方便，工作电压低，电解液无毒
⑤ 电解磨削抛光的局限性。抛光后质量不高，且残留氧化膜，所以抛光后仍需手工抛光处理；电解磨削抛光模具刃口时，不易磨得非常锋利。
5.1.4 其他光整加工
1．电化学抛光
又称“电解抛光”，是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解现象，使工件表面溶解形成光滑表面的一种抛光方法，其原理如图5-5所示。

光整加工

光整加工第一节概述常见的切削加工方法加工出的工作表面，如车削、铣削，包括普通磨削的工作表面放大后都有较明显的高低不平的微小峰谷。

而精密设备及仪器中的许多零件精度要求很高，表面粗糙度值要求很小，普通加工方法难以满足要求，需要采用光整加工方法。

光整加工是使被加工对象表面质量得到大幅度提高的同时,实现精度的稳定甚至提高加工精度等级的一种技术,是先进制造技术的一个重要组成部分。

一、光（精）整加工的定义光整加工是指精加工后，从工件上不切除或只切除极薄的材料层，以降低工件表面粗糙度或强化其表面的加工方法。

光整加工可以获得比一般机械加工更高的表面质量。

精整加工是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法。

光精整加工是指工件精加工或者在普通磨削后，用粒度很细的磨料对其表面进行微量切削和挤压、擦光的过程，主要用以降低工件表面粗糙度值或强化其表面或提高工件精度的加工方法。

二、光整加工技术特点进行光整加工的目的，主要是提高零件的表面质量。

无论是传统的光整加工方法，还是今年来出现的新工艺技术，都具有一下主要特点：1）光整加工的加工余量小，原则上只是前道工序公差带宽度的几分之一。

一般情况下，只能改善表面质量（减小粗糙度值，消除划痕、裂纹和毛刺等），不影响加工精度。

如果余量太大，不仅生产效率低，有时还可能导致工件的原有精度下降。

2）光整加工所用机床设备不需要很精确的成形运动，但磨具与工件之间的相对运动应尽量复杂。

因为光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微量切削和挤压、划擦的过程，只要保证磨具与工件加工表面能具有较大的随机性接触，就能使表面误差逐步均化到最终消除，从而获得很高的表面质量。

3）光整加工时，磨具相对于工件的定位基准没有确定的位置，一般不能修正加工表面的形状和位置误差，其精度要靠先行工序来保证。

三、光整加工技术分类为了保证和提高零件的表面质量，采用光整加工方法作为零件的终加工工序是十分有效的措施。

模具表面光整加工工艺技术

２０（２４ — Ｏ０４１）：７５．
ＦｉｉｈｎａｈｎｎｃｎｌｇｏｕｆｃｆＤｉｎｓｉｇＭｃｉｉｇＴｅｈｏｏｙｆｒＳｒａｅｏｅ
ＬＩＡＮＧａｏｇｕｎｇＸｉ－ａ
（ｉｕｎＨｅｖａｈｎｒｏｐＣｏＴａｙａａｙＭｃｉｅｙＧｒｕ．，Ｌｔ．，Ｔａｙａ３０４，Ｃｈｎ）ｄｉｕｎ００２ｉａ
不符合现代化生产的要求，生产率低，动强度大，且劳加工质量常取决于操作者的主观因素，腔表面各处型的切削用量无法保持稳定不变，终的加工质量难以最保证。采用磁力研磨加工工艺，用数控加工中心对运复杂表面实现类似“ 形加工 ” 仿的精密研磨，模具表使面的精加工实现自动化，但可大幅度提高生产率，不而且可对各加工参数实现自动控制。
京：械工业出版社，００机２０．
大。当磁感应强度达到Ｂ一０９Ｔ时，．金属去除量为
最大，时可达４，此２ｍｇ之后不再增加。这是因为随磁
［３冯慈璋．程电磁场导论Ｅ．京：等教育出版社。２工Ｍ］北高
粒磨削的路程越长，复加工的频率也越高，重这样既有
利于加工，有利于表面粗糙度Ｒ也ａ值的降低。但随着磁极头回转速度的提高，磁刷的离心力增大，由此就会引起磁磨粉的飞散，使其失去加工能力，影响加工质量，验中还发现当模具表面为凸面时这种现象更加实突出。因此，表面形状不同，极头回转速度应该有所磁区别。根据实验结果可知，工凹面时磁极头回转速加

模具成形表面的光整加工

02
模具成形表面的光整加工技术
研磨技术
研磨技术是通过研磨材料与模具表面间的摩擦和切削作用，去除模具表面的凸起和凹陷，使表面更加平滑。
研磨材料可根据模具材料的硬度、研磨效率等要求选择，如金刚石、刚玉、碳化硅等。
研磨技术适用于各种硬度的模具材料，尤其对于高硬度、高耐磨性的模具表面处理具有显著效果。
电解抛光技术具有较高的加工效率和较低的表面粗糙度，适用于各种金属材料的模具表面处理。
但电解抛光技术的设备成本较高，且对环境有一定的污染。
超声波抛光技术
1
超声波抛光技术是利用超声波的振动作用，使抛光工具与模具表面产生高频振动，从而去除表面粗糙度，提高表面光洁度。
2
超声波抛光技术具有加工效果好、效率高、对环境无污染等优点。
3
但超声波抛光技术的设备成本较高，且对于大型模具的处理较为困难。
03
光整加工材料与工具
光整加工材料
研磨料
清洗剂
研磨料是光整加工的主要材料，根据加工要求选择不同粒度的研磨料，如金刚石研磨料、刚玉研磨料等。
清洗剂用于清除加工过程中产生的残渣和污垢，保证加工表面的清洁度。
抛光剂
抛光剂通常由抛光粉、有机溶剂和结合剂组成，根据抛光材料的不同选择相应的抛光剂。
重要性
模具表面的质量直接影响制件的表面质量和性能，因此对模具成形表面的光整加工至关重要。
光整加工的目的
提高模具表面的耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳性能。
延长模具使用寿命，降低生产成本。
降低制件表面的粗糙度，提高制件的表面质量和外观。
光整加工的方法与选择
机械抛光
利用抛光轮、抛光布等磨料对模具表面进行抛光，以达到所需的表面粗糙度。适用于各种金属材料模具的抛光。

光整加工

（三）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，可稳定获得高精度面。 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。 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。
①研具材料研具：研磨抛光时直接和被加工表面接触的研磨抛光工具。一般研具材料：低碳钢，灰铸铁，黄铜和紫铜，硬木、竹片、塑料、皮革精密固定磨料研具材料：低发泡氨基甲酸，乙酯油石
研磨油石、
砂轮
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。当被加工零件材料较硬时
4、表面耐磨性提高由于研磨表面质量提高，使摩擦系数减小，并且使有效接触表面积增大，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。
（四）抛光机理及抛光的作用抛光是一种比研磨更微磨削的精加工。
电化学抛光属于小距离化学反应，电解产物如不能及时排除，也影响抛光质量。抛光时应采用搅拌或移动的方法，促使电解液流动，保持抛光区电解液的最佳状态，缩小电解液的温度变化，始终保证最佳抛光条件是保证抛光质量的重要因素之一。
4、抛光时间——抛光开始时，表面平整速度最大，随着时间增加，阳极金属去除总量增加。不同金属材料都有一个最佳抛光时间，当超过最佳抛光时间时，抛光质量逐渐变差。
淬硬后的成形表面由Ra0.8μm提高到 Ra0.05μm时的研抛余量为：平面：0.015～0.03mm；当零件的尺寸公差较大

第五章光整加工

第五章光整加工
• 光整加工是指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。
• 达到模具成形表面的精度和表面粗糙度高要求 • 去除特种加工成型表面形成的变质层
第五章光整加工
§5-1 研磨与抛光
一、研磨抛光机理二、研磨抛光分类三、研磨抛光剂四、研磨抛光工具五、研磨抛光工艺
第五章光整加工
三、研磨抛光剂研磨抛光剂是由磨料和研磨抛光液组成的均匀混合剂。 1.磨料 ✓磨料：机械切削作用。 ✓磨料的选择主要有磨料的种类和粒度。 ✓种类选择：粗加工选硬度大的磨料，精加工反之 ✓粒度选择：粗加工选较大的粒度，精加工反之
第五章光整加工
三、研磨抛光剂 2.研磨抛光液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，控制调节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；猪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，可提高研磨抛光效率，增加表面光泽。
第五章光整加工
一、研磨抛光机理 2.研磨的特点
（1）可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度尺寸精度高：达IT5级以上。形状精度高：球体圆度可达0.025μm，圆柱体圆柱度可达0.1μm。表面粗糙度低：Ra值可达0.16μm。
（2）可提高零件的耐磨性、抗蚀性、疲劳强度和使用寿命（3）研磨所用的设备和研具简单，成本低（4）研磨生产率低，余量不应超过0.01~0.03mm （5）应用范围广（表面、材料）
第五章光整加工
二、研磨抛光分类 1.按研磨抛光中的操作方式划分（1）手工研磨抛光（2）机械研磨抛光 2.按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹划分（1）游离磨料研磨抛光（2）固定磨料研磨抛光 3.按研磨抛光的机理划分（1）机械作用研磨抛光（2）非机械作用研磨抛光 4.按研磨抛光剂使用的条件划分（1）湿研（2）干研（3）半干研

模具加工快速成型及快速制模技术PPT学习教案

此工艺方法也称为液态光敏树脂选择性固化。是一种最早出现的快速成形技术（RPT），它的原理如图所示。液槽中盛满液态光敏树脂3，它在激光束的照射下快速固化。
该方法制件精度可控制在 0.1mm的范围内。适合成形小件，能直接得到塑料第9页/共20页产品，表面粗糙度质量较好。确定材料有污染，可能使皮肤过敏。
2）激光快速成形先在粉末颗粒外面包覆粘接剂，制成覆膜金属。
3）逐层铺粉逐层烧结最后制造出三维实体的实物。 4）去粉用毛刷轻轻去除多余的粉末，粉末可以重复使用。
5）去粘接剂在快速成形机内成形后，接着就是脱脂（去粘接剂）的后处理。
6）烧结粘接剂去除后，温度进一步升，达到700℃以上烧结，以提高工件的强度。
粉、尼龙粉、金属粉、覆膜陶瓷粉）进行选择性烧结。是一种
将离散点一层一层堆积成三维实体的工艺方法，其原理如图6.7
所示。
成形时，送料筒上升，铺粉滚筒移
动，先在工作台上均匀地铺上一层
很薄的粉末材料（0.1~0.2）mm模型离散后的截面轮廓的信息第11页/共，2对0页制件的实体部分所在区域的粉
三维模型的处理能力主要在两个方面上的应用：三位实体造型（Solid Modeling）和表面造型（Surface Modeling）功能。快速成型行业中常用的软件如下：
1.三维模型的表达方法 12））构边造界型表立达体法几何表第达7页法/共20页 3）参量表达法 4）单元表达法
2．快速成型技术中常用的文件格式
与传统的加工方式相比，快速成形在加工周期和成本上都有着无可比拟的优势，它突破了毛坯→切削加工→成品的传统加工模式，不用刀具制造零件，基本上无废料。
图6.4是传统加工方式和快速成形制造的工艺流程的对比。

第5章模具零件的光整加工

1—抛光套 2—砂轮 3—软轴图5—4 手持电动直杆旋转式研磨抛光工具
③电动弯头旋转式手持电动弯头旋转式研磨抛光工具如图 5-5所示，它可以伸入型腔，对有角度的拐槽、弯角部位进行研磨抛光加工。
1— 工件 2—抛光环 3—软环图5—5 手持电动弯头旋转式研磨抛光工具
3. 研磨抛光工艺过程
1— 研磨套 2—研磨环 3—限位螺钉 4—调节螺钉图5—1 外圆研磨环
研磨芯棒固定式研磨芯棒的外径不可调节，芯棒外圆表面带有螺旋槽，以容纳研磨抛光剂。可调节芯棒如图5-2所示。
1— 芯棒 2—螺母 3—研磨套 4—套图5—2 可调式内圆研磨芯棒

①电动往复式如图5-3所示。它的质量约0.5kg操作灵活方便。工作时手握研磨柄，动力从软轴传来，带动球头杆作直线往复运动，最大行程为20mm，往复次数为 5000次/min。球头杆前端配 2~6mm大小的圆形或矩形研磨环，可进入狭长沟槽研磨抛光。若将球头杆换成油石夹头、砂纸夹头或金刚石什锦锉刀等，可进行较大尺寸平面或曲面的研磨抛光。
表5—5研磨运动轨迹的形式
（3）手工抛光工艺
抛光前工件的表面粗糙度值应小于Ra3.2-1.6μm。且抛光前应保留0.10-0.12mm的抛光余量。
序号 1 2 3 4 内容
用细锉刀或刮刀先粗加工表面，教硬的表面可用油石加工，不应留有明显的刀纹和加工痕迹用细纱布把表面抛光（砂光）用研磨膏、金刚砂抛光时应用毡布或毛尼布蘸取机油与煤油的混合物在工件表面上摩擦，加工速度比研磨要快选用抛光剂应先粗后细
3、半干研
精研均可。
类似湿研，使用糊状研磨膏，用于粗、
5.1.2 研磨抛光工艺
研磨抛光加工要素驱动方式加工方式运动形式手动、机动、数字控制回转、往复内容

第五章光整加工

一、基本原理和特点 (一)基本原理
图5-8 电解抛光基本原理图 1—加工零件 2—工具 e—电子流方向加工后的表面，经过电解抛光后可使表由Ra1.6～3.2μm降低到Ra0.2～0.4μm，电解抛光时各部位金属去除速度相近，抛光
量很小，电解抛光后尺寸精度和形状精度可控制在0.01mm之内。 2)电解抛光和传统手工研磨抛光相比效率提高几倍以上，如抛光余量为0.1～0.15mm时，电解抛光时间约为10～15min，而且抛光速度不受材料硬度的影响。 3)电解抛光工艺方法简单，操作容易，而且设备简单，投资小。 4)电解抛光不能消除原表面的“粗波纹”，所以电解抛光前，加工表面应无波纹现
第一节概
述
2)固定磨料研磨抛光，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。
(三)按研磨抛光的机理分类 1)机械式研磨抛光，指利用磨料的机械能量和切削力对被加工表面进行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。 (四)按研磨抛光剂使用的条件分类 1)湿研(又称敷砂研磨)。 2)半干研(又称嵌砂研磨)。 3)干研，类似湿研，使用糊状研磨膏。
磁致伸缩效应式换能器
第四节超声波抛光
图5-17
变幅杆形式
(2)工具工具和变幅杆之间采用机械或胶合方式相连接，
第四节超声波抛光
超声波机械振动经变幅杆扩大振幅后传给工具，工作时工具沿轴向振动。三、抛光工艺
(一)抛光余量模具成形表面经过电火花精加工之后，进行超声波抛光时的抛光余量一般控制在0．02～0．04mm之内，其他情况下抛光余量不超过0．15mm。 (二)抛光方式
第四节超声波抛光

机械制造基础：光整加工

原理：研具在一定压力作
用下与工件表面之间作复
杂的相对运动；通过研磨
剂的机械及化学作用，从
工件表面上切除一层材料
，从而达到很高的精度和
很小的粗糙度。
➢ 研磨工具
1. 研具材料
研磨（lapping）
研具材料应比工件材料软，以使部分研磨剂的磨料能嵌入研具表面，并对工件表面
进行擦磨。
常用研具材料有：铸铁、软钢、黄铜、塑料或硬木。但最常用的是铸铁研具
非自由磨具光整加工是指磨料或以某种形式构成的磨具，始终与工件保持确定的相对位置，并以一定的切削参数实现对工件表面的加工，达到提高工件的表面质量的加工方法。
研磨（lapping）
➢ 研磨工作原理
在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行光精整加工的方法。尺寸公差等级可
达IT5～IT3，Ra值可达0.1～0.008um 。
•铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件及铸铁件。
•黄铜：研磨各种软金属。
常用的手工研具有研磨砂纸、研磨平板、外圆研磨环、内圆研磨芯棒等。
2.研磨方法
研磨（lapping）
手工研磨
机械研磨
研磨（lapping）
➢ 研磨特点及应用
研磨具有以下特点： • 能获得稳定的高精度和好的表面粗糙度（其他方法较难达到）但不能提高工件各表面间的位置精度 • 工艺简单（操作、使用设备、工具） • 被加工材料适应范围广(脆性材料、钢、铸铁、有色金属) • 生产率低，加工余量小（一般加工余量不大于0.01～0.03mm ） • 适用于多品种小批量的产品零件加工 • 研磨剂易于飞溅，污染环境
光整加工
研磨加工抛光加工滚压加工珩磨
➢ 光整加工主要功能划分
降低零件表面粗糙度值

模具制造与修理作业指导书

模具制造与修理作业指导书第1章模具基础知识 (3)1.1 模具的概念与分类 (3)1.2 模具的组成与结构 (4)1.3 模具材料及选用 (4)第2章模具设计与工艺 (4)2.1 模具设计流程与要求 (4)2.1.1 设计前期准备 (5)2.1.2 模具设计步骤 (5)2.1.3 模具设计要求 (5)2.2 模具结构设计 (5)2.2.1 模具类型选择 (5)2.2.2 模具结构设计原则 (5)2.2.3 模具结构设计要点 (5)2.3 模具工艺参数设定 (6)2.3.1 塑料注射成型工艺参数 (6)2.3.2 压铸工艺参数 (6)2.3.3 挤出工艺参数 (6)第3章模具制造工艺 (6)3.1 模具加工方法概述 (6)3.2 机械加工 (6)3.3 特种加工 (7)3.4 光整加工 (7)第4章模具装配与调试 (7)4.1 模具装配工艺 (7)4.1.1 装配前准备 (8)4.1.2 装配顺序和方法 (8)4.1.3 装配精度控制 (8)4.1.4 紧固件拧紧 (8)4.2 模具调试与检测 (8)4.2.1 调试工艺 (8)4.2.2 调试设备与工具 (8)4.2.3 检测项目及方法 (8)4.2.4 调试记录与分析 (8)4.3 模具试模与验收 (8)4.3.1 试模准备 (8)4.3.2 试模工艺 (8)4.3.3 试模过程监控 (8)4.3.4 验收标准 (9)4.3.5 验收报告 (9)第5章模具维修与保养 (9)5.1 模具故障分析与处理 (9)5.1.2 故障诊断 (9)5.1.3 故障处理 (9)5.2 模具维修方法 (9)5.2.1 磨损部位的修复 (9)5.2.2 断裂与变形的修复 (9)5.2.3 功能性故障的维修 (10)5.3 模具保养与防护 (10)5.3.1 日常保养 (10)5.3.2 定期保养 (10)5.3.3 防护措施 (10)第6章常用模具制造与修理设备 (10)6.1 车床与铣床 (10)6.1.1 车床 (10)6.1.2 铣床 (11)6.2 钻床与镗床 (11)6.2.1 钻床 (11)6.2.2 镗床 (11)6.3 磨床与电火花机床 (11)6.3.1 磨床 (11)6.3.2 电火花机床 (11)第7章模具CAD/CAM技术 (11)7.1 模具CAD技术 (12)7.1.1 模具CAD概述 (12)7.1.2 模具CAD系统的组成 (12)7.1.3 模具CAD技术的应用 (12)7.2 模具CAM技术 (12)7.2.1 模具CAM概述 (12)7.2.2 模具CAM系统的组成 (12)7.2.3 模具CAM技术的应用 (12)7.3 模具CAE技术 (13)7.3.1 模具CAE概述 (13)7.3.2 模具CAE系统的组成 (13)7.3.3 模具CAE技术的应用 (13)第8章模具质量控制与管理 (13)8.1 模具质量控制 (13)8.1.1 质量控制原则 (13)8.1.2 质量控制流程 (13)8.1.3 质量控制方法 (13)8.2 模具生产管理 (14)8.2.1 生产计划管理 (14)8.2.2 生产过程管理 (14)8.2.3 生产质量管理 (14)8.3 模具标准化与信息化 (14)8.3.2 模具信息化 (14)8.3.3 模具数据化管理 (14)第9章模具修理典型案例分析 (15)9.1 冲模修理案例分析 (15)9.1.1 案例背景 (15)9.1.2 修理过程 (15)9.1.3 修理效果 (15)9.2 塑模修理案例分析 (15)9.2.1 案例背景 (15)9.2.2 修理过程 (15)9.2.3 修理效果 (15)9.3 其他模具修理案例分析 (16)9.3.1 案例背景 (16)9.3.2 修理过程 (16)9.3.3 修理效果 (16)第10章模具制造与修理新技术展望 (16)10.1 高速切削技术在模具制造中的应用 (16)10.1.1 高速切削技术的原理与特点 (16)10.1.2 高速切削技术在模具制造中的应用实例 (16)10.2 3D打印技术在模具制造中的应用 (17)10.2.1 3D打印技术的原理与特点 (17)10.2.2 3D打印技术在模具制造中的应用实例 (17)10.3 智能制造与模具行业发展趋势 (17)10.3.1 智能制造在模具行业的应用 (17)10.3.2 模具行业发展趋势 (17)第1章模具基础知识1.1 模具的概念与分类模具是工业生产中用于成型、加工零部件的一种工艺装备。

光整加工

模具表面的光整加工技术刘德平1，李宏兵1，2（1.郑州大学机械工程学院，450000；2.郑州轻工业学院轻工职业学院450002）关键词：模具；光整加工；高速铣削光整加工是指精加工后，从工件上不切除或只切除极薄的材料层，以降低工件表面粗糙度或强化其表面的加工方法。

光整加工可以获得比一般机械加工更高的表面质量。

模具表面光整加工一直以来都是模具加工中的难题之一，特别是对于一些硬度较高的金属模具进行装配时，我国目前仍以手工研磨抛光为主。

手工研磨抛光不仅难以保障产品质量、加工周期长，而且模具钳工作业环境差、劳动强度大，从而使之成为模具制造效率的瓶颈，也制约了我国模具行业向更高层次发展。

对于模具复杂型腔和一些狭缝的精加工，传统的机加工方法已无法胜任，必须采用新的工艺措施，如电化学或电化学机械光整加工技术。

随着科学技术的不断发展，各类模具的加工工艺要求越来越高。

提高模具的抛光效率和表面质量，使我国模具制造工艺水平再上新台阶，已成为刻不容缓的重要课题。

在模具表面光整加工技术中，主要的可以分为两大部分，即传统光整加工技术和非传统光整加工技术。

传统光整加工技术主要是以手工研磨抛光为主和逐渐发展起来的机械光整加工；非传统光整加工主要包括化学抛光、电化学抛光、电解研磨、电化学机械光整加工、超声波加工、电火花抛光、激光抛光技术以及磁流变抛光等。

下面就主要的加工方法进行介绍。

1. 常用光整加工方法与设备(1) 手工研磨抛光该方法是传统模具光整加工所采用的主要手段，也是我国目前仍广泛采用的方法之一。

该方法不需要特殊的设备，适应性比较强，主要依赖于模具钳工的经验和技术水平，但效率低(约占整个模具周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。

但就目前的社会经济技术发展状况来看，在今后的相当一段时间内还不能完全淘汰这种加工手段。

(2) 数字式模具抛光机这种抛光工具采用数字化控制，数字式显示和控制工艺参数，备有整套磨头及磨料，半自动抛光，具有体积小、使用方便的优点。

5模块五模具成形零件的光整加工解析

4
模块五
模具零件的光整加工
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（2）挤压塑性变形（3）化学作用
5
模块五
模具零件的光整加工
2、研磨的特点
(1)尺寸精度高 (2)形状精度高 (3)表面粗糙度低
(4)表面耐磨性提高
(5)抗疲劳强度提高
6
模块五
模具零件的光整加工
工方法

零件经研磨后精度可达IT7~IT6，Ra值可达
0.1~0.008μm，形状精度亦有相应提高

模具工作零件经研磨后，使用寿命可提高
50%-100%
3
模块五
模具零件的光整加工
一、研磨的机理
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，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。
如图所示。直流
电源电压为0～50V。
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模块五
模具零件的光整加工
2.逐步电化学抛光法
逐步电化学抛光法如图所示。
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模块五
模具零件的光整加工
3．电解修磨抛光
在抛光工件和抛光工具之间施压以直流，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液作用来进行抛光的一种工艺方法，如图所示。电解修磨抛光的工作原理
由电动机、传动软轴及手持式抛光机组成。
手持往复研抛头
手持直式旋转研抛头
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模块五
模具零件的光整加工

模具表面加工与处理

把型腔表面粗糙度提高为Ra=0.2-0.1μm，模具平均寿命可达4.5-5万次。
研磨与抛光研磨的机理：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：
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。
镶嵌块结构如果图文面积很小，可做成镶嵌块，只对镶嵌块做照相腐蚀。
电镀与化学镀技术
电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面处理技术。
目的改善基体材料的外观，赋予材料表面的各种物理化学性能。
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。
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，而又不损伤材料基本体。
研磨的特点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0.025μm。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。
抛光机理
３．研磨抛光分类
研磨抛光剂磨料磨料的选择主要有磨料的种类和粒度。磨料有氧化铝磨料、碳化硅磨料、金刚石磨料氧化铁磨料和氧化铬磨料等多种。磨料粒度主要依据研磨抛光前被加工表面的粗糙度以及研磨抛光后的质量要求进行选择。粗加工选较大的粒度，精加工选较小粒度。
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。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。

模具成形表面的光整加工

软磨料两类研磨抛光膏。
硬磨料有：氧化铝、碳化硅、碳化硼和金刚石软磨料有：氧化铁、氧化铬常用的研磨抛光液是10#机油。
2、研磨工具
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。
9
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。
1
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。
2
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。
一、概述光整加工主要用于模具的成形表面，可提高模具寿
命和精度，保证制品顺利成形。
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。
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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。

模具加工方式和流程

抛光
05 对模具表面进行抛光处理，提
高模具的表面质量和美观度。
装配
06 将各部分模具组装在一起，形
成完整的模具。
05
模具加工的难点及解决方案
加工精度控制难点及解决方案
加工精度控制难点
模具加工过程中，由于机床误差、刀具磨损、热变形等因素的影响，往往导致加工精度难以保证。
解决方案
为提高模具加工精度，应采用高精度的机床和刀具，并定期进行刀具磨损和热变形的检测与补偿。同时，加强加工过程的监控和调整，确保各道工序之间的配合精准。
模具的作用
模具在制造业中扮演着重要的角色，能够快速、高效地生产出大量具有特定形状和规格的产品，提高生产效率和产品质量。
模具加工的基本流程
备料
根据图纸准备模具材料。
精加工
对粗加工后的模具进行精加工，包括抛光、研磨等，使模具达到更高的精度和表面质量。
设计模具图纸
根据产品需求，设计出模具的图纸。
钻孔加工适用于各种模具材料，如铸铁、钢材等，能够满足不同材质的加工需求。
钻孔加工操作简单、成本低，但加工精度较低，一般用于模具粗加工的初步工序。
铣削加工
铣削加工是指利用铣刀在模具表面进行切削作业，以达到粗加工模具的目的。
铣削加工适用于各种复杂形状的模具，如曲面、沟槽等，能够实现高效、高精度的加工。
新技术应用带来的挑战
要点一
新技术不断涌现
随着科技的不断发展，新的模具加工技术不断涌现，如 3D打印、激光加工、水射流等。这些新技术的应用为模具加工带来了更多的可能性，但同时也带来了新的挑战。
要点二
技术更新换代
随着技术的不断更新换代，旧的设备和工艺不断被淘汰，这给模具加工企业带来了很大的压力。为了保持竞争力，模具加工企业需要不断更新设备和工艺。

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2．快速成形的特点
① 成形材料范围广。目前，树脂、塑料、纸、石蜡、金属材料、陶瓷及复合材料都已在快速成形技术中得到应用。 ② 可进行自由制造。RP采用将三维形体转化为二维平面分层的制造原理，不受几何形状限制，能直接制造任意形状复杂的制件，并能制造复合材料的制件。
③ 加工效率高。
5.2.2 快速成形工艺的种类
5.1.4 其他光整加工
1．电化学抛光
又称“电解抛光”，是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解现象，使工件表面溶解形成光滑表面的一种抛光方法，其原理如图5-5所示。
电化学抛光后表面粗糙度一般可达Ra = 0.1m，还可改善工件表面的物理性能，但不适用于形状和尺寸加工。
其特点如下。
① 电解抛光不受工件材质和性能的限制，硬质合金、粉末冶金、淬火钢、不锈钢、耐热钢等都可进行抛光。
② 加工质量好。这是由于刮削均匀性好，可去除前工序中形成的表面变质层和微观不平等缺陷，而不破坏工件原始形状精度。一般挤压研磨抛光的尺寸精度可达0.01～0.0025mm，表面粗糙
度Ra值可达0.04～0.025m。
③ 加工效率高。挤压研磨抛光时间短，一般只需几分钟至十几分钟，是手工研磨效率的10倍以上，而且可以实现多件同时抛光。
5.1.2 研磨加工
1．研磨的原理
研磨时，在模具工作表面嵌入或涂覆磨料，并添加研磨液与辅助填料，在研具工作表面对运动，通过磨料颗粒的微切削作用和研磨液的物理化学作用，从工件被加工表面切除一层极薄的材料，以获得尺寸精度高，表面粗糙度值低的工件.
② 立体平板印刷的局限性。成形时需要对整个二维截面轮廓进行扫描固化，成形效率低，设备昂贵；制作材料必须是光敏树脂，运行费用很高，且光敏树脂性能不如工业塑料，较脆，易断裂，不便于机械加工。
2．叠层实体制造
（1）成形原理
叠层实体制造加工原理如图5-11所示，首先在供料滚筒6的作用下，底面涂有热熔胶和添加剂的胶纸带5在工作台7上自右向左移动预定的距离，同时工作台运动到Z向预定位置，再通过热压辊4 滚动来加热加压，使这层纸带通过热熔胶和下层粘接到一起，激光束在控制系统作用下根据从构建的制件CAD三维模型中提取想对应层的二维截面轮廓信息切割出二维截面轮廓线，同时为了成形后能够除去废料，将无轮廓区域切割成小方形网格，完成此层的制作。
当激光束照射到液态光敏树脂6时，被照射的液态光敏树脂发生固化反应，即可形成一层薄薄的固化层，即零件的截面形状。
（2）立体平板印刷特点
① 立体平板印刷的优点。制件尺寸精度高，尺寸误差可控制在0.1mm以内；表面质量好，尤其是上表面非常光滑，可直接制造塑料件；SLA系统稳定性好，可制造结构复杂的中空、精细制件。
蜡、工业甘油等。
5．研具
（1）手工研具常用的手工研具有研磨砂纸、研磨平
板、外圆研磨环、内圆研磨芯棒等，（2）普通油石
普通油石一般用于粗研。。（3）电动抛光机
6．研磨工艺参数
（1）研磨运动轨迹（2）研磨压力（3）研磨速度（4）研磨余量（5）研磨时间
5.1.3 抛光加工
1．抛光工具
抛光除了可采用研磨工具和抛光机外，还有一些专用手工抛光工具，如平面抛光器、球面抛光器、自由曲面抛光器等。此外，还有配合抛光机使用的各种抛光磨头、抛光刷、毛毡或尼龙夹持器等。
2．影响抛光质量因素
（1）“橘子皮”问题
抛光时压力过大、抛光时间过长时易出现这种情况，在抛光表面出现橘子皮状纹路，抛光工件材质较软时易出现。主要原因抛光表面压力过大，导致表面产生微小的塑性变形。解决方法是对工件表面进行硬化处理或采用较软质抛光工具。
（2）“针孔状”问题
由于工件材料内含有杂质，抛光时这些杂质从金属组织中脱离出来，形成针状小坑。解决方法是避免用含氧化物抛光膏进行机械抛光，控制好抛光时间，换用优质钢材。
电解磨削抛光特点如下。
① 加工范围广，生产效率高。
② 加工精度高，表面质量好。 ③ 砂轮磨损量小。
④ 电解磨削抛光装置结构简单，操作方便，工作电压低，电解液无毒，适于抛光尺寸要求不太严格的塑料模、压铸模、橡胶模等。
⑤ 电解磨削抛光的局限性。抛光后质量不高，且残留氧化膜，所以抛光后仍需手工抛光处理；电解磨削抛光模具刃口时，不易磨得非常锋利。
交错，以致形成碎片，最后成为切屑脱离工
件。
2．研磨的特点
① 尺寸精度高。② 形状精度高。③ 表面粗糙度值低。④ 表面耐磨性好。
⑤ 耐疲劳强度提高。
⑥ 研磨存在一些缺点。劳动强度大，研磨时间长，效率较低；不能提高各表面间的位置精度；研磨剂易飞溅，容易污染环境，使临近的机械设备受到腐蚀。
3．研磨加工方法的分类及应用
3．选择性激光烧结
（1）选择性激光烧结原理
SLS工作原理如图5-13所示，先将充有氩气的工作室升温，并使温度低于粉末熔点。成形时，送料筒上升，铺粉滚筒6滚动，在工作台7上铺上一层粉末材料1，激光束根据计算机从构建的制件三维CAD模型中提取二维截面轮廓信息对粉末进行逐点扫描，使粉末熔化相互黏结形成一层截面轮廓，未照射的粉末作为原型支撑。一层成形后，工作台下降一个截面层厚度，再铺上一层粉末，进行下一层成形。
② 超声波抛光设备简单，使用和维修方便，可用比工件软的材料做成形状复杂的抛光工具，且加工时工具和工件间不需作复杂的相对运动即可对复杂型面、型腔进行抛光。
③ 对材料的作用力和热影响力小，不会产生变形、烧伤和变质层，可以抛光薄
壁、薄片、窄缝及低刚度零件，加工精度
可达0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra值可达
（2）选择性激光烧结特点
① 选择性激光烧结优点。成形材料种类多，如塑料、金属、陶瓷等都可作SLS材料；成形工艺简单，可直接制造形状复杂的型腔，尺寸精度可达 0.1mm，无方向差别，余料去除方便。
② 选择性激光烧结的局限性。预热和冷却时间长，成形效率低；SLS制件表面一般是多孔性的，表面粗糙度受粉末颗粒及激光焦点大小的限制，后处理工艺较复杂。
5.2 模具快速成形技术
5.2.1 模具快速成形技术的原理和特点
1．快速成形的原理
快速成形基本原理是首先利用计算机对产品零件进行三维造型，然后进行平面分层处理，再由计算机控制成形装置从零件基层开始，按每层信息控制成形头逐层选择性成形和固化材料，得到与计算机三维造形相对应的三维实体，再进行后处理，得到所需制造的零件。
② 电解抛光后，在工件表面常常生成致密、牢固的氧化膜，可提高工件表面的耐蚀性能，不产生新的变质层及表面残余应力。
③ 抛光效率高，如抛光余量为0.10～ 0.15mm时，电解抛光时间为10～15min，是手工抛光效率的几倍。
④ 工艺简单，操作容易，设备简单，投资小。
2．电解磨削抛光
电解磨削抛光是将金属的电化学阳极溶解作用和机械磨削作用相结合的一种磨削工艺。它是靠金属的溶解（占95%～98%）和机械磨削（占2%～5%）的综合作用来实现加工的，其加工原理如图5-6所示。
研磨塑性材料时，研具与工件之间的磨粒起滑动、滚动切削作用。滑动切削时，磨料颗粒固定在研具上，靠磨粒在工件上的移动进行切削；滚动切削时，磨料颗粒基本呈自由状态，在研具和磨料之间滚动，
靠滚动进行切削。
研磨脆性材料时，除上述作用外，在压
力p作用下，磨粒颗粒还会使加工表面产生
裂纹，随着磨料颗粒运动，裂纹不断扩大、
（2）叠层实体制造特点
① 叠层实体制造的优点。与SLA相比设备加工低廉，需要的激光器功率小，使用寿命长，造型材料便宜，因而总的成本低，且不污染环境； LOM方法只需切割轮廓截面，成形速度快，且无需设计支撑，制造时间短。
② 叠层实体制造的局限性。可供LOM制造材料种类少，目前具有商业用途的只有纸，其他材料尚在研制中。
目前，快速成形技术已有几十种，根据成形方式大致可分为两类：一类是基于激光或其他光源的成形技术，如立体平板印刷（SLA）、叠层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）等；另一类是基于喷射的成形技术，如熔融沉积成形（FDM）、三维印刷等。
1．立体平板印刷
（1）成形原理
首先采用计算机辅助设计构建零件的CAD三维立体模型，通过计算机软件对模型进行平面分层，提取每一层截面的形状信息。然后由激光发生器1 发出激光束2，按照截面的形状数据，从基层形状开始逐点扫描，如图5-9所示。
第五章模具光整加工与模具快速
2020/12/11
第五章模具光整加工与模具快速
5.1 模具光整加工
5.1.1 光整加工概述 1．光整加工的特点
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 光整加工的加工余量小，主要用来改善表面质量，少量用于提高加工精度（如尺寸精度、形状精度）的加工，但不能用于提高位置精度的加工。
3．抛光工艺
① 抛光过程中更换磨料粒度时，应清洗干净，不能把上一道抛光工序的磨料带到下一道抛光工序。 ② 每个抛光工具只能用同一粒度的研磨膏。 ③ 根据抛光工具硬度和研磨膏粒度选择适当的抛光压力，磨料粒度越细，则抛光压力应越低。
④ 先抛光工件的角部、凸台、边缘及较难抛光部位，最终抛光方向应与模具开启方向一致。对于尖锐的边缘和角，宜采用较硬的抛光工具。
② 光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微量切削和挤压的过程，表面加工均匀，切削力和切削热很小，可获得很高的表面质量。
③ 光整加工属于微量加工，不能纠正较大的表面缺陷，其加工前要进行精加工。
2．光整加工的方法
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。

第五章模具光整加工与模具快速

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