模具表面精加工

    模具表面精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一，也正是模具鉗工勞動(dòng)強(qiáng)度大、成為模具加工瓶頸的原因之一。特別反映在硬度較大的金屬、壓鑄模具進(jìn)行最后組裝過(guò)程。我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主，不僅質(zhì)量不穩(wěn)定、周期長(zhǎng)，而且工人作業(yè)環(huán)境差，制約了我國(guó)鑄造模具向更高層次發(fā)展。對(duì)于模具復(fù)雜型腔和一些狹縫的曲面精加工，傳統(tǒng)的機(jī)加工方法已無(wú)法勝任，必須采用其它的工藝措施，如電化學(xué)或電化學(xué)機(jī)械光整加工技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種模具的加工工藝要求越來(lái)越高。提高模具拋光的速度和質(zhì)量使我國(guó)模具制造工藝達(dá)到世界先進(jìn)水平，已成為刻不容緩的重要課題。

    在模具表面精加工技術(shù)中，主要的可以分為兩大部分，即傳統(tǒng)精加工技術(shù)和非傳統(tǒng)精加工技術(shù)。傳統(tǒng)精加工技術(shù)主要是以手工研磨拋光為主和現(xiàn)在發(fā)展起來(lái)的機(jī)械精加工 ；非傳統(tǒng)精加工主要包括化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光、電解研磨、電化學(xué)機(jī)械光整加工、超聲波加工、磁流變拋光、激光拋光技術(shù)以及電火花拋光等。下面就主要的加工方法和工具進(jìn)行介紹。

1. 方法與設(shè)備

手工研磨拋光

    該方法是傳統(tǒng)模具精加工所采用的主要手段，也是我國(guó)目前仍廣泛采用的方法之一。該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)技藝水平，但效率低(約占整個(gè)模具周期的1/3)，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。但就目前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，暫時(shí)還不能完全淘汰這種加工手段。

數(shù)字式模具拋光機(jī)

    最近看到一款數(shù)字拋光機(jī)的報(bào)道，這種拋光工具采用數(shù)字化控制，數(shù)字式顯示和控制工藝參數(shù)，備有整套磨頭及磨料，半自動(dòng)拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。其工藝特點(diǎn)主要有

具有平整功能，最大可平整的波紋長(zhǎng)度為75mm。

和手工拋光相比，功效提高一倍，質(zhì)量提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好。應(yīng)用范圍：

材料：各種模具材料，包括鑄鋼、鍛鋼、鋁合金及鋅基合金。

模具表面尺寸：100×100－1,500×3,000mm。

超聲波模具拋光機(jī)

    該拋光工具采用高頻電火花脈沖電源與超聲波快速振動(dòng)研磨的原理進(jìn)行拋光。它能完成一般拋光工具(電磨軟軸等)難以伸入的窄槽、窄縫、邊、角等曲折部位的拋光，拋光后不塌棱角，不影響模具的精度。該工具可以解決用戶過(guò)去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題。并且縮短了拋光時(shí)間提高了工作效率。為了提高粗糙度大于Ra1.6工件的拋光速度，工具采用超聲波與專用的高頻窄脈沖高峰值電流的脈沖電源復(fù)合進(jìn)行拋光，由超聲波的沖擊和電脈沖的腐蝕同時(shí)作用于工件表面，能迅速降低其粗糙度，對(duì)各種特殊加工后的粗硬表面十分有效。采用該工具進(jìn)行拋光，可快速對(duì)粗糙表面整形拋光，不受工件形狀、材料硬度限制，對(duì)原始表面粗糙度沒(méi)有要求，功效比較高。

    用高速銑削技術(shù)作為模具半精加工和精加工的手段。從80年代以來(lái)，隨著高速銑削技術(shù)的成熟與發(fā)展，模具型面加工已多采用此項(xiàng)加工工藝手段，用EDM進(jìn)行模具型面精加工和拋光的工藝已逐漸減少，這主要是因?yàn)?：除有內(nèi)銳角的型腔和極窄而深的型腔外，基本都可用高速銑削代替EDM加工 ；采用高速銑削加工模具型面可比EDM加工節(jié)省25%～60%加工工時(shí) ；高速銑削的型面表面質(zhì)量好，可避免EDM加工可能出現(xiàn)的表面微細(xì)型紋；高速銑削能加工45～60HRC硬表面，精銑面粗糙度可達(dá)Ra=0.63mm，減少手工拋光工時(shí) ；省卻EDM加工電極的制造環(huán)節(jié)，顯著縮短制模周期。

    “高速銑削”在德國(guó)和日本已成為模具半精加工、精加工的主流工藝手段，我國(guó)正積極發(fā)展中。

電化學(xué)和電化學(xué)機(jī)械光整加工。

    電化學(xué)及其復(fù)合光整加工技術(shù)主要是靠金屬工件的電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理來(lái)加工，屬于離子的去除。且因?yàn)槭欠墙佑|加工，沒(méi)有加工變形層、變質(zhì)層和殘余應(yīng)力；工具無(wú)磨損，可以長(zhǎng)期應(yīng)用 ；不產(chǎn)生飛邊及毛刺。圖1為各種加工方法所得表面形貌對(duì)比。

    大連理工大學(xué)周錦進(jìn)教授課題組用電化學(xué)機(jī)械方法對(duì)軸承進(jìn)行的光整加工。它取代滾道超精工藝，可以大幅度提高滾道表面質(zhì)量，改善和彌補(bǔ)磨加工缺陷，粗糙度、波紋度及圓度與滾道超精后的“三度”相比量化后的精度儲(chǔ)備在80%以上。采用電化學(xué)機(jī)械加工比一般超精加工的壽命可提高5倍以上。雖然這里以軸承為例，但該技術(shù)同樣完全可以應(yīng)用到模具表面的精整加工中。

2. 模具表面精加工的發(fā)展趨勢(shì)

    模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。另外，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光方法，如擠壓研磨、電化學(xué)拋光、超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。

    隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展，加工精度超過(guò)1mm的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將得到發(fā)展。兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點(diǎn)的復(fù)合加工技術(shù)在今后的模具制造中前景廣闊。

模具表面精加工中的磨削加工

    磨削加工采用的機(jī)床有三種主要類型 ：平面磨床、內(nèi)外圓磨床及工具磨具。精加工磨削時(shí)要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的產(chǎn)生，即使是十分微小的裂紋，在后續(xù)的加工使用中也會(huì)顯露出來(lái)。因此，精磨的進(jìn)刀要小，不能大，冷卻液要充分，尺寸公差在0.01mm以內(nèi)的零件要盡量恒溫磨削。由計(jì)算可知，300mm長(zhǎng)的鋼件，溫差3℃時(shí)，材料有10.8mm左右的變化，10.8=1.2×3×3(每100mm變形量1.2mm/℃)，各精加工工序都需充分考慮這一因素的影響。

    精磨時(shí)選擇好恰當(dāng)?shù)哪ハ魃拜喪�分重要，針�?duì)模具鋼材的高釩高鉬狀況，選用GD單晶剛玉砂輪比較適用，當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度高的材質(zhì)時(shí)，優(yōu)先采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪，有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨利性好，磨出的工件粗糙可達(dá)Ra=0.2mm，近年來(lái)，隨著新材料的應(yīng)用，CBN砂輪，也即立方氮化硼砂輪顯示出十分好的加工效果，在數(shù)控成型磨，坐標(biāo)磨床，CNC內(nèi)外圓磨床上精加工，效果優(yōu)于其它種類砂輪。磨削加工中， 要注意及時(shí)修整砂輪，保持砂輪的銳利，當(dāng)砂輪鈍化后，會(huì)在工件表面滑擦、擠壓，造成工件表面燒傷，強(qiáng)度降低。

    板類零件的加工大部分采用平面磨床加工，在加工中常會(huì)遇到一種長(zhǎng)而薄的薄板零件，此類零件的加工較難。因?yàn)榧庸�時(shí)，在磁力的吸附作用下，工件產(chǎn)生形變，緊貼于工作臺(tái)表面，當(dāng)拿下工件后，工件又會(huì)產(chǎn)生回復(fù)變形，厚度測(cè)量一致，但平行度達(dá)不到要求，解決的辦法可采用隔磁磨削法，磨削時(shí)以等高塊墊在工件下面，四面擋塊抵死，加工時(shí)小進(jìn)刀，多光刀，加工好一面后，可不用再墊等高塊，直接吸附加工，這樣可改善磨削效果，達(dá)到平行度要求。

    軸類零件具有回轉(zhuǎn)面，其加工廣泛采用內(nèi)外圓磨床及工具磨床。加工過(guò)程中，頭架及頂尖相當(dāng)于母線，如果其存在跳動(dòng)問(wèn)題，加工出來(lái)的工件同樣會(huì)產(chǎn)生此問(wèn)題，影響零件的質(zhì)量，因此在加工前要做好頭架及頂尖的檢測(cè)工作。進(jìn)行內(nèi)孔磨削時(shí)，冷卻液要充分澆到磨削接觸位置，以利于磨削的順利排出。加工薄壁軸類零件，最好采用夾持工藝臺(tái)，夾緊力不可過(guò)大，否則容易在工件圓周上產(chǎn)生“內(nèi)三角”變形。