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第10章模具的研磨抛光在模具制造过程中，形状加工后的平滑加工和镜面加工称为模具零件表面的研磨与抛光加工（简称模具的研磨与抛光）。模具成形表面的粗糙度对模具寿命和制造质量都有较大影响。它是模具制造过程中的最后一道工序，研磨抛光工作的好坏直接影响模具使用寿命、成形制品的表面光泽度、尺寸精度等，它是提高模具质量的重要工序。研磨抛光加工一般依靠钳工手工加工来完成，传统方法是用锉刀、纱布、油石或电动软轴磨头等工具，所耗费的工时约占模具加工总工时的30％左右，既费工耗时，又难于保证质量，已成为模具生产的薄弱环节。10.1研磨抛光的目的、特点及分类1．研磨抛光的目的：1）提高型腔模具凹模型腔的表面质量，以满足制件表面质量与精度要求。2）提高型腔模具浇口、流道的表面质量，以降低注射的流动阻力。3）使制件易于脱模。4）提高模具接合面精度，防止渗漏。提高模具尺寸精度及形状精度，相对地也提高了制件的精度。5）对产生反应性气体的材料进行模具成型时，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，以防止在生产过群中此层脱落而影响模具精度和使用寿命。8）减少了由于局部过载而产生的裂纹或脱落，提高了模具工作零件的表面强度和模具寿命。同时还可防止产生锈蚀。2．研磨抛光的特点：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3．研磨抛光的分类1）按研磨抛光中的操作方式划分（1）手工研磨抛光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。（2）机械研磨抛光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。2）按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹划分（1）游离磨料研磨抛光在研磨抛光过程中，利用研磨抛光工具给游离状态的研磨抛光剂以一定压力，使磨料以不重复的轨迹运动进行微切削作用和微塑性挤压变形。（2）固定磨料研磨抛光研具本身含有磨料，在加工过程中，研具以一定压力接触被加工表面，磨料和工具的运动轨迹一致。3）按研磨抛光的机理划分（1）机械作用研磨抛光以磨料对被加工表面进行微切削为主的研磨抛光。（2）非机械作用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划分（1）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运动。这种方法的加工效率较高，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。（2）干研将磨料均匀地压嵌在研具表层中，施以一定压力进行研磨加工。可获得很高的加工精度和低的表面粗糙度，加工效率低，一般用于精研。（3）半干研类似湿研，使用糊状研磨膏，用于粗、精研均可。10.2研磨抛光的基本原理1.研磨的基本原理研磨是使用研具、游离磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法，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，通过磨料作用，从工件表面切去一层极薄的切屑，使工件具有精确的尺寸、准确的几何形状和较低的表面粗糙度，这种对工件表面进行的精密加工方法叫做研磨。在研磨过程中，被加工表面发生复杂的物理、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。2．抛光的基本原理抛光是一种比研磨切削更微小的加工，其加工过程与研磨基本相同。抛光所用研具较软，其作用是进一步降低表面粗糙度，获得光滑表面，但不能改变表面的形状精度和位置精度.在所有的机械加工痕迹都消除，获得洁净的金属表面以后，就可以开始抛光加工。通过抛光可以获得很高的表面质量，表面粗糙度Ra可达0.008µm，并使加工面呈现光泽。由于抛光是工件的最后一道精加工工序，要使工件达到尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度的要求，加工余量应适当。10.3研磨工艺1．研磨运动轨迹研磨时，研具与工件之间所做的相对运动，称为研磨运动。在研磨运动中，研具（或工件）上的某一点在工件（或研具）表面上所走过的路线，就是研磨运动的轨迹。研磨时选用不同的运动轨迹能使工件表面各处都受到均匀的研削，通过工件的被加工面与研具工作面做相密合的研磨运动，获得比较理想的研磨效果，保持研具的均匀磨损，提高研具的耐用度。研磨运动应满足以下几点：1）研磨运动应保证工件均匀地接触研具的全部表面。这样可使研具表面均匀受载、均匀磨损，且能长久地保持研具本身的表面精度。2）研磨运动应保证工件受到均匀研磨，即被研工件表面上每一点的研磨量均应相同。这对于保证工件的几何形状精度和尺寸均匀性来说是至为重要的。3）研磨运动应使运动轨迹不断有规律地改变方向，避免过早地出现重复。这样可使工件表面上的无数切削条痕能有规律地相互交错抵消，即越研越平滑，从而达到提高工件表面质量的目的。4）研磨运动应根据不同的研磨工艺要求，具体选取最佳运动速度。研磨细长的大尺寸工件时，需要选取低速研磨；而研磨小尺寸或低精度工件时，则要选中速或高速研磨，以提高生产效率。5）整个研磨运动自始至终应力求平稳，特别是研磨面积小而细长的工件，更要注意使运动方向的改变要缓慢，避免拐小弯，运动方向要尽量偏于工件的长边方向并放慢运动速度。否则，会因运动的不平稳造成被研表面的不平，或掉边、掉角等质量弊病。6）在研磨运动中，研具与工件之间应处于弹性浮动状态，而不应是强制的限位状态。这样可以使工件与研具表面能够更好地接触，把研具表面的几何形状准确地传递给工件。常用的手工研磨运动形式有直线、摆线、螺旋线和仿“8”字形等几种。2．研磨余量1）研磨预加工余量的确定工件在研磨前的预加工将直接影响到以后的研磨加工精度和研磨余量。为了保证研磨的精度和加工余量，工件在研磨前的预加工，应有足够的尺寸精度、几何形状精度和表面精度。对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。2）研磨中研磨余量的确定为了达到最终的精度要求，工件往往需要经过粗研、半精研、精研等多道研磨工序才能完成。而研磨工序之间的加工余量也应本考虑研磨加工精度和研磨余量。余量小，下道工序研不出应有的效果，余量大，下道工序加工困难。3．研磨的压力、速度和时间1）研磨的压力研磨过程中，工件与研具的接触面积由小到大，适当地调整研磨压力，可以获得较高的效率和较低的表面粗糙度。研具硬度较高而研磨压力太大时，磨粒很快被压碎，使切削能力降低。特别是在干研磨时，当研具硬度较低而研磨压力过大时，磨粒会被大量嵌进研具表面，使切削能力大大增强，研磨动作加剧而导致工件和研具受热变形，直接影响到研磨质量和研具的寿命。反之，研磨的压力也不能太小，压力太小会使切削能力降低，同时生产效率也降低。在一定范围内，研磨压力与生产效率成正比。研磨压力一般取0.01～0.5MPa。2）研磨的速度在一定条件下，提高研磨速度可以提高研磨效率。但是，如果工件的加工精度要求很高，采用较高的研磨速度进行研磨则不能得到令人满意的效果。其缺点如下：（1）将产生较高的热量，使精度降低；（2）使研具表面较快地磨损，从而影响工件的几何形状和精度；（3）对圆盘研磨来说，可使研磨盘外圈与内圈的速度差增加，因研磨量与研磨所走的路程成正比，所以经常是外圈的研磨量大于内圈的研磨量。合理地选择研磨速度应考虑加工精度、工件的材质、硬度、研磨面积等，同时也要考虑研磨的加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在10m／min～1.50m／min之间。3）研磨的时间研磨时间和研磨速度这两个研磨要素是密切相关的，它们都同研磨中工件所走过的路程成正比。对粗研磨来说，为获得较高的研磨效率，其研磨时间主要根据磨粒的切削快慢来决定。对精研磨来说，研磨时间在lmin～3min范围，对研磨效果的改变已变缓，超过3min，对研磨效果的提高没有显著变化。为提高研磨效率，缩短总的研磨时间，对每种粒度的磨料所对应的最佳研磨时间应严格控制。4．研磨的步骤仅就研磨来讲，使工件表面呈镜面，并不是最后抛光一个工序所能加工出来的，而是要经过粗研磨、半精研磨、精研磨等多道工序的预加工。工件表面粗糙度数值要求的越低，抛光之前的预研磨工序也就越多，表面粗糙度数值的降低是循序渐进的。磨粒粗，切削能力强，研磨效率高，所获得的研磨表面质量低。磨粒细，切削能力弱，研磨效率低，所获得的研磨表面质量高。因此，为提高研磨效率，选择磨料粒度时，应从粗到细，分级研磨，最终研磨到工件所要求的表面粗糙度数值。10.4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．磨料磨料在研磨抛光加工中，起着对被加工工件表面进行微切削和微挤压的作用，对加工质量起着重要作用。1）磨料的种类按硬度来划分的。硬度最高的是金刚石，包括人造金刚石和天然金刚石两种；其次是碳化物类，如黑碳化硅、绿碳化硅、碳化硼和碳硅硼等；再次是硬度较高的刚玉类，如棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、微晶刚玉、黑刚玉、锆刚玉和烧结刚玉等；硬度最低的是氧化物类（又称软质化学磨料），有氧化铬、氧化铁、氧化镁及氧化铈等。按天然磨料和人造磨料来分类。由于天然磨料存在着杂质多、磨料不均匀、售价高、优质磨料资源缺乏等限制，因此，目前几乎全部使用人造磨料。2）磨料的粒度磨料的粒度是指磨料的颗粒尺寸。磨料可按其颗粒尺寸的大小分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四组。磨粒和磨粉这两组磨料的粒度号数用每一英寸筛网长度上的网眼数目表示，其标志是在粒度号数的数字右上角加“#”符号。例如240#，是指每一英寸筛网长度上有240个孔，粒度号的数值越大，表明磨粒越细小。微粉和超微粉这两组磨料的粒度号数是以颗粒的实际尺寸来表示的，其标志是在颗粒尺寸数字的前面加一个字母“W”。有时也可将其折合成筛孔号。例如W20，是表示磨料颗粒的实际尺寸在20µm～14µm之间，折合筛孔号为500#。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。粗加工选择大的粒度，精加工选择小的粒度。3）磨料的硬度磨料的硬度是指磨料表面抵抗局部外作用的能力，而磨具（如油石）的硬度则是粘结剂粘结磨料在受外力时的牢固程度，它是磨料的基本特性之一。研磨的加工就是利用磨料与被研工件的硬度差来实现的，磨料的硬度越高，它的切削能力越强。4）磨料的强度磨料的强度是指磨料本身的牢固程度。也就是当磨粒锋刃还相当尖锐时，能承受外加压力而不被破碎的能力。强度差的磨料，它的磨粒粉碎得快，切削能力低，使用寿命短。这就要求磨粒除了具有较高的硬度外，还应具有足够的强度，才能更好地进行研磨加工。2．研磨剂研磨剂是磨料与润滑剂合成的一种混合剂。常用的研磨剂有液体和固体（或膏状）两大类。1）液体研磨剂液体研磨剂由研磨粉、硬脂酸、航空汽油、煤油等配制而成。其中，磨料主要起切削作用；硬脂酸溶于汽油中，可增加汽油的粘度，以降低磨料的沉淀速度，使磨粒更易均布，此外在研磨时，硬脂酸还有冷却润滑和促进氧化的作用；航空汽油主要起稀释作用，将磨粒聚团稀释开，以保证磨粒的切削性能；煤油主要起冷却润滑作用。2）固体研磨剂固体研磨剂是指研磨膏。常用的有抛光用研磨膏、研磨用研磨膏、研磨硬性材料（如硬质合金等）用研磨膏三大类。一般是选择多种无腐蚀性载体（如硬脂酸、硬脂、硬蜡、二乙醇胺、肥皂片、石蜡、凡士林、聚乙二醇硬脂酸脂、雪化膏等）加不同磨料来配制研磨膏。10.5研具1．研具材料研具材料应具备如下技术条件：组织结构细致均匀；有很高的稳定性和耐磨性；有很好的嵌存磨料的性能；原则上工作面的硬度应比工件表面硬度稍低。但研具材料过软回使磨粒全部嵌入研具表面而使切削作用降低。一般金属研具材料有：灰铸铁、低碳钢、铜、黄铜、青铜、铅、锡、铅锡合金、铝、巴氏合金等。非金属研具主要使用木、竹、皮革、毛毡、玻璃、涤纶织物等材料。2．研具1）普通油石一般用于粗研磨，