第五章 模具光整加工與模具快速.ppt

1、第5章模具精加工和模具快速成型，5.1模具精加工，精加工后，進(jìn)行研磨和拋光(簡(jiǎn)稱研磨和拋光)，主要目的是降低表面粗糙度，增加表面光澤和強(qiáng)化表面。5.1.1精加工概述，1精加工的特點(diǎn)，精加工的加工余量小，主要用于提高表面質(zhì)量，少量用于提高加工精度(如尺寸精度和形狀精度)，但不能用于提高位置精度。精加工是用細(xì)粒磨料對(duì)工件表面進(jìn)行微切削和擠壓的過程。表面加工均勻，切削力和切削熱小，可獲得高表面質(zhì)量。精加工屬于微加工，不能矯正大的表面缺陷，所以要在加工前完成。手工研磨和投擲。擠壓研磨。電化學(xué)拋光。磁力拋光。超聲波拋光。玻璃珠的噴霧拋光。2、精加工方法，在模具的工作面上磨削、嵌入或涂敷磨料時(shí)，加入磨削液

2、和輔助填料，在磨具的工作面和工件的加工面之間施加一定的壓力，使它們接觸并作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過磨粒的微切削作用和磨削液的物理化學(xué)作用，從工件的加工面上切下一層很薄的材料，從而獲得尺寸精度高、表面粗糙度低的工件。在滑動(dòng)切削中，磨粒固定在磨具上，通過磨粒在工件上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削；在滾動(dòng)切削中，磨?；旧咸幱谧杂蔂顟B(tài)，在磨具和磨料之間滾動(dòng)，通過滾動(dòng)進(jìn)行切削。磨削脆性材料時(shí)，除了上述影響外，在壓力P的作用下，磨粒還會(huì)在加工表面產(chǎn)生裂紋，隨著磨粒的運(yùn)動(dòng)，裂紋會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展和交叉，導(dǎo)致形成碎片，最終從工件上變成碎屑。尺寸精度高。高形狀精度。低表面粗糙度值。良好的表面耐磨性。疲勞強(qiáng)度提高。研磨有一些缺點(diǎn)。勞動(dòng)強(qiáng)度

3、大，研磨時(shí)間長(zhǎng)，效率低；不能提高表面之間的位置精度；磨料易飛濺，易污染環(huán)境，腐蝕附近的機(jī)械設(shè)備。2研磨特性，(1)根據(jù)研磨操作模式進(jìn)行手動(dòng)研磨。機(jī)械研磨。(2)根據(jù)磨料狀態(tài)進(jìn)行濕磨。枯燥的研究。半干研磨。研磨方法的分類和應(yīng)用。(1)常用的磨料有金剛石、氮化硼、剛玉、碳化硅、碳化硼、氧化鐵、氧化鉻等。(2)磨削液常用的磨削液包括煤油、10號(hào)和20號(hào)機(jī)油、工業(yè)甘油、動(dòng)物油等。(3)研磨助劑常用的研磨助劑包括硬脂酸、油酸、脂肪酸、蜂蠟、工業(yè)甘油等。4磨料，(1)常用于手工研磨的手工研磨工具包括砂紙、研磨板、外研磨環(huán)、內(nèi)研磨心軸等。(2)普通油石普通油石通常用于粗磨。(3)電動(dòng)拋光機(jī)，5個(gè)磨具，(1)

4、磨削運(yùn)動(dòng)軌跡，(2)磨削壓力，(3)磨削速度，(4)磨削余量，(5)磨削時(shí)間和6個(gè)磨削工藝參數(shù)。除了研磨工具和拋光機(jī)，還有一些特殊的手工拋光工具，如平面拋光機(jī)，球形拋光機(jī)和自由形式拋光機(jī)。此外，還有各種拋光研磨機(jī)、拋光刷、毛氈或尼龍支架等。5.1.3拋光加工，1個(gè)拋光工具，(1)“桔皮”問題，壓力過高、拋光時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)容易出現(xiàn)，拋光表面出現(xiàn)桔皮樣線條，拋光工件材料柔軟時(shí)容易出現(xiàn)。主要原因是拋光表面壓力過高，導(dǎo)致表面輕微塑性變形。解決方法是硬化工件表面或使用較軟的拋光工具。2影響拋光質(zhì)量的因素，(2)“針孔樣”問題由于工件材料含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在拋光過程中從金屬結(jié)構(gòu)中分離出來，形成針狀凹坑。解決辦

5、法是避免用含氧化物的拋光膏進(jìn)行機(jī)械拋光，控制拋光時(shí)間，改用優(yōu)質(zhì)鋼。當(dāng)在拋光過程中改變磨粒尺寸時(shí)，應(yīng)將其清洗干凈，前一個(gè)拋光過程中的磨料不能帶入下一個(gè)拋光過程。每個(gè)拋光工具只能使用相同粒度的研磨膏。根據(jù)拋光工具的硬度和研磨漿的粒度，研磨粒度越細(xì)，拋光壓力越低。首先拋光工件的角部、凸臺(tái)、邊緣和困難部位，最后拋光方向應(yīng)與模具的開啟方向一致。尖銳的邊緣和角落應(yīng)使用硬拋光工具。3拋光工藝，也稱為“電解拋光”，是一種利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解，使工件表面溶解形成光滑表面的拋光方法，其原理如圖5-5所示。電化學(xué)拋光后，表面粗糙度一般可以達(dá)到Ra=0.1m，這也可以改善工件表面的物理性能，但不適合形狀

6、和尺寸加工。5.1.4其他精加工，1電化學(xué)拋光，其特點(diǎn)如下。電解拋光不受工件材料和性能的限制，可以拋光硬質(zhì)合金、粉末冶金、淬火鋼、不銹鋼和耐熱鋼。電解拋光后，工件表面往往形成致密牢固的氧化膜，可提高工件表面的耐蝕性，且不會(huì)在表面產(chǎn)生新的變質(zhì)層和殘余應(yīng)力。拋光效率高。例如，當(dāng)拋光余量為0.100.15毫米時(shí)，電解拋光時(shí)間為1015分鐘，是手工拋光效率的幾倍。工藝簡(jiǎn)單，操作容易，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少。電解研磨和拋光是一種將金屬的電化學(xué)陽極溶解與機(jī)械研磨相結(jié)合的研磨工藝。它由金屬溶解(95%)和機(jī)械研磨(2%5%)共同作用加工而成，其加工原理如圖5-6所示。2、電解研磨和拋光，電解研磨和拋光的特點(diǎn)如下。

7、加工范圍廣，生產(chǎn)效率高。加工精度高，表面質(zhì)量好。砂輪磨損小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作電壓低，電解液無毒，適用于尺寸要求不太嚴(yán)格的塑料模具、壓鑄模具、橡膠模具等的拋光。電解研磨和拋光的局限性。拋光后質(zhì)量不高，氧化膜殘留，拋光后仍需手工拋光；當(dāng)電解磨削被用于拋光模具的切削刃時(shí)，很難將其磨削得非常鋒利。超聲波拋光是一種利用超聲波能量傳遞高能量，利用超聲波振動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)刀具端面以超聲波頻率振動(dòng)，迫使刀具與工件之間的磨料懸浮液沖擊被加工零件來實(shí)現(xiàn)加工的方法。超聲波拋光適用于拋光脆硬材料，其基本原理如圖5-7所示。超聲波拋光具有以下特點(diǎn)。超聲波拋光適用于加工各種硬脆材料，尤其是非導(dǎo)電非金屬材料，如玻璃

8、、陶瓷、應(yīng)時(shí)、金剛石等。超聲波拋光設(shè)備使用和維護(hù)簡(jiǎn)單方便。它可用于由比工件軟的材料制造具有復(fù)雜形狀的拋光工具，并且復(fù)雜的表面和空腔可在加工過程中在工具和工件之間沒有復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下被拋光。對(duì)材料的力和熱影響小，不會(huì)產(chǎn)生變形、燒傷和變質(zhì)層，能拋光薄壁、薄壁、窄縫和低剛度零件，加工精度為0.010.02毫米，表面粗糙度ra值為0。630.08米，也稱為磨料流加工，是一種使用由磨料和高粘度有機(jī)聚合物介質(zhì)組成的油性研磨和拋光劑在壓力下穿過加工表面的技術(shù)方法，并且通過磨料的刮擦作用去除加工表面上的微小不均勻材料。擠壓研磨和拋光的原理如圖5-8所示。4、擠壓研磨和拋光，擠壓研磨和拋光具有以下特點(diǎn)。應(yīng)

9、用范圍廣。由于研磨拋光劑是一種半流體粘性物質(zhì)，它可以通過任何復(fù)雜的加工表面。在第擠壓研磨拋光時(shí)間短，一般只有幾分鐘到十分鐘，是手工研磨效率的10倍以上，可以實(shí)現(xiàn)多件同時(shí)拋光。5.2模具快速成形技術(shù)，快速成形的基本原理是先用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品零件進(jìn)行三維建模，然后進(jìn)行平面分層處理，然后計(jì)算機(jī)控制成形裝置從零件的基層開始，控制成形頭根據(jù)每一層的信息有選擇地逐層成形和固化材料，從而得到與計(jì)算機(jī)三維建模相對(duì)應(yīng)的三維實(shí)體，然后進(jìn)行后處理，得到待制造的零件。5.2.1模具快速成形技術(shù)的原理和特點(diǎn)，1快速成形的原理，以及廣泛的成形材料。目前，樹脂、塑料、紙張、石蠟、金屬材料、陶瓷和復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于快速成型技術(shù)。

10、并且可以自由制造?？焖俪尚筒捎脤⑷S實(shí)體轉(zhuǎn)化為二維平面和分層的制造原理，不受幾何形狀的限制，可直接制造任何復(fù)雜形狀和復(fù)合材料的零件。并且加工效率高。目前，快速成形技術(shù)有幾十種，按成形方法大致可分為兩類：一類是基于激光或其他光源的成形技術(shù)，如立體光刻(SLA)、疊層固體制造(LOM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)等；另一種是噴射成形技術(shù)，如熔融沉積成形(FDM)、三維印刷等。5.2.2快速成型技術(shù)的類型(1)成型原理首先，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)構(gòu)建零件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維模型，并通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)模型進(jìn)行分層，提取各層截面的形狀信息。然后，由激光發(fā)生器1發(fā)射激光束2，激光發(fā)生器1根據(jù)橫截面的形狀數(shù)據(jù)從基層

11、的形狀逐點(diǎn)掃描，如圖5-9所示。當(dāng)激光束照射液體光敏樹脂6時(shí)，被照射的液體光敏樹脂經(jīng)歷固化反應(yīng)以形成薄的固化層，即該部分的橫截面形狀。1立體平版印刷術(shù)，(2)立體平版印刷術(shù)特點(diǎn)立體平版印刷術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品尺寸精度高，尺寸誤差可控制在0.1毫米以內(nèi)；表面質(zhì)量好，特別是上表面非常光滑，可以直接制造塑料零件；SLA系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，可以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空心零件和精密零件。立體平版印刷術(shù)的局限性。成型時(shí)需要掃描固化整個(gè)二維截面輪廓，成型效率低，設(shè)備昂貴，制造材料必須是光敏樹脂，操作成本高。此外，光敏樹脂的性能不如工業(yè)塑料，工業(yè)塑料易碎，易破碎，不便于加工。疊層固體制造(1)成形原理疊層固體制造和加工原

12、理如圖5-11所示，首先，在進(jìn)給輥6的作用下，底面涂有熱熔粘合劑和添加劑的膠帶5在工作臺(tái)7上從右向左移動(dòng)預(yù)定距離，同時(shí)，工作臺(tái)在z方向上移動(dòng)到預(yù)定位置，然后熱壓輥4滾動(dòng)以加熱和加壓，使得該膠帶通過熱熔粘合劑與下層粘合。在控制系統(tǒng)的作用下，激光束根據(jù)從所構(gòu)建的工件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維模型中提取的所需層的二維截面輪廓信息，切割出二維截面輪廓線。同時(shí)，為了去除成型后的廢料，將無輪廓區(qū)域切割成一個(gè)小的方形網(wǎng)格，完成該層的制作。(2)疊層實(shí)體制造的特點(diǎn)疊層實(shí)體制造的優(yōu)勢(shì)。與SLA相比，設(shè)備加工成本低，所需激光功率小，使用壽命長(zhǎng)，成型材料便宜，所以總成本低，不污染環(huán)境；LOM方法只需切割型材截面，成型速度

13、快，無需設(shè)計(jì)支持，制造時(shí)間短。層壓固體制造的局限性。用于LOM制造的材料種類很少。目前，只有紙和其他材料具有商業(yè)用途一層成型后，工作臺(tái)下降一個(gè)截面層厚，然后鋪一層粉末，進(jìn)行下一層成型。3選擇性激光燒結(jié)，(2)選擇性激光燒結(jié)的特點(diǎn)選擇性激光燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。成型材料有很多種，如塑料、金屬和陶瓷等，可用作激光燒結(jié)材料；成形工藝簡(jiǎn)單，可直接制造形狀復(fù)雜的型腔，尺寸精度可達(dá)0.1毫米，無方向差異，多余材料容易去除。選擇性激光燒結(jié)的局限性。預(yù)熱冷卻時(shí)間長(zhǎng)，成型效率低；激光燒結(jié)件表面一般是多孔的，表面粗糙度受粉末顆粒尺寸和激光焦點(diǎn)的限制，后處理過程復(fù)雜。(1)熔融沉積成形原理如圖5-14所示，加熱噴嘴4在控制系

14、統(tǒng)的作用下，根據(jù)從工件的構(gòu)建的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型中提取的二維截面輪廓信息，在XY平面內(nèi)移動(dòng)。同時(shí)，纏繞在絲輥1上的絲狀FDM材料通過原料儲(chǔ)存和送絲機(jī)構(gòu)被送到加熱噴嘴4，在加熱噴嘴中被加熱到熔融狀態(tài)，然后通過噴嘴的微噴嘴選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，然后被冷卻以形成橫截面輪廓。在形成一層之后，噴嘴上升到橫截面層高度，然后涂覆下一層，以此類推，直到制造出整個(gè)原型。(2)熔融沉積成形的特點(diǎn)熔融沉積成形的優(yōu)點(diǎn)。成型材料有很多種，如石蠟、尼龍、ABS和低熔點(diǎn)金屬。這些材料在成型過程中沒有化學(xué)變化，原型成型后變形小，使用壽命長(zhǎng)；可以形成瓶狀或中空部分，并且原型支架可以容易地移除。熔融沉積成形的局限性。成形零

15、件精度低，表面有明顯條紋，沿成形軸線垂直方向的強(qiáng)度弱；它不適合制造大型零件和形狀復(fù)雜的零件。5.2.3模具快速成形加工的方法，即快速成形技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用，稱為快速模具。RT具有制模周期短、成本低的特點(diǎn)，特別適合于試生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)。快速成型是目前先進(jìn)的模具制造技術(shù)。直接快速模具制造方法制造環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，能充分發(fā)揮快速成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。例如，紙制品通過LOM工藝直接制造，LOM工藝可用作低熔點(diǎn)合金的鑄模、用于樣品試生產(chǎn)的塑料注射模具、用于精密鑄造的蠟?zāi)３尚湍＞吆陀糜谔幚砗蟮纳靶丸T造的木模。由于原型材料和設(shè)備的限制，很難控制模具的精度和性能，模具的尺寸也受到很大的限制。1直接快速模具制造方法，2間接快速模具制造方法，(1)硅橡膠模具制造工藝如下。主模采用快速成型工藝制造。粘土和石膏背襯。澆注硅橡膠。硅橡膠固化。修剪。(2)低熔點(diǎn)合金熔點(diǎn)低于