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，進行研磨和拋光(簡稱研磨和拋光)，主要目的是降低表面粗糙度，增加表面光澤和強化表面。5.1.1精加工概述，1精加工的特點，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。精加工是用細粒磨料對工件表面進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，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，使它們接觸并作復雜的相對運動，通過磨粒的微切削作用和磨削液的物理化學作用，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。在滑動切削中，磨粒固定在磨具上，通過磨粒在工件上的運動進行切削；在滾動切削中，磨?；旧咸幱谧杂蔂顟B(tài)，在磨具和磨料之間滾動，通過滾動進行切削。磨削脆性材料時，除了上述影響外，在壓力P的作用下，磨粒還會在加工表面產(chǎn)生裂紋，隨著磨粒的運動，裂紋會繼續(xù)擴展和交叉，導致形成碎片，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。疲勞強度提高。研磨有一些缺點。勞動強度

3、大，研磨時間長，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，腐蝕附近的機械設備。2研磨特性，(1)根據(jù)研磨操作模式進行手動研磨。機械研磨。(2)根據(jù)磨料狀態(tài)進行濕磨?？菰锏难芯俊０敫裳心?。研磨方法的分類和應用。(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號和20號機油、工業(yè)甘油、動物油等。(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)電動拋光機，5個磨具，(1)

4、磨削運動軌跡，(2)磨削壓力，(3)磨削速度，(4)磨削余量，(5)磨削時間和6個磨削工藝參數(shù)。除了研磨工具和拋光機，還有一些特殊的手工拋光工具，如平面拋光機，球形拋光機和自由形式拋光機。此外，還有各種拋光研磨機、拋光刷、毛氈或尼龍支架等。5.1.3拋光加工，1個拋光工具，(1)“桔皮”問題，壓力過高、拋光時間過長時容易出現(xiàn)，拋光表面出現(xiàn)桔皮樣線條，拋光工件材料柔軟時容易出現(xiàn)。主要原因是拋光表面壓力過高，導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構中分離出來，形成針狀凹坑。解決辦

5、法是避免用含氧化物的拋光膏進行機械拋光，控制拋光時間，改用優(yōu)質(zhì)鋼。當在拋光過程中改變磨粒尺寸時，應將其清洗干凈，前一個拋光過程中的磨料不能帶入下一個拋光過程。每個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，拋光壓力越低。首先拋光工件的角部、凸臺、邊緣和困難部位，最后拋光方向應與模具的開啟方向一致。尖銳的邊緣和角落應使用硬拋光工具。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。電化學拋光后，表面粗糙度一般可以達到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電化學拋光，其特點如下。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，且不會在表面產(chǎn)生新的變質(zhì)層和殘余應力。拋光效率高。例如，當拋光余量為0.100.15毫米時，電解拋光時間為1015分鐘，是手工拋光效率的幾倍。工藝簡單，操作容易，設備簡單，投資少。電解研磨和拋光是一種將金屬的電化學陽極溶解與機械研磨相結合的研磨工藝。它由金屬溶解(95%)和機械研磨(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)明結構簡單，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；當電解磨削被用于拋光模具的切削刃時，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，利用超聲波振動裝置驅(qū)動刀具端面以超聲波頻率振動，迫使刀具與工件之間的磨料懸浮液沖擊被加工零件來實現(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。超聲波拋光適用于加工各種硬脆材料，尤其是非導電非金屬材料，如玻璃

8、、陶瓷、應時、金剛石等。超聲波拋光設備使用和維護簡單方便。它可用于由比工件軟的材料制造具有復雜形狀的拋光工具，并且復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雜的相對運動的情況下被拋光。對材料的力和熱影響小，不會產(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。應

9、用范圍廣。由于研磨拋光劑是一種半流體粘性物質(zhì)，它可以通過任何復雜的加工表面。在第擠壓研磨拋光時間短，一般只有幾分鐘到十分鐘，是手工研磨效率的10倍以上，可以實現(xiàn)多件同時拋光。5.2模具快速成形技術，快速成形的基本原理是先用計算機對產(chǎn)品零件進行三維建模，然后進行平面分層處理，然后計算機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，從而得到與計算機三維建模相對應的三維實體，然后進行后處理，得到待制造的零件。5.2.1模具快速成形技術的原理和特點，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、陶瓷和復合材料已經(jīng)應用于快速成型技術。

10、并且可以自由制造。快速成型采用將三維實體轉化為二維平面和分層的制造原理，不受幾何形狀的限制，可直接制造任何復雜形狀和復合材料的零件。并且加工效率高。目前，快速成形技術有幾十種，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，如立體光刻(SLA)、疊層固體制造(LOM)、選擇性激光燒結(SLS)等；另一種是噴射成形技術，如熔融沉積成形(FDM)、三維印刷等。5.2.2快速成型技術的類型(1)成型原理首先，通過計算機輔助設計構建零件的計算機輔助設計三維模型，并通過計算機軟件對模型進行分層，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、的形狀逐點掃描，如圖5-9所示。當激光束照射液體光敏樹脂6時，被照射的液體光敏樹脂經(jīng)歷固化反應以形成薄的固化層，即該部分的橫截面形狀。1立體平版印刷術，(2)立體平版印刷術特點立體平版印刷術的優(yōu)點。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，可以制造結構復雜的空心零件和精密零件。立體平版印刷術的局限性。成型時需要掃描固化整個二維截面輪廓，成型效率低，設備昂貴，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7上從右向左移動預定距離，同時，工作臺在z方向上移動到預定位置，然后熱壓輥4滾動以加熱和加壓，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)從所構建的工件的計算機輔助設計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，為了去除成型后的廢料，將無輪廓區(qū)域切割成一個小的方形網(wǎng)格，完成該層的制作。(2)疊層實體制造的特點疊層實體制造的優(yōu)勢。與SLA相比，設備加工成本低，所需激光功率小，使用壽命長，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，無需設計支持，制造時間短。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，工作臺下降一個截面層厚，然后鋪一層粉末，進行下一層成型。3選擇性激光燒結，(2)選擇性激光燒結的特點選擇性激光燒結的優(yōu)點。成型材料有很多種，如塑料、金屬和陶瓷等，可用作激光燒結材料；成形工藝簡單，可直接制造形狀復雜的型腔，尺寸精度可達0.1毫米，無方向差異，多余材料容易去除。選擇性激光燒結的局限性。預熱冷卻時間長，成型效率低；激光燒結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的限制，后處理過程復雜。(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)從工件的構建的三維計算機輔助設計模型中提取的二維截面輪廓信息，在XY平面內(nèi)移動。同時，纏繞在絲輥1上的絲狀FDM材料通過原料儲存和送絲機構被送到加熱噴嘴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，直到制造出整個原型。(2)熔融沉積成形的特點熔融沉積成形的優(yōu)點。成型材料有很多種，如石蠟、尼龍、ABS和低熔點金屬。這些材料在成型過程中沒有化學變化，原型成型后變形小，使用壽命長；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度弱；它不適合制造大型零件和形狀復雜的零件。5.2.3模具快速成形加工的方法，即快速成形技術在模具制造中的應用，稱為快速模具。RT具有制模周期短、成本低的特點，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的模具制造技術。直接快速模具制造方法制造環(huán)節(jié)簡單，能充分發(fā)揮快速成型技術的優(yōu)勢。例如，紙制品通過LOM工藝直接制造，LOM工藝可用作低熔點合金的鑄模、用于樣品試生產(chǎn)的塑料注射模具、用于精密鑄造的蠟模成型模具和用于處理后的砂型鑄造的木模。由于原型材料和設備的限制，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)低熔點合金熔點低于