第五章 模具光整加工与模具快速.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，进行研磨和抛光(简称研磨和抛光)，主要目的是降低表面粗糙度，增加表面光泽和强化表面。5.1.1精加工概述，1精加工的特点，精加工的加工余量小，主要用于提高表面质量，少量用于提高加工精度(如尺寸精度和形状精度)，但不能用于提高位置精度。精加工是用细粒磨料对工件表面进行微切削和挤压的过程。表面加工均匀，切削力和切削热小，可获得高表面质量。精加工属于微加工，不能矫正大的表面缺陷，所以要在加工前完成。手工研磨和投掷。挤压研磨。电化学抛光。磁力抛光。超声波抛光。玻璃珠的喷雾抛光。2、精加工方法，在模具的工作面上磨削、嵌入或涂敷磨料时，加入磨削液

2、和辅助填料，在磨具的工作面和工件的加工面之间施加一定的压力，使它们接触并作复杂的相对运动，通过磨粒的微切削作用和磨削液的物理化学作用，从工件的加工面上切下一层很薄的材料，从而获得尺寸精度高、表面粗糙度低的工件。在滑动切削中，磨粒固定在磨具上，通过磨粒在工件上的运动进行切削；在滚动切削中，磨粒基本上处于自由状态，在磨具和磨料之间滚动，通过滚动进行切削。磨削脆性材料时，除了上述影响外，在压力P的作用下，磨粒还会在加工表面产生裂纹，随着磨粒的运动，裂纹会继续扩展和交叉，导致形成碎片，最终从工件上变成碎屑。尺寸精度高。高形状精度。低表面粗糙度值。良好的表面耐磨性。疲劳强度提高。研磨有一些缺点。劳动强度

3、大，研磨时间长，效率低；不能提高表面之间的位置精度；磨料易飞溅，易污染环境，腐蚀附近的机械设备。2研磨特性，(1)根据研磨操作模式进行手动研磨。机械研磨。(2)根据磨料状态进行湿磨。枯燥的研究。半干研磨。研磨方法的分类和应用。(1)常用的磨料有金刚石、氮化硼、刚玉、碳化硅、碳化硼、氧化铁、氧化铬等。(2)磨削液常用的磨削液包括煤油、10号和20号机油、工业甘油、动物油等。(3)研磨助剂常用的研磨助剂包括硬脂酸、油酸、脂肪酸、蜂蜡、工业甘油等。4磨料，(1)常用于手工研磨的手工研磨工具包括砂纸、研磨板、外研磨环、内研磨心轴等。(2)普通油石普通油石通常用于粗磨。(3)电动抛光机，5个磨具，(1)

4、磨削运动轨迹，(2)磨削压力，(3)磨削速度，(4)磨削余量，(5)磨削时间和6个磨削工艺参数。除了研磨工具和抛光机，还有一些特殊的手工抛光工具，如平面抛光机，球形抛光机和自由形式抛光机。此外，还有各种抛光研磨机、抛光刷、毛毡或尼龙支架等。5.1.3抛光加工，1个抛光工具，(1)“桔皮”问题，压力过高、抛光时间过长时容易出现，抛光表面出现桔皮样线条，抛光工件材料柔软时容易出现。主要原因是抛光表面压力过高，导致表面轻微塑性变形。解决方法是硬化工件表面或使用较软的抛光工具。2影响抛光质量的因素，(2)“针孔样”问题由于工件材料含有杂质，这些杂质在抛光过程中从金属结构中分离出来，形成针状凹坑。解决办

5、法是避免用含氧化物的抛光膏进行机械抛光，控制抛光时间，改用优质钢。当在抛光过程中改变磨粒尺寸时，应将其清洗干净，前一个抛光过程中的磨料不能带入下一个抛光过程。每个抛光工具只能使用相同粒度的研磨膏。根据抛光工具的硬度和研磨浆的粒度，研磨粒度越细，抛光压力越低。首先抛光工件的角部、凸台、边缘和困难部位，最后抛光方向应与模具的开启方向一致。尖锐的边缘和角落应使用硬抛光工具。3抛光工艺，也称为“电解抛光”，是一种利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，使工件表面溶解形成光滑表面的抛光方法，其原理如图5-5所示。电化学抛光后，表面粗糙度一般可以达到Ra=0.1m，这也可以改善工件表面的物理性能，但不适合形状

6、和尺寸加工。5.1.4其他精加工，1电化学抛光，其特点如下。电解抛光不受工件材料和性能的限制，可以抛光硬质合金、粉末冶金、淬火钢、不锈钢和耐热钢。电解抛光后，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蚀性，且不会在表面产生新的变质层和残余应力。抛光效率高。例如，当抛光余量为0.100.15毫米时，电解抛光时间为1015分钟，是手工抛光效率的几倍。工艺简单，操作容易，设备简单，投资少。电解研磨和抛光是一种将金属的电化学阳极溶解与机械研磨相结合的研磨工艺。它由金属溶解(95%)和机械研磨(2%5%)共同作用加工而成，其加工原理如图5-6所示。2、电解研磨和抛光，电解研磨和抛光的特点如下。

7、加工范围广，生产效率高。加工精度高，表面质量好。砂轮磨损小。本发明结构简单，操作方便，工作电压低，电解液无毒，适用于尺寸要求不太严格的塑料模具、压铸模具、橡胶模具等的抛光。电解研磨和抛光的局限性。抛光后质量不高，氧化膜残留，抛光后仍需手工抛光；当电解磨削被用于抛光模具的切削刃时，很难将其磨削得非常锋利。超声波抛光是一种利用超声波能量传递高能量，利用超声波振动装置驱动刀具端面以超声波频率振动，迫使刀具与工件之间的磨料悬浮液冲击被加工零件来实现加工的方法。超声波抛光适用于抛光脆硬材料，其基本原理如图5-7所示。超声波抛光具有以下特点。超声波抛光适用于加工各种硬脆材料，尤其是非导电非金属材料，如玻璃

8、、陶瓷、应时、金刚石等。超声波抛光设备使用和维护简单方便。它可用于由比工件软的材料制造具有复杂形状的抛光工具，并且复杂的表面和空腔可在加工过程中在工具和工件之间没有复杂的相对运动的情况下被抛光。对材料的力和热影响小，不会产生变形、烧伤和变质层，能抛光薄壁、薄壁、窄缝和低刚度零件，加工精度为0.010.02毫米，表面粗糙度ra值为0。630.08米，也称为磨料流加工，是一种使用由磨料和高粘度有机聚合物介质组成的油性研磨和抛光剂在压力下穿过加工表面的技术方法，并且通过磨料的刮擦作用去除加工表面上的微小不均匀材料。挤压研磨和抛光的原理如图5-8所示。4、挤压研磨和抛光，挤压研磨和抛光具有以下特点。应

9、用范围广。由于研磨抛光剂是一种半流体粘性物质，它可以通过任何复杂的加工表面。在第挤压研磨抛光时间短，一般只有几分钟到十分钟，是手工研磨效率的10倍以上，可以实现多件同时抛光。5.2模具快速成形技术，快速成形的基本原理是先用计算机对产品零件进行三维建模，然后进行平面分层处理，然后计算机控制成形装置从零件的基层开始，控制成形头根据每一层的信息有选择地逐层成形和固化材料，从而得到与计算机三维建模相对应的三维实体，然后进行后处理，得到待制造的零件。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，以及广泛的成形材料。目前，树脂、塑料、纸张、石蜡、金属材料、陶瓷和复合材料已经应用于快速成型技术。

10、并且可以自由制造。快速成型采用将三维实体转化为二维平面和分层的制造原理，不受几何形状的限制，可直接制造任何复杂形状和复合材料的零件。并且加工效率高。目前，快速成形技术有几十种，按成形方法大致可分为两类：一类是基于激光或其他光源的成形技术，如立体光刻(SLA)、叠层固体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)等；另一种是喷射成形技术，如熔融沉积成形(FDM)、三维印刷等。5.2.2快速成型技术的类型(1)成型原理首先，通过计算机辅助设计构建零件的计算机辅助设计三维模型，并通过计算机软件对模型进行分层，提取各层截面的形状信息。然后，由激光发生器1发射激光束2，激光发生器1根据横截面的形状数据从基层

11、的形状逐点扫描，如图5-9所示。当激光束照射液体光敏树脂6时，被照射的液体光敏树脂经历固化反应以形成薄的固化层，即该部分的横截面形状。1立体平版印刷术，(2)立体平版印刷术特点立体平版印刷术的优点。产品尺寸精度高，尺寸误差可控制在0.1毫米以内；表面质量好，特别是上表面非常光滑，可以直接制造塑料零件；SLA系统具有良好的稳定性，可以制造结构复杂的空心零件和精密零件。立体平版印刷术的局限性。成型时需要扫描固化整个二维截面轮廓，成型效率低，设备昂贵，制造材料必须是光敏树脂，操作成本高。此外，光敏树脂的性能不如工业塑料，工业塑料易碎，易破碎，不便于加工。叠层固体制造(1)成形原理叠层固体制造和加工原

12、理如图5-11所示，首先，在进给辊6的作用下，底面涂有热熔粘合剂和添加剂的胶带5在工作台7上从右向左移动预定距离，同时，工作台在z方向上移动到预定位置，然后热压辊4滚动以加热和加压，使得该胶带通过热熔粘合剂与下层粘合。在控制系统的作用下，激光束根据从所构建的工件的计算机辅助设计三维模型中提取的所需层的二维截面轮廓信息，切割出二维截面轮廓线。同时，为了去除成型后的废料，将无轮廓区域切割成一个小的方形网格，完成该层的制作。(2)叠层实体制造的特点叠层实体制造的优势。与SLA相比，设备加工成本低，所需激光功率小，使用寿命长，成型材料便宜，所以总成本低，不污染环境；LOM方法只需切割型材截面，成型速度

13、快，无需设计支持，制造时间短。层压固体制造的局限性。用于LOM制造的材料种类很少。目前，只有纸和其他材料具有商业用途一层成型后，工作台下降一个截面层厚，然后铺一层粉末，进行下一层成型。3选择性激光烧结，(2)选择性激光烧结的特点选择性激光烧结的优点。成型材料有很多种，如塑料、金属和陶瓷等，可用作激光烧结材料；成形工艺简单，可直接制造形状复杂的型腔，尺寸精度可达0.1毫米，无方向差异，多余材料容易去除。选择性激光烧结的局限性。预热冷却时间长，成型效率低；激光烧结件表面一般是多孔的，表面粗糙度受粉末颗粒尺寸和激光焦点的限制，后处理过程复杂。(1)熔融沉积成形原理如图5-14所示，加热喷嘴4在控制系

14、统的作用下，根据从工件的构建的三维计算机辅助设计模型中提取的二维截面轮廓信息，在XY平面内移动。同时，缠绕在丝辊1上的丝状FDM材料通过原料储存和送丝机构被送到加热喷嘴4，在加热喷嘴中被加热到熔融状态，然后通过喷嘴的微喷嘴选择性地涂覆在工作台上，然后被冷却以形成横截面轮廓。在形成一层之后，喷嘴上升到横截面层高度，然后涂覆下一层，以此类推，直到制造出整个原型。(2)熔融沉积成形的特点熔融沉积成形的优点。成型材料有很多种，如石蜡、尼龙、ABS和低熔点金属。这些材料在成型过程中没有化学变化，原型成型后变形小，使用寿命长；可以形成瓶状或中空部分，并且原型支架可以容易地移除。熔融沉积成形的局限性。成形零

15、件精度低，表面有明显条纹，沿成形轴线垂直方向的强度弱；它不适合制造大型零件和形状复杂的零件。5.2.3模具快速成形加工的方法，即快速成形技术在模具制造中的应用，称为快速模具。RT具有制模周期短、成本低的特点，特别适合于试生产和小批量生产。快速成型是目前先进的模具制造技术。直接快速模具制造方法制造环节简单，能充分发挥快速成型技术的优势。例如，纸制品通过LOM工艺直接制造，LOM工艺可用作低熔点合金的铸模、用于样品试生产的塑料注射模具、用于精密铸造的蜡模成型模具和用于处理后的砂型铸造的木模。由于原型材料和设备的限制，很难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间接快速模具制造方法，(1)硅橡胶模具制造工艺如下。主模采用快速成型工艺制造。粘土和石膏背衬。浇注硅橡胶。硅橡胶固化。修剪。(2)低熔点合金熔点低于