1、第8章 模具光整加工模具的研磨模具的研磨 8.1模具的拋光模具的拋光8.2 光整加工是精加工后，在工件上不切除或只切除極薄的材料層，以降低表面粗糙度，增加表面光澤和強化其表面為主要目的而進行的研磨和拋光加工（簡稱研拋）。 1. 光整加工概述光整加工概述 手工研拋。 擠壓研磨。 電化學研拋。 磁力研拋。 超聲波研拋。 玻璃珠噴射研拋。 2光整加工的方法光整加工的方法 8.1 模具的研磨與拋光 模具的研磨與拋光是以降低零件表面粗糙度、提高表面形狀精度和增加表面光澤為主要目的。 1），模具成型表面的粗糙度對模具壽命和制件質量都有較大影響。磨削成型表面不可避免地要留下磨痕、微裂紋和劃痕等缺陷，這些缺陷

2、對于某些精密模具影響很大。 2）磨削后的微小裂紋、傷痕等缺陷會直接造成刃口崩刃，尤其是硬質合金材料對這類缺陷的反應最敏感。為消除這些缺陷，可在磨削后進行研磨拋光。 3）各種中小型冷沖壓模和型腔模的工作與成型表面采用電火花和線切割加工之后，成型表面形成一層薄薄的變質層，變質層上的許多缺陷需要用研磨拋光來去除，以保證成型表面的精度和表面粗糙度。 8.1研磨與拋光8.1.1 研磨的機理 研磨是使用研具、游離磨料對被加工表面進行微量加工的精密加工方法。 在被加工表面和研具之間置以游離磨料和潤滑劑，使被加工表面和研具之間產生相對運動，并施以一定壓力，通過其間的磨料作用去除表面突起，提高表面精度、降低表面

3、粗糙度。 在研磨過程中，被加工表面發(fā)生復雜的物理和化學作用，其主要作用如下：（1）微切削作用 在研具和被加工表面作相對運動時，磨料在壓力作用下，對被加工表面進行微量切削。在不同加工條件下，微量切削的形式不同。當研具硬度較低、研磨壓力較大時，磨粒可鑲嵌到研具上產生刮削作用，這種方式有較高的研磨效率；當研具硬度較高時，磨粒不能嵌人研具，磨粒在研具和被加工表面之間滾動，以其銳利的尖角進行微切削。（2）擠壓塑性變形 鈍化的磨粒在研磨壓力作用下擠壓被加工表面的粗糙突峰，使突峰趨向平緩和光滑，被加工表面產生微擠壓塑性變形（3）化學作用 當采用氧化鉻、硬脂酸等研磨劑時，研磨劑和被加工表面產生化學作用，形成一

4、層極薄的氧化膜，這層氧化膜很容易被磨掉，而又不損傷材料基體。在研磨過程中氧化膜不斷迅速形成，又很決被磨掉，提高了研磨效率。2、研磨的特點（1）尺寸精度高 加工熱量少，表面變形和變質層很輕微，可獲得穩(wěn)定的高精度表面，尺寸精度可達0.10.01 m 。（2）形狀精度高 由于微量切削，研磨運動軌跡復雜，并且不受運動精度的影響，因此可獲得較高的形狀精度。球體圓度可達0.025 m ，圓柱體圓柱度可達0.1 m。 （3）表面粗糙度低 在研磨過程中磨粒的運動軌跡不重復，有利于均勻磨掉被加工表面的突峰，從而降低表面粗糙度。表面粗糙度Ra值可達0.01 m 。（4）改善工件表面力學性能 研磨的切削熱量小，工件

5、變形小，變質層薄，表面不會出現微裂紋。同時能降低表面磨擦系數，提高耐磨和耐腐蝕性。研磨零件表層存在殘余壓應力，這種應力有利于提高工件表面的疲勞強度。5） 研具的要求不高 研磨所用研具與設備一般比較簡單，不要求具有極高的精度；但研具材料一般比工件軟，研磨中會受到磨損，應注意及時修整與更換。3.研磨的分類（1） 按研磨拋光中的自動化程度劃分1）手工研磨 主要靠操作者采用輔助工具進行研磨拋光。加工質量主要依賴操作者的技藝水平，勞動強度比較大，效率比較低。 模具成形零件上的局部窄縫、狹槽、深孔、盲孔和死角等部位，仍然以手工研磨為主。 2）半機械研磨 工件和研具之一采用簡單的機械運動，另一件采用手工操作

6、。加工質量與操作者技能有關。主要用于工件內、外圓柱面，平面及圓錐面的研磨。 3）機械研磨 工件、研具的運動均采用機械運動。主要依靠機械進行研磨拋光，如擠壓研磨拋光、電化學研磨拋光等等。機械研磨拋光質量不依賴操作者的個人技藝，工作效率比較高。但只能適用于表面形狀不太復雜的零件研磨。 （2）按研磨劑的使用條件1）濕研磨 研磨過程中將研磨劑涂抹于研具表面，磨料在研具和工件間隨即地滾動或滑動，形成對工件表面的切削作用。加工效率較高，但加工表面的幾何形狀和尺寸精度及光澤度不如干研磨，多用于粗研和半精研平面與內外圓柱面。2）干研磨 在研磨之前，先將磨粒均勻地壓嵌入研具工作表面一定深度，稱為嵌砂。研磨過程中

7、，磨粒在研磨過程中基本固定在研具上，研具與工件保持一定的壓力，并按一定的軌跡做相對運動，實現微切削作用，從而獲得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。一般用于精研平面，生產效率不高。3）半干研磨 采用糊狀研磨膏，類似濕研磨。研磨時，根據工件加工精度和表面粗糙度的要求，適時地涂敷研磨膏。各類工件的粗、精研磨均適用。8.1.2 研磨工藝1. 研磨工藝參數（1）研磨壓力 研磨壓力是研磨時零件表面單位面積上所承受的壓力（Mpa）。在研磨過程中，隨著工件表面粗糙度的不斷降低，研具與工件表面接觸面積在不斷增大，則研磨壓力逐漸減小。研磨時，研具與工件的接觸壓力應適當。若研磨壓力過大，會加快研具的磨損，使研磨表面粗

8、糙度增高；反之，若研磨壓力過小，會使切削能力降低，影響研磨效率。 研磨壓力的范圍一般在（0.010.5）MPa。手工研磨時的研磨壓力約為（0.010.2）Mpa；精研時的研磨壓力約為（0.010.05）Mpa；機械研磨時，壓力一般為（0.010.3）MPa。當研磨壓力在（0.040.2）MPa范圍內時，對降低工件表面粗糙度收效顯著。（）研磨速度 研磨速度是影響研磨質量和效率的重要因素之一。在一定范圍內，研磨速度與研磨效率成正比。但研磨速度過高時，會產生較高的熱量，甚至會燒傷工件表面，研具磨損加劇，從而影響加工精度。一般粗研磨時，宜用較高的壓力和較低的速度；精研磨時則用較低的壓力和較高的速度。

9、選擇研磨速度時，應考慮加工精度、工件材料、硬度、研磨面積和加工方式等多方面因素。一般研磨速度應在（10150）m/min范圍內選擇，精研速度應在30m/min以下。（）研磨余量的確定 零件在研磨前的預加工，需有足夠的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度。對表面積大或形狀復雜且精度要求高的工件，研磨余量應取較大值。預加工的質量高，研磨量取較小值。研磨余量還應結合工件的材質、尺寸精度、工藝條件及研磨效率等來確定。研磨余量盡量小，一般手工研磨不大于10m，機械研磨也應小于15m。（）研磨效率 研磨效率以每分鐘研磨去除表面層的厚度來表示。工件表面的硬度越高，研磨效率越低。一般淬火鋼為mmin，合金鋼為0

10、.3mmin，超硬材料為0.1mmin。通常在研磨的初期階段，工件幾何形狀誤差的消除和表面粗糙度的改善較快，而后則逐漸減慢，效率下降。這與所用磨料的粒度有關，磨粒粗，切削能力強，研磨效率高，但所得研磨表面質量低；磨粒細，切削能力弱，研磨效率低，但所得研磨表面質量高。因此，為提高研磨效率，選用磨料粒度時，應從粗到細，分級研磨，循序漸進地達到所要求的表面粗糙度。2研具 研具是研磨劑的載體，使游離的磨粒嵌入研具工作表面發(fā)揮切削作用。磨粒磨鈍時，由于磨粒自身部分碎裂或結合劑斷裂，磨粒從研具上局部或完全脫落，而研具工作面上的磨料不斷出現新的切削刃口，或不斷露出新的磨粒，使研具在一定時間內能保持切削性能要

11、求。同時研具又是研磨成形的工具，自身具有較高的幾何形狀精度，并將其按一定的方式傳遞到工件上。（1）研具的材料 1）灰鑄鐵晶粒細小，具有良好的潤滑性；硬度適中，磨耗低；研磨效果好；價廉易得，應用廣泛。灰鑄鐵研具用于淬硬鋼、硬質合金和鑄鐵材料的研磨 2）球墨鑄鐵 比一般鑄鐵容易嵌存磨料，可使磨粒嵌入牢固、均勻，同時能增加研具的耐用度，可獲得高質量的研磨效果。 3）軟鋼 韌性較好，強度較高；常用于制作小型研具。如研磨小孔、窄槽等。低碳鋼強度較高，用于較小孔徑的研磨 4）各種有色金屬及合金。如銅、黃銅、青銅、錫、鋁、鉛錫金等，材質較軟，表面容易嵌入磨粒，適宜做軟鋼類工件的研具。黃銅和紫銅用于研磨余量較

12、大的情況，加工效率比較高，但加工后表面光澤性差，常用于粗研磨； 5）非金屬材料。如木、竹、皮革、毛氈、纖維板、塑料、玻璃等。除玻璃以外，其他材料質地較軟，磨粒易于嵌入，可獲得良好的研磨效果。 硬木、竹片、塑料和皮革等材料常用于窄縫、深槽及非規(guī)則幾何形狀的精研磨和拋光。（2）研具的種類1）研磨平板 用于研磨平面，有帶槽和無槽兩種類型。模具零件上的小平面的研磨，常用自制的小平板進行研磨，如圖8.1.2。 a) 無槽的用于精研 b) 有槽的用于粗研 圖8.1.2研磨平板 2）研磨環(huán) 主要研磨外圓柱表面。研磨環(huán)的內徑比工件的外徑大（0.0250.05）mm，當研磨環(huán)內徑磨大時，可通過外徑調解螺釘使調節(jié)

13、圈的內徑縮小。1-調節(jié)圈；2-外環(huán)；3-調節(jié)螺釘 圖8.1.3研磨環(huán) 3）研磨棒 主要用于圓柱孔的研磨。固定式研磨棒制造容易，但磨損后無法補償。分有槽的和無槽的兩種結構，有槽的用于粗研，無槽的用于精研。當研磨環(huán)的內孔和研磨棒的外圓做成圓錐形時，可用于研磨內外圓錐表面。（3）研具的硬度 研具的硬度定義仍沿用磨具硬度的定義。磨具硬度是指磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度，反映結合劑把持磨粒的強度。磨具硬度主要取決于接合劑加入量的多少和磨具的密度。磨粒容易脫落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。研具硬度的等級一般分為超軟軟中軟中中硬硬和超硬 7大級。測定磨具硬度的方法較常用的有手錐法、機械錐法

14、、洛氏硬度計測定法和噴砂硬度計測定法。在研磨切削加工中，若被研工件的材質硬度高一般選用硬度低的磨具；反之則選用硬度高的磨具。3、常用的研磨劑 研磨劑是由磨料、研磨液及輔料按一定比例配制而成的混合物。常用的研磨劑有液體和固體兩大類。液體研磨劑由研磨粉、硬脂酸、煤油、汽油、工業(yè)用甘油配制而成；固體研磨劑是指研磨膏，由磨料和無腐蝕性載體，如硬脂酸、肥皂片、凡士林配制而成。 磨料的選擇一般要根據所要求的加工表面粗糙度來選擇，從研磨加工的效率和質量來說，要求磨料的顆粒要均勻。粗研磨時，為了提高生產率，用較粗的粒度，如W28W40；精研磨時，用較細的粒度如，如W5W27；精細研磨時，用更細的粒度如，如W1

15、W3.5。 （2）研磨液 研磨液主要起潤滑和冷卻作用，他應具備有一定的黏度和稀釋能力；表面張力要低；化學穩(wěn)定性要好，對被研磨工件沒有化學腐蝕作用；能與磨粒很好的混合，易沉淀研磨脫落的粉塵和顆粒物；對操作者無害，易于清洗等。常用的研磨液有煤油、機油、工業(yè)用甘油、動物油等。 此外研磨劑中還會用到一些在研磨時起到潤滑、吸附等作用的混合脂輔助材料。4、研磨機 研磨機是用塗上或嵌入磨料的研具對工件表面進行研磨的機床。主要用于研磨工件中的高精度平面內外圓柱面圓錐面球面螺紋面和其他型面。研磨機的主要類型有圓盤式研磨機轉軸式研磨機和各種專用研磨機。8.2 模具的拋光 拋光是利用柔性拋光工具和微細磨料顆粒或其他

16、拋光介質對工件表面進行的修飾加工，去除前工序留下的加工痕跡（如：刀痕、磨紋、麻點、毛刺）。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的。拋光與研磨的機理是相同的，人們習慣上把使用硬質研具的加工稱為研磨，而使用軟質研具的加工稱為拋光。按照不同的拋光要求，拋光可分為普通拋光和精密拋光。1.輔助研磨拋光工具1）手持電動直桿旋轉式研磨拋光工具 如圖所示,安裝研磨拋光工具的夾頭高速旋轉實現研磨拋光。夾頭上可以配置212的特形金剛石砂輪,研磨拋光不同曲率的凹弧面。還可配置R4Rl2的塑膠研磨拋光套或毛氈拋光輪,可以研磨拋光復雜形狀的型腔或型孔。2)電動彎頭旋轉式手持電動彎頭

17、旋轉式研磨拋光工具 如圖所示,它可以伸入型腔,對有角度的拐槽、彎角部位進行研磨拋光加工。2.油石 用磨料和結合劑等壓制燒結而成的條狀固結磨具。油石在使用時通常要加油潤滑，因而得名。油石一般用于手工修磨零件，也可裝夾在機床上進行珩磨和超精加工。油石有人造的和天然的兩類，人造油石由于所用磨料不同有兩種結構類型，圖8.2.3。a)無基油石 b)有基油石圖8.2.3油石的分類2.砂紙 砂紙是由氧化鋁或碳化硅等磨料與紙黏結而成，主要用于粗拋光，按顆粒大小常用的有400#、600#、800#、1000#等磨料粒度。 3.研磨拋光膏 研磨拋光膏是由磨料和研磨液組成的，分硬磨料和軟磨料兩類。硬磨料研磨拋光膏中

18、的磨料有氧化鋁、碳化硅、碳化硼和金剛石等，常用粒度為240，W40等的磨粒和微粉；軟磨料研磨拋光膏中含有油質活性物質，使用時可用煤油或汽油稀釋。主要用于精拋光。 4.拋研液 它是用于超精加工的研磨材料，由W0.5W5粒度的氧化鉻和乳化液混合而成的。多用于外觀要求極高的產品模具的拋光，如光學鏡片模具等。5.2.2拋光工藝拋光工藝1工藝順序 首先了解被拋光零件的材料和熱處理硬度，以及前道工序的加工方法和表面粗糙度情況，檢查被拋光表面有無劃傷和壓痕，明確工件最終的粗糙度要求。（1）粗拋 經銑削、電火花成形、磨削等工藝后的表面清洗后，可以選擇轉速在3500040000（rpm）的旋轉表面拋光機或超聲波

19、研磨機進行拋光。常用的方法是先利用3mm、WA400#的輪子去除白色電火花層或表面加工痕跡，然后用油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑手工研磨，再用由粗到細的砂紙逐級進行拋光。對于精磨削的表面，可直接用砂紙進行粗拋光，逐級提高砂紙的號數，直至達到模具表面粗糙度的要求。（2）半精拋 半精拋主要使用砂紙和煤油。砂紙的號數依次為：400#600#800#1000#1200#1500#。一般1500#砂紙只用適于淬硬的模具鋼（52HRC以上），而不適用于預硬鋼，因為這樣可能會導致預硬鋼件表面燒傷。 （3）精拋 精拋主要使用研磨膏。用拋光布輪混合研磨粉或研磨膏進行研磨時，接著用粘氈和鉆石研磨膏進行拋光，精度要求

20、在1m以上（包括1m）的拋光工藝在模具加工車間中的一個清潔的拋光室內即可進行。若進行更加精密的拋光則必需一個絕對潔凈的空間。2工藝措施（1）工具材質的選擇 用砂紙拋光需要選用軟的木棒或竹棒。在拋光圓面或球面時，使用軟木棒可更好的配合圓面和球面的弧度；而較硬的木條適用于平整表面的拋光。修整木條的末端使其能與鋼件表面形狀保持吻合，可避免木條（或竹條）的銳角接觸鋼件表面而造成較深的劃痕。 （2）拋光方向選擇和拋光面的清理 當換用不同型號的砂紙時，拋光方向應與上一次拋光方向變換30 45進行拋光，使前一種型號砂紙拋光后留下的條紋陰影即可分辨出來。對于塑料模具，最終的拋光紋路應與塑件的脫模方向一致。 在

21、換不同型號砂紙之前，必須用脫脂棉沾取酒精之類的清潔液對拋光表面進行仔細的擦拭，不允許有上一工序的拋光膏進入下一工序，尤其在精拋階段。從砂紙拋光換成鉆石研磨膏拋光時，清潔過程更為重要。在拋光繼續(xù)進行之前，所有顆粒和煤油都必須被完全清潔干凈。 （3）拋光中可能產生的缺陷及解決辦法 當在研磨拋光過程中，不僅是工作表面要求潔凈，工作者的雙手也必須仔細清潔；每次拋光時間不應過長，時間越短，效果越好。 “過拋光”將產生“橘皮”和“點蝕”。為獲得高質量的拋光效果，容易發(fā)熱的拋光方法和工具都應避免。如：拋光中產生的熱量和拋光用力過大都會造成“橘皮”，或材料中的雜質在拋光過程中從金屬組織中脫離出來，形成“點蝕”

22、。 解決的辦法提高被拋光材料的表面硬度，采用軟質的拋光工具，優(yōu)質的合金鋼材；在拋光時施加合適的壓力，并用最短的時間完成拋光。 當拋光過程停止時，保證工件表面潔凈和仔細去除所有研磨劑和潤滑劑非常重要，同時應在表面噴淋一層模具防銹涂層。3.影響模具拋光質量的因素 由于一般拋光主要還是靠人工完成，所以拋光技術目前還是影響拋光質量的主要原因。除此之外，還與模具材料、拋光前的表面狀況、熱處理工藝等有關。（1）不同硬度對拋光工藝的影響 硬度增高使研磨的困難增大，但拋光后的粗糙度減小。由于硬度的增高，要達到較低的粗糙度所需的拋光時間相應增長。同時硬度增高，拋光過度的可能性相應減少。（2）工件表面狀況對拋光工

23、藝的影響 鋼材在機械切削加工的破碎過程中，表層會因熱量、內應力或其他因素而使工件表面狀況不佳；電火花加工后表面會形成硬化薄層。因此，拋光前最好增加一道粗磨加工，徹底清除工件表面狀況不佳的表面層，為拋光加工提供一個良好基礎。8.2.3 電化學拋光 又稱“電解拋光”，是利用金屬在電解液中的電化學陽極溶解現象，使工件表面溶解形成光滑表面的一種拋光方法，其原理如圖8.2.4所示。 電化學拋光過程分為兩步：第一步，宏觀整平。溶解產物向電解液中擴散，材料表面幾何粗糙下降，Ra1m。第二步，微光平整，陽極極化，表面光亮度提高，Ra1m。1-工件；2-工具；3-床身；4-伺服機構；5-進給主軸； 6-電解液；

24、7-電解槽；8-電源；9-縱橫工作臺 圖8.2.4整體電化學拋光示意圖 其特點如下。 電解拋光不受工件材質和性能的限制，硬質合金、粉末冶金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱鋼等都可進行拋光。 電解拋光后，在工件表面常常生成致密、牢固的氧化膜，可提高工件表面的耐蝕性能，不產生新的變質層及表面殘余應力。 拋光效率高，如拋光余量為0.100.15mm時，電解拋光時間為1015min，是手工拋光效率的幾倍。 工藝簡單，操作容易，設備簡單，投資小。 電化學拋光不能消除原表面的“粗波紋”。因此電化學拋光前零件表面應無波紋現象。 8.2.5 影響電化學拋光質量的因素影響電化學拋光質量的因素 電解液，電解液的成分和比例。

25、 電流密度，電流密度過高，陽極析出氧氣而沸騰。 電解液溫度，電解液的過濾、溫度均勻性。 拋光時間，具體的金屬材料都有一個最佳拋光時間。 金屬材料的金相組織結構。 拋光表面的原始粗糙度，原始達到Ra0.8-2.5時為最佳。8.2.4.超聲波拋光 頻率超過每秒頻率超過每秒16000次的振動波稱為超聲波。超聲波拋光次的振動波稱為超聲波。超聲波拋光用的超聲波頻率為用的超聲波頻率為16000Hz25000Hz。超聲波區(qū)別于普。超聲波區(qū)別于普通聲波的特點是：頻率高；波長短；能量大；傳播過程中通聲波的特點是：頻率高；波長短；能量大；傳播過程中反射、折射、共振、損耗等現象顯著。頻率超過每秒反射、折射、共振、損

26、耗等現象顯著。頻率超過每秒16000次的振動波稱為超聲波。次的振動波稱為超聲波。 超聲波拋光是利用超聲波能傳遞高能量的特性，通過產生超聲振動的裝置，帶動工具端面作超聲頻振動，迫使工具和工件間的磨料懸浮液撞擊被加工部位而實現加工的一種方法。超聲波拋光適合于脆硬材料的拋光，其基本原理如圖8-7所示。8.2.4.超聲波拋光 將工件放入磨料懸浮液中并一起置于超聲波場中，依靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工件表面磨削拋光。超聲波加工宏觀力小，不會引起工件變形，但工裝制作和安裝較困難。右圖為超聲拋光原理示意圖。1-超聲發(fā)生器；2-超聲換能器；3、4-變幅桿；5-工具；6-磨料懸浮液；7-工件圖5.2.5超聲拋

27、光原理示意圖 加工時，在拋光區(qū)加入帶有磨料的工作液，并使拋光加工時，在拋光區(qū)加入帶有磨料的工作液，并使拋光工具對工件保持一定的靜壓力工具對工件保持一定的靜壓力(3N5N)，推動拋光工具作平，推動拋光工具作平行于工件表面的往復運動，運動頻率為每分鐘行于工件表面的往復運動，運動頻率為每分鐘10次次30次。次。超聲換能器產生超聲換能器產生16000Hz以上的超聲頻縱向振動，并借助于以上的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到變幅桿把振幅放大到10m20m左右，驅動拋光工具端面左右，驅動拋光工具端面作超聲振動，迫使工作液中懸浮的磨粒以很大的速度和加速作超聲振動，迫使工作液中懸浮的磨粒以很大的速度和

28、加速度不斷地撞擊、磨削被加工表面，把加工區(qū)域的材料粉碎成度不斷地撞擊、磨削被加工表面，把加工區(qū)域的材料粉碎成很細的微粒，并從材料上打擊下來。雖然每次打擊下來的材很細的微粒，并從材料上打擊下來。雖然每次打擊下來的材料很少，但由于每秒鐘打擊次數多達料很少，但由于每秒鐘打擊次數多達16000次以上，所以仍次以上，所以仍有一定的加速度。與此同時，工作液受工具端面超聲振動作有一定的加速度。與此同時，工作液受工具端面超聲振動作用而產生的高頻、用而產生的高頻、交變的液壓正負沖擊波和交變的液壓正負沖擊波和“空化空化”作用作用，促使工作液鉆入被加工材料的微裂縫處，加劇了機械破壞作促使工作液鉆入被加工材料的微裂縫

29、處，加劇了機械破壞作用是指當工具端面以很大的加速度離開工件表面時，加工間用是指當工具端面以很大的加速度離開工件表面時，加工間隙內形成負壓和局部真空，在工作液體內形成很多氣穴，當隙內形成負壓和局部真空，在工作液體內形成很多氣穴，當工具端面以很大的加速度接近工件表面時，氣泡破裂，引起工具端面以很大的加速度接近工件表面時，氣泡破裂，引起極強的液壓沖擊波，在振動面和相對應的加工極強的液壓沖擊波，在振動面和相對應的加工表面上引起氣表面上引起氣蝕蝕 氣蝕有兩個作用：第一，當因氣穴所產生的氣泡破裂氣蝕有兩個作用：第一，當因氣穴所產生的氣泡破裂時，在一瞬間，周圍介質受到很大沖擊力、就這個力在工件時，在一瞬間，

30、周圍介質受到很大沖擊力、就這個力在工件表面上產生微小的機械蝕除效果；第二，由于磨料對表面的表面上產生微小的機械蝕除效果；第二，由于磨料對表面的沖擊和氣蝕引起的顯微裂紋，在隨后的瞬時由氣穴吸引作用沖擊和氣蝕引起的顯微裂紋，在隨后的瞬時由氣穴吸引作用把細微屑末從工件表面剝下來。由此可見，超聲空化作用可把細微屑末從工件表面剝下來。由此可見，超聲空化作用可以強化加工過程。此外，正負交變的液壓沖擊也使懸浮工作以強化加工過程。此外，正負交變的液壓沖擊也使懸浮工作液在加工間隙中強迫循環(huán)，使變鈍的磨粒及時得到更新，切液在加工間隙中強迫循環(huán)，使變鈍的磨粒及時得到更新，切屑能夠及時地排除。超聲振動使工具具有自刃性

31、，能防止磨屑能夠及時地排除。超聲振動使工具具有自刃性，能防止磨具氣孔堵塞，提高了磨削性能。具氣孔堵塞，提高了磨削性能。(1)超聲波拋光的表面質量及其影響因素超聲波拋光的表面質量及其影響因素 超聲波拋光具有較好的表面質量，不會產生表面燒傷和表面變超聲波拋光具有較好的表面質量，不會產生表面燒傷和表面變質層。其表面粗糙度可以達到質層。其表面粗糙度可以達到Ra小于小于0.16m，基本上能滿足塑料模，基本上能滿足塑料模以及其他模具表面粗糙度的要求。超聲波拋光的表面，其表面粗糙度以及其他模具表面粗糙度的要求。超聲波拋光的表面，其表面粗糙度數值的大小，取決于每粒磨料每次撞擊工件表面后留下的凹痕大小，數值的大

32、小，取決于每粒磨料每次撞擊工件表面后留下的凹痕大小，它與磨料顆粒的直徑、被加工材料的性質、超聲振動的振幅以及磨料它與磨料顆粒的直徑、被加工材料的性質、超聲振動的振幅以及磨料懸浮工作液的成分等有關。懸浮工作液的成分等有關。 1） 磨料粒度是決定超聲波拋光表面粗糙度數值大小的主要因素，隨磨料粒度是決定超聲波拋光表面粗糙度數值大小的主要因素，隨著選用磨料粒度的減小，工件表面的粗糙度也隨之降低。采用同一種著選用磨料粒度的減小，工件表面的粗糙度也隨之降低。采用同一種粒度的磨料而超聲振幅不同，則所得到的表面粗糙度也不同。表粒度的磨料而超聲振幅不同，則所得到的表面粗糙度也不同。表5.15給出了各種磨料粒度在

33、大、中、小三種不同超聲振幅下所能達到的最給出了各種磨料粒度在大、中、小三種不同超聲振幅下所能達到的最終表面粗糙度。終表面粗糙度。當磨粒尺寸較小、工件材料硬度較大、超聲振幅較小時，加工表面的當磨粒尺寸較小、工件材料硬度較大、超聲振幅較小時，加工表面的粗糙度將得到改善，但生產率也隨之降低，反之則提高效率。粗糙度將得到改善，但生產率也隨之降低，反之則提高效率。2）工作液的選用）工作液的選用 超聲波拋光用的工作液，可選用煤油、汽油、潤滑油或水。磨料超聲波拋光用的工作液，可選用煤油、汽油、潤滑油或水。磨料懸浮工作液體的性能對表面粗糙度的影響比較復雜。實踐表明，用煤懸浮工作液體的性能對表面粗糙度的影響比較

34、復雜。實踐表明，用煤油或潤滑油代替水可使表面粗糙度有所改善。在要求工件表面達到鏡油或潤滑油代替水可使表面粗糙度有所改善。在要求工件表面達到鏡面光亮度時，也可以采用干拋方式，即只用磨料，不加工作液。面光亮度時，也可以采用干拋方式，即只用磨料，不加工作液。 3)拋光速度、拋光余量與拋光精度拋光速度、拋光余量與拋光精度 拋光速度拋光速度超聲波拋光速度的高低與工件材料、硬度及磨具材料有關。超聲波拋光速度的高低與工件材料、硬度及磨具材料有關。一般表面粗糙度從一般表面粗糙度從Ra5m較小到較小到Ra0.04m，其拋光速度為，其拋光速度為10 min/cm215min/cm2。 拋光余量拋光余量 超聲波拋光

35、電火花加工表面時，最小拋光余量應大于電超聲波拋光電火花加工表面時，最小拋光余量應大于電加工變質層或電蝕凹穴深度，以便將熱影響層拋去，因此電加工變質層或電蝕凹穴深度，以便將熱影響層拋去，因此電加工所選用的規(guī)準不同，拋光去除厚度也有所區(qū)別。電火花加工所選用的規(guī)準不同，拋光去除厚度也有所區(qū)別。電火花粗規(guī)準加工的拋光量約為粗規(guī)準加工的拋光量約為0.15mm。電火花中精規(guī)準加工的。電火花中精規(guī)準加工的拋光量為拋光量為0.02mm0.05mm。為了保證拋光效率，一般要求。為了保證拋光效率，一般要求電加工后的表面粗糙度電加工后的表面粗糙度Ra小于小于2. 5m，最大也不應大于，最大也不應大于Ra5m。 超聲

36、波拋光有如下特點。 超聲波拋光適用于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷、石英、金剛石等。 超聲波拋光設備簡單，使用和維修方便，可用比工件軟的材料做成形狀復雜的拋光工具，且加工時工具和工件間不需作復雜的相對運動即可對復雜型面、型腔進行拋光。 對材料的作用力和熱影響力小，不會產生變形、燒傷和變質層，可以拋光薄壁、薄片、窄縫及低剛度零件，加工精度可達0.010.02mm，表面粗糙度Ra值可達0.630.08m。 8.2.5擠壓研磨拋光擠壓研磨拋光 又稱磨料流動加工，是利用一種將磨料和黏度大的有機高分子介質混合組成的油泥狀研磨拋光劑，在壓力作用下通過被加工表面，由磨料的刮削作用去

37、除被加工表面的微觀不平材料的工藝方法。擠壓研磨拋光原理如圖所示。 擠壓研磨拋光具有如下特點。 使用范圍廣。由于研磨拋光劑是一種半流體狀的黏性物質，可以通過任何復雜的被加工表面。同時加工材料范圍廣，金屬材料、陶瓷及硬塑料等都可加工。 加工質量好。這是由于刮削均勻性好，可去除前工序中形成的表面變質層和微觀不平等缺陷，而不破壞工件原始形狀精度。一般擠壓研磨拋光的尺寸精度可達0.010.0025mm，表面粗糙度Ra值可達0.040.025m。 加工效率高。擠壓研磨拋光時間短，一般只需幾分鐘至十幾分鐘，是手工研磨效率的10倍以上，而且可以實現多件同時拋光。 2.2. 擠壓研磨的工藝特點擠壓研磨的工藝特點

38、 (1) 適用范圍適用范圍 由于粘性磨料是一種半流動狀態(tài)的粘彈性材料，它可以由于粘性磨料是一種半流動狀態(tài)的粘彈性材料，它可以用適于各種復雜表面的拋光和去毛刺，如各種型孔、型面等等。而且?guī)缀跤眠m于各種復雜表面的拋光和去毛刺，如各種型孔、型面等等。而且?guī)缀跄芗庸に械慕饘俨牧希瑫r也能加工陶瓷、硬塑料等。能加工所有的金屬材料，同時也能加工陶瓷、硬塑料等。 (2) 拋光效果拋光效果 拋光后的表面粗糙度和原始狀態(tài)有關，可達原始表面粗拋光后的表面粗糙度和原始狀態(tài)有關，可達原始表面粗糙度的糙度的1/10，一般可提高，一般可提高3級左右，最好的表面粗糙度可以達到級左右，最好的表面粗糙度可以達到Ra 0.02

39、5m的鏡面。磨料流動加工可以去除在的鏡面。磨料流動加工可以去除在0.025mm深度的表面殘余應力；可以去深度的表面殘余應力；可以去除前面工序除前面工序(如電火花加工、線切割加工如電火花加工、線切割加工)形成的表面變質層和其他表面微形成的表面變質層和其他表面微觀缺陷。觀缺陷。 (3) 加工效率加工效率 材料去除量在材料去除量在0.01mm0.1mm之間，加工時間通常為之間，加工時間通常為1min5min，最多十幾分鐘即可完成，與手工拋光相比，加工時間可減少，最多十幾分鐘即可完成，與手工拋光相比，加工時間可減少90以上。對一些小型零件，可以多件同時加工，效率可大大提高。以上。對一些小型零件，可以多

40、件同時加工，效率可大大提高。 (4) 加工精度加工精度 擠壓研磨是一種表面加工技術，因此它不能修正零件的擠壓研磨是一種表面加工技術，因此它不能修正零件的形狀誤差。切削均勻性可以保持在被切削量的形狀誤差。切削均勻性可以保持在被切削量的10以內，因此，也不致于以內，因此，也不致于破壞零件原有的形狀精度。由于去除量很少，可以達到較高的尺寸精度，破壞零件原有的形狀精度。由于去除量很少，可以達到較高的尺寸精度，一般尺寸精度可控制在微米的數量級。一般尺寸精度可控制在微米的數量級。返回3.3. 粘性磨料介質粘性磨料介質 粘性磨料介質是將磨料與特殊的基體介質均勻混合而成，其作粘性磨料介質是將磨料與特殊的基體介

41、質均勻混合而成，其作用相當于切削加工中的刀具，是實現加工的最關鍵因素，其性能直用相當于切削加工中的刀具，是實現加工的最關鍵因素，其性能直接影響到拋光效果。接影響到拋光效果。 (1)粘性磨料介質應具備的性能粘性磨料介質應具備的性能 具有一定的流動性和粘彈性，以適應不同表面的加工，在通具有一定的流動性和粘彈性，以適應不同表面的加工，在通過零件的孔時使磨料對孔壁產生足夠的切削力。過零件的孔時使磨料對孔壁產生足夠的切削力。 磨料顆粒在介質中分散均勻，并要求介質有很強的內聚力。磨料顆粒在介質中分散均勻，并要求介質有很強的內聚力。介質不能粘到磨粒上，以致在磨粒上形成一層膜，包住了磨粒的切介質不能粘到磨粒上

42、，以致在磨粒上形成一層膜，包住了磨粒的切削刃，使它不能起到很好的拋光作用。削刃，使它不能起到很好的拋光作用。 必須具有很小的內摩擦力。只有這樣才能使磨料本身很好地必須具有很小的內摩擦力。只有這樣才能使磨料本身很好地傳遞壓力，使磨料順利通過零件表面進行往復切削運動。增大磨料傳遞壓力，使磨料順利通過零件表面進行往復切削運動。增大磨料對零件的摩擦力，減小磨料內部摩擦力，從而提高拋光的效率。對零件的摩擦力，減小磨料內部摩擦力，從而提高拋光的效率。返回 穩(wěn)定性好，使用壽命長，粘性磨料在上、下磨料室內和穩(wěn)定性好，使用壽命長，粘性磨料在上、下磨料室內和零件表面上往復運動時，需要克服阻力，必然要產生熱量，因此

43、，零件表面上往復運動時，需要克服阻力，必然要產生熱量，因此，要求粘性磨料介質不會因溫升而軟化，否則將降低拋光效果。要求粘性磨料介質不會因溫升而軟化，否則將降低拋光效果。 磨料在配制好之后雖是柔軟的，但絕不能發(fā)粘，它不應磨料在配制好之后雖是柔軟的，但絕不能發(fā)粘，它不應該粘到零件上，給清洗造成困難，也不能粘到操作者手上，影響該粘到零件上，給清洗造成困難，也不能粘到操作者手上，影響操作人員的正常工作。操作人員的正常工作。 切削作用強，加工速度快，要有顯著的拋光效果。介質切削作用強，加工速度快，要有顯著的拋光效果。介質對零件無腐蝕作用，對人體無害，不會產生刺激作用而引起皮膚對零件無腐蝕作用，對人體無害

44、，不會產生刺激作用而引起皮膚過敏等。過敏等。返回 基體介質基體介質 它是一種半固體、半流動狀態(tài)的聚合物，其成分屬它是一種半固體、半流動狀態(tài)的聚合物，其成分屬于一種粘彈性的橡膠類高分子化合物，主要起著粘結磨料顆粒的作用。于一種粘彈性的橡膠類高分子化合物，主要起著粘結磨料顆粒的作用。當加工孔徑較大或孔形比較簡單的表面時，一般使用較稠粘的基體介當加工孔徑較大或孔形比較簡單的表面時，一般使用較稠粘的基體介質。而加工小孔和長彎曲孔或細孔、窄縫時，應使用低粘度或較易流質。而加工小孔和長彎曲孔或細孔、窄縫時，應使用低粘度或較易流動的基體介質。動的基體介質。 添加劑添加劑 這是為獲得理想的粘性、稠性、穩(wěn)定性而

45、加入到基體這是為獲得理想的粘性、稠性、穩(wěn)定性而加入到基體介質中的成分。其種類包括增稠劑、減粘劑、潤滑劑等。介質中的成分。其種類包括增稠劑、減粘劑、潤滑劑等。 磨料磨料 磨料一般使用氧化鋁、碳化硼、碳化硅。當加工硬質合磨料一般使用氧化鋁、碳化硼、碳化硅。當加工硬質合金等堅硬材料時，可以使用金剛石粉。磨料粒度范圍是金等堅硬材料時，可以使用金剛石粉。磨料粒度范圍是801200；質量分數范圍是質量分數范圍是1060。應根據不同的加工對象確定具體的磨料。應根據不同的加工對象確定具體的磨料種類、粒度、含量。種類、粒度、含量。 粗磨料可獲得較快的去除速度，細磨料可以獲得較小的表面粗糙粗磨料可獲得較快的去除速

46、度，細磨料可以獲得較小的表面粗糙度。故一般拋光時用細磨料，去毛刺時用粗磨料。對微小孔的拋光應度。故一般拋光時用細磨料，去毛刺時用粗磨料。對微小孔的拋光應使用更細的磨料。此外，還可利用細磨料作為添加劑來調配基體介質使用更細的磨料。此外，還可利用細磨料作為添加劑來調配基體介質的稠度。在實際使用中常是幾種粒度的磨料混合使用，以獲得較好的的稠度。在實際使用中常是幾種粒度的磨料混合使用，以獲得較好的性能。性能。返回4.4. 擠壓研磨的夾具擠壓研磨的夾具 夾具是采用擠壓研磨使模具工作零件達到理想拋光效果的夾具是采用擠壓研磨使模具工作零件達到理想拋光效果的一個很重要的工具。夾具是擠壓研磨的重要組成部分，也是

47、加一個很重要的工具。夾具是擠壓研磨的重要組成部分，也是加工中比較靈活的因素，需要根據具體的工件形狀、尺寸和加工工中比較靈活的因素，需要根據具體的工件形狀、尺寸和加工要求而進行設計，但有時需通過試驗加以確定。要求而進行設計，但有時需通過試驗加以確定。 夾具的主要作用除了用來安裝、夾緊零件、容納介質并引夾具的主要作用除了用來安裝、夾緊零件、容納介質并引導它通過零件外，更重要的是在介質流動過程中提供一個或幾導它通過零件外，更重要的是在介質流動過程中提供一個或幾個個“干擾干擾”，以控制介質的流程。，以控制介質的流程。因為粘性磨料介質和其他因為粘性磨料介質和其他流體的流動一樣，最容易通過那些路程最短、截

48、面最大、阻力流體的流動一樣，最容易通過那些路程最短、截面最大、阻力最小的途徑。為了引導介質到所需的零件部位進行切削，可以最小的途徑。為了引導介質到所需的零件部位進行切削，可以利用特殊設計的夾具，在某些部位進行阻擋、拐彎、干擾，迫利用特殊設計的夾具，在某些部位進行阻擋、拐彎、干擾，迫使粘性磨料通過所需拋光的部位。夾具內部的密封必須可靠，使粘性磨料通過所需拋光的部位。夾具內部的密封必須可靠，因為微小的泄漏都將引起夾具和工件的磨損，并影響拋光效果。因為微小的泄漏都將引起夾具和工件的磨損，并影響拋光效果。 模具凹模型面分為：通孔、階梯孔、型腔、凸模型面等四模具凹模型面分為：通孔、階梯孔、型腔、凸模型面

49、等四種類型，表種類型，表5.175.17為為4 4種類型型面和夾具的加工原理圖。種類型型面和夾具的加工原理圖。返回返回 在對階梯孔的拋光過程中，由于介質流經大小孔徑時的在對階梯孔的拋光過程中，由于介質流經大小孔徑時的阻力不同，若不設置如圖阻力不同，若不設置如圖3所示的型芯夾具，則所示的型芯夾具，則A和和B的部位的部位就難以產生研磨壓力，就難以產生研磨壓力，A和和B的交點角附近的流動媒質也減少，的交點角附近的流動媒質也減少，只有只有C部能達到研磨的效果。因此，需要放置如圖所示的型芯部能達到研磨的效果。因此，需要放置如圖所示的型芯夾具對介質通過的橫截面進行調整，以達到研磨壓力均勻的夾具對介質通過的

50、橫截面進行調整，以達到研磨壓力均勻的目的目的。返回 如圖所示的齒輪模具，有可能對最底部如圖所示的齒輪模具，有可能對最底部A處的齒形面進行擠壓處的齒形面進行擠壓研磨，應配備型芯夾具形成通道。圖研磨，應配備型芯夾具形成通道。圖5.35所示為擠壓研磨底部不穿所示為擠壓研磨底部不穿的型腔的夾具。對凸模外型擠壓研磨，夾具就做成將凸模包圍起來的型腔的夾具。對凸模外型擠壓研磨，夾具就做成將凸模包圍起來的結構。的結構。返回5.5. 擠壓研磨的加工后處理擠壓研磨的加工后處理 擠壓研磨結束后，在工件和夾具中充填了介質，需要將其取擠壓研磨結束后，在工件和夾具中充填了介質，需要將其取出。由于介質本身的結合力強，因此，

51、當剝離介質有困難時，則可出。由于介質本身的結合力強，因此，當剝離介質有困難時，則可準備少量介質使其與工件上的介質相互結合而簡準備少量介質使其與工件上的介質相互結合而簡 單地引出。手接觸不到之處可用壓縮空氣清洗。如果將用壓單地引出。手接觸不到之處可用壓縮空氣清洗。如果將用壓縮空氣吹過的模具凸、凹模型面放在有機溶液中浸漬，介質很容易縮空氣吹過的模具凸、凹模型面放在有機溶液中浸漬，介質很容易地被溶解而清洗得更好。如果與超聲波清洗方法合用效果會更好。地被溶解而清洗得更好。如果與超聲波清洗方法合用效果會更好。返回返回6.6. 擠壓研磨工藝參數和工藝規(guī)律擠壓研磨工藝參數和工藝規(guī)律 擠壓研磨工藝參數除了粘性

52、磨料介質的稠粘度、磨料擠壓研磨工藝參數除了粘性磨料介質的稠粘度、磨料種類和粒度外，主要的還有擠壓壓力，磨料介質的流動速度種類和粒度外，主要的還有擠壓壓力，磨料介質的流動速度(或單位時間介質流量和加工時間等。擠壓壓力、流量、加或單位時間介質流量和加工時間等。擠壓壓力、流量、加工時間由擠壓衍磨機控制。擠壓壓力一般控制在工時間由擠壓衍磨機控制。擠壓壓力一般控制在3MPa 15MPa范圍內，流量一般控制在范圍內，流量一般控制在7L/min25L/min，加工時，加工時間由幾分鐘到幾十分鐘范圍內。間由幾分鐘到幾十分鐘范圍內。返回6.6. 擠壓研磨工藝參數和工藝規(guī)律擠壓研磨工藝參數和工藝規(guī)律 擠壓研磨工藝

53、參數除了粘性磨料介質的稠粘度、磨料擠壓研磨工藝參數除了粘性磨料介質的稠粘度、磨料種類和粒度外，主要的還有擠壓壓力，磨料介質的流動速種類和粒度外，主要的還有擠壓壓力，磨料介質的流動速度度(或單位時間介質流量和加工時間等。擠壓壓力、流量、或單位時間介質流量和加工時間等。擠壓壓力、流量、加工時間由擠壓衍磨機控制。擠壓壓力一般控制在加工時間由擠壓衍磨機控制。擠壓壓力一般控制在3MPa 15MPa范圍內，流量一般控制在范圍內，流量一般控制在7L/min25L/min，加工時，加工時間由幾分鐘到幾十分鐘范圍內。間由幾分鐘到幾十分鐘范圍內。返回(3)加工時間加工時間 工件表面粗糙度最初隨加工時間的增加而迅速

54、改善，但工件表面粗糙度最初隨加工時間的增加而迅速改善，但達到一定粗糙度后，再增加拋光時間，表面粗糙度卻不再改達到一定粗糙度后，再增加拋光時間，表面粗糙度卻不再改善，如圖善，如圖5.39所示。試件材料為鋼，磨料為碳化硅，粒度為所示。試件材料為鋼，磨料為碳化硅，粒度為60#，介質流速為，介質流速為3.43mL/s。返回7.7. 擠壓研磨的應用擠壓研磨的應用 (1) 鋁型材擠壓模鋁型材擠壓模 鋁型材擠壓模凹模型腔復雜，精度要求高，經電鋁型材擠壓模凹模型腔復雜，精度要求高，經電火花加工，其表面粗糙度為火花加工，其表面粗糙度為Ra2.5m ，通常手工研磨需，通常手工研磨需1h4h，而擠壓，而擠壓研磨只需

55、研磨只需5min15min，加工表面粗糙度約為，加工表面粗糙度約為Ra0.25m，其拋光質量均勻，其拋光質量均勻，且流向與擠壓鋁型材時的流向一致，有助于提高產品質量。且流向與擠壓鋁型材時的流向一致，有助于提高產品質量。 由于擠壓型材品種的不斷增加和規(guī)格的大型化，形狀的復雜化，尺由于擠壓型材品種的不斷增加和規(guī)格的大型化，形狀的復雜化，尺寸的精密化，材料的高強化等原因，對擠壓模的制造和壽命提出了更高寸的精密化，材料的高強化等原因，對擠壓模的制造和壽命提出了更高的要求。將經過電加工后的模具工作零件型面，分別采取手工研磨和擠的要求。將經過電加工后的模具工作零件型面，分別采取手工研磨和擠壓研磨再加超聲波清洗，然后進行壓研磨再加超聲波清洗，然后進行PCVD(等離子體化學氣相沉積等離子體化學氣相沉積)表面強表面強化，發(fā)現經擠壓研磨加超聲波清洗的模具，化，發(fā)現經擠壓研磨加超聲波清洗的模具，TiN涂層更致密，與基體結涂層更致密，與基體結合牢固，性能優(yōu)于手工研磨后的合牢固，性能優(yōu)于手工研磨后的TiN涂層，使用壽命能提高涂層，使用壽命能提高3倍左右。擠倍左