模具表面加工與處理（課堂PPT）

1、模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系1第八章第八章 模具表面加工與處理技術(shù)模具表面加工與處理技術(shù)模具表面光整加工模具表面光整加工1.1.光整加工光整加工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度為主要目的的研磨和拋光加工。模具成型表面的粗糙對(duì)模具壽命的制件質(zhì)量都有較大影響。冷擠壓模具采用6Cr3SiV材料型腔表面粗糙度Ra=1.6-0.8m，模具平均壽命為萬次左右。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系2 把型腔表面粗糙度提高為Ra=0.2-0.1m，模具平均壽命可達(dá)4.5-5萬次。2 2研磨與拋光研磨與拋光研磨的機(jī)理：研磨是使用研具游離磨料對(duì)被加工表面進(jìn)行微量加工

2、的精密加工方法。在研磨過程中，被加工表面發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，其主要作用如下：模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系3微切削作用微切削作用在研具和被加工表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磨料在壓力作用下，對(duì)被加工表面進(jìn)行微量切削。擠壓塑性變形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(chǎn)生微擠壓塑性變形。化學(xué)作用化學(xué)作用當(dāng)采用氧化鉻硬脂酸等研磨劑時(shí)，研磨劑和被加工表面產(chǎn)生化學(xué)作用，形成一層極薄的氧化膜，這層氧化膜很容易被磨掉，而又不損傷材料基本體。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系4 研磨的特點(diǎn)研磨的特點(diǎn)尺寸精度高 加工熱量少，表面變形和

3、變質(zhì)層很輕微，可獲得穩(wěn)定的高精度表面，尺寸精度可達(dá)0.025m。形狀精度高 由于微量切削，研磨運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，并且不受運(yùn)動(dòng)精度的影響，因此可獲得較高的形狀精度。球體圓度可達(dá)0.025m，圓柱體圓柱度可達(dá)0.1m。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系5表面粗糙度低 在研磨過程中磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡不重復(fù)，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(dá)0.1m。表面耐磨性提高 由于研磨表面質(zhì)量提高，使摩擦系數(shù)減小，又因有效接觸表面積增大，故使耐磨性提高?？蛊趶?qiáng)度提高模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系6拋光機(jī)理拋光機(jī)理拋光是一種比研磨切削更微小的加工，其加工過程

4、與研磨基本相同。研磨時(shí)研具較硬，拋光所用研具較軟，其作用是進(jìn)一步降低表面粗糙度，獲得光滑表面，但不能改變表面的形狀精度和位置精度，拋光加工后的表面粗糙度Ra值可達(dá)0.4m以下。研磨拋光分類研磨拋光分類按操作方式分：手工研磨拋光、機(jī)械研磨拋光按磨料分：游離磨料研磨拋光、固定磨料研磨拋光模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系7. .研磨拋光劑研磨拋光劑磨料磨料磨料的選擇主要有磨料的種類和粒度。磨料有氧化鋁磨料、碳化硅磨料、金剛石磨料氧化鐵磨料和氧化鉻磨料等多種。磨料粒度主要依據(jù)研磨拋光前被加工表面的粗糙度以及研磨拋光后的質(zhì)量要求進(jìn)行選擇。粗加工選較大的粒度，精加工選較小粒度。模 具 制 造

5、學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系8研磨拋光液研磨拋光液在研磨拋光過程中起著調(diào)和磨料、使磨料均勻分布和冷卻潤滑的作用。研磨拋光時(shí)直接和被加工表面接觸的研磨拋光工具稱為研具。研具的材料有：低碳鋼、灰鑄鐵、黃銅、紫銅，硬木、竹片、塑料、皮革和毛氈等。研具： 普通油石、研磨平板、研磨環(huán)、研磨芯棒模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系9 模具零件光整加工方法模具零件光整加工方法1手工拋光（1）用砂紙拋光手持砂紙，壓在加工表面上作緩慢的運(yùn)動(dòng)，以去除機(jī)械加工的切削痕跡，使表面粗糙度減少，是一種常見的拋光方法。模具零件模具零件拋光和研磨拋光和研磨 約約45%45%模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系

6、10（2）用油石拋光 主要是對(duì)型腔的平坦部位和槽的直線部分進(jìn)行。1）選用適當(dāng)種類的磨料、粒度、形狀的油石。2）根據(jù)拋光面大小選擇適當(dāng)大小的油石，以使油石能縱橫交叉運(yùn)動(dòng)3）L-AN全損耗系統(tǒng)用油1份、煤油3份、透平油或錠子油少量。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系11（3）研磨 在工件和工具（研具）之間加入研磨劑，在一定壓力下由工具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)大量磨粒在加工表面上滾動(dòng)或滑擦，切下微細(xì)的金屬層而使加工表面的粗糙度減小。研磨劑： 磨料氧化鋁、碳化硅、金剛石 研磨液煤油、煤油與機(jī)油 輔料硬脂酸、油酸或工業(yè)甘油粒度粒度表面表面Ra/m 粒度粒度表面表面Ra/m1002000.8W2

7、8w140.20.11203200.80.2w140.10模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系122機(jī)械拋光（1）圓盤式磨光機(jī)如圖所示。用手持式對(duì)一些大型模具去除仿形加工后的走刀痕跡及倒角，拋光精度不高，其拋光程度接近粗磨。 模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系13（2）電動(dòng)拋光機(jī)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軟軸及手持式拋光機(jī)組成。1）手持往復(fù)研拋頭 2）手持直式旋轉(zhuǎn)研拋頭 1工件,研磨環(huán),3球頭桿,4軟軸模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系143電解修磨拋光在拋光工件和拋光工具之間施壓以直流，利用通電后工件（陽極）與拋光工具（陰極）在電解液中發(fā)生的陽極溶液作用來進(jìn)行拋光的一種工藝方

8、法，如圖所示。電解修磨拋光的工作原理 1工具(陰極), 2電解液管, 3磨粒,4電解液, 5工件(陽極), 6電源電解修磨拋光模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系151）電解修磨拋光不會(huì)使工件產(chǎn)生熱變形或應(yīng)力。2）工件硬度不影響加工速度。3）對(duì)型腔中用一般方法難以修磨的部分及形狀,可采 用相應(yīng)形狀的修磨工具進(jìn)行加工，操作方便、靈活 。4）粗糙度一般為Ra6.33.2m。5）裝置簡單,工作電壓低，電解液無毒,生產(chǎn)安全。特點(diǎn)：特點(diǎn)：模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系16 是超聲加工的一種形式，是利用超聲振動(dòng)的能量，通過機(jī)械裝置對(duì)型腔表面進(jìn)行拋光加工的一種工藝方法。4超聲波拋光（1

9、）原理 超聲發(fā)生器能將50Hz的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩 超聲拋光原理圖超聲拋光原理圖1拋光工具,2變幅桿，超聲換能器,4超聲發(fā)生器,5磨粒,6工作液模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系17（2）磨料材料 碳化硅、碳化硼、金剛砂（3）粗糙度 Ra0.630.08m。（4）特點(diǎn) 1）拋光效率高，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 2）適用于各種型腔模具，對(duì)窄縫、深槽、 不規(guī)則圓弧的拋光尤為適用。 3）適用于不同材質(zhì)的拋光。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系18擠壓研磨拋光 擠壓研磨拋光屬于磨料流動(dòng)加工，也稱擠壓研磨?；驹恚簲D壓研磨拋光是將含有磨料的油泥狀黏彈性高分子介質(zhì)組成

10、的黏彈性研磨拋光劑，用一定壓力擠過被加工表面，通過磨料顆粒的刮削作用去除被加工表面的微觀不平材料的工藝方法。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系19特點(diǎn)： 適用范圍廣適用于各種復(fù)雜表面的加工。拋光效果好經(jīng)擠壓研磨拋光后表面粗糙度可達(dá)Ra=0.04-0.05m。尺寸精度可達(dá)0.01-0.0025mm。拋光效率高拋光加工余量為0.01-0.1mm,拋光時(shí)間為幾分鐘至十幾分鐘。工藝參數(shù)：磨料粒度、磨料黏度、擠壓壓力、流動(dòng)速度及流量。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系20噴丸拋光：噴丸拋光是利用含有微細(xì)玻璃球的高速干燥氣流對(duì)被拋光表面進(jìn)行噴射，去除表面微量金屬材料，降低表面粗糙度的方

11、法。噴丸拋光在模具加工中主要用于去除電火花加工后成型表面的變質(zhì)層。噴丸拋光的工藝參數(shù)：磨料、載體氣體、噴嘴模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系21電解拋光：電解拋光主要應(yīng)用于經(jīng)電火花加工后型腔模的拋光。如塑料模、壓鑄模的型腔其表面粗糙度要求較低，用手工拋光的方法十分困難，周期長，質(zhì)量難以保證，經(jīng)過電解拋光后的表面粗糙度Ra可以從3.2m提高到0.4m以下，而且生產(chǎn)效率極高。電解拋光的基本原理是利用陽極溶解法對(duì)工件表面進(jìn)行腐蝕拋光的。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系22目的：提高模具的耐用度。1CVD法（化學(xué)氣相沉積法） 在高溫下將盛放工件的爐內(nèi)抽成真空或通入氫氣，再導(dǎo)入反應(yīng)

12、氣體(TiCl4CH4)。氣體的化學(xué)反應(yīng)在工件表面形成硬質(zhì)化合物涂層TiC。二、模具零件表面硬化處理的方法模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系23優(yōu)點(diǎn)：1）處理溫度高，涂層與基體之間的結(jié)合比較牢固。2）用于形狀復(fù)雜的模具也能獲得均勻的涂層。3）設(shè)備簡單，成本低，效果好（可提高模具壽命26倍），易于推廣。缺點(diǎn)：1）處理溫度高，易引起模具變形。2）涂層厚度較薄，處理后不允許研磨修正。3）處理溫度高，模具的基體會(huì)軟化，對(duì)高速鋼和高碳鋼高鉻鋼，必須進(jìn)行涂覆處理后于真空或惰性氣體中再進(jìn)行淬火、回火處理。 模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系242PVD法(物理氣相沉積法) 在真空中把Ti

13、等活性金屬熔融蒸發(fā)離子化后，在高壓靜電場中使離子加速并沉積于工件表面形成涂層。優(yōu)點(diǎn)：1）處理溫度一般為400600，不會(huì)影響 Cr12型模具鋼原先的熱處理效果。2）處理溫度低，模具變形小。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系25缺點(diǎn)：1）涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低。2）涂覆處理溫度低于400，涂層性能下降，不適于低溫回火的模具。3）采用一個(gè)蒸發(fā)源，對(duì)形狀復(fù)雜的模具覆蓋性能不好；多個(gè)蒸發(fā)源或使工件繞蒸發(fā)旋轉(zhuǎn)來彌補(bǔ)，使設(shè)備復(fù)雜、成本提高。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系263 3TDTD法法 將工件浸入添加有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%20%的Fe-V、Fe-Nb、 Fe-Cr等鐵合金粉末的

14、高溫（8001250）硼砂鹽熔爐中，保持0.510h，在工件表面上形成110m或更厚些的碳化物涂覆層，然后進(jìn)行水冷、油冷或空冷。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系27照相腐蝕照相腐蝕 照相腐蝕廣泛用于模具工作型面上的圖形、文字和花紋的加工，這是一種高質(zhì)量、低成本、高效可靠的加工工藝，是照相制版和化學(xué)腐蝕的結(jié)合。特點(diǎn)：加工圖文精度高，圖案仿真性強(qiáng)，腐蝕深度均勻；加工圖文可在零件淬火、拋光后進(jìn)行；可以在曲面上加工圖文；可靠性高。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系28對(duì)模具成型零件的要求：材料要求：強(qiáng)度高，韌性好，硬度高，耐磨、耐腐蝕性好；拔模斜度如果型腔側(cè)壁做圖文，則應(yīng)有較大的

15、拔模斜度。表面粗糙度表面粗糙度要適當(dāng)。如果是亞光細(xì)砂紋，取表面粗糙度Ra=0.4-0.8m；細(xì)花紋或砂紋取Ra=1.6m；一般花紋取Ra=3.2m。鑲嵌塊結(jié)構(gòu)如果圖文面積很小，可做成鑲嵌塊，只對(duì)鑲嵌塊做照相腐蝕。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系29電鍍與化學(xué)鍍技術(shù)電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬或其他惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面處理技術(shù)。目的改善基體材料的外觀，賦予材料表面的各種物理化學(xué)性能。電鍍的工藝過程：鍍前處理、電鍍、鍍后處理。模 具 制 造 學(xué)長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系30鍍銅鍍銅層通常不單獨(dú)作為防護(hù)裝飾鍍層，而作為其他鍍層的低層或中間層，以提高表面鍍層與基體金屬的結(jié)合力。滲碳的零件，常用銅鍍層來保護(hù)不需要滲碳部位。鍍鎳相對(duì)于鋼鐵基體，鎳鍍層屬于陰極性保護(hù)層，對(duì)底層金屬能起到機(jī)械保