模具制造工艺学-课件第5章.ppt
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1、第第5 5章章 模具表面光整加工模具表面光整加工返回目录12345.1 5.1 光整加工的特点及其分光整加工的特点及其分类5.2 5.2 研磨加工研磨加工5.3 5.3 抛光加工抛光加工5.4 5.4 其他光整加工方法其他光整加工方法2/28/2023返回目录5.1 5.1 光整加工的特点与分类光整加工的特点与分类5.1.1 5.1.1 光整加工的特点光整加工的特点模具加模具加工方法工方法光整加光整加工特点工特点1.光整加工的加工余光整加工的加工余量小,一般只有前道量小,一般只有前道工序公差带宽度的几工序公差带宽度的几分之一。分之一。2.光整加工所用机床光整加工所用机床设备不需要很精确的设备不
2、需要很精确的成形运动,但磨具与成形运动,但磨具与工件之间的相对运动工件之间的相对运动应尽量复杂。应尽量复杂。3.光整加工时,磨具相光整加工时,磨具相对于工件的定位基准没对于工件的定位基准没有确定的位置,一般不有确定的位置,一般不能修正加工表面的形状能修正加工表面的形状和位置误差,其精度要和位置误差,其精度要靠先行工序来保证。靠先行工序来保证。4.光整加工可有效地清除光整加工可有效地清除铸件、锻件和热处理件表铸件、锻件和热处理件表面的残渣、杂质及氧化皮。面的残渣、杂质及氧化皮。2/28/2023返回目录模具加模具加工方法工方法光整加光整加工特点工特点5.光整加工可改善工光整加工可改善工件表面层应
3、力状态,件表面层应力状态,形成抗疲劳破坏的均形成抗疲劳破坏的均匀压应力(一般比原匀压应力(一般比原值增大值增大50以上)。以上)。6.光整加工可改善工光整加工可改善工件表面层金相组织状件表面层金相组织状态,提高工件表面显态,提高工件表面显微硬度,一般可提高微硬度,一般可提高620,形成一,形成一定深度的耐磨损、抗定深度的耐磨损、抗疲劳的致密金属层,疲劳的致密金属层,且可将深度提高四倍且可将深度提高四倍以上。以上。7.光整加工可提高工件光整加工可提高工件清洁度,完成传动件的清洁度,完成传动件的初期磨损,改善整机部初期磨损,改善整机部分的性能指标,缩短整分的性能指标,缩短整机磨合期。机磨合期。8.
4、光整加工可降低工艺成光整加工可降低工艺成本,减轻工人劳动强度,本,减轻工人劳动强度,提高生产效率,便于机械提高生产效率,便于机械化和自动化生产。化和自动化生产。2/28/2023返回目录5.1.2 5.1.2 光整加工的分类光整加工的分类1.1.按研磨抛光过程中人参与的程度分按研磨抛光过程中人参与的程度分 光整加工按研磨抛光过程中人参与的程度可分为手工作业研磨光整加工按研磨抛光过程中人参与的程度可分为手工作业研磨抛光和机械设备研磨抛光。抛光和机械设备研磨抛光。l l)手工作业研磨抛光)手工作业研磨抛光 手工作业研磨抛光是指主要依靠操作者个人技艺或采用辅助工手工作业研磨抛光是指主要依靠操作者个人
5、技艺或采用辅助工具进行的研磨抛光。其加工质量主要依赖操作者个人的技艺水平,具进行的研磨抛光。其加工质量主要依赖操作者个人的技艺水平,而且劳动强度较大,工作效率较低。鉴于目前非手工作业研磨抛光而且劳动强度较大,工作效率较低。鉴于目前非手工作业研磨抛光的应用范围的局限,特别是型腔中窄缝、盲孔、深孔和死角部位的的应用范围的局限,特别是型腔中窄缝、盲孔、深孔和死角部位的加工,仍然是手工研磨抛光占主导地位。加工,仍然是手工研磨抛光占主导地位。2 2)机械设备研磨抛光)机械设备研磨抛光 机械设备研磨抛光是主要依靠机械设备进行的研磨抛光。它包机械设备研磨抛光是主要依靠机械设备进行的研磨抛光。它包括一般研磨抛
6、光设备和智能自动抛光设备,这是研磨抛光发展的主括一般研磨抛光设备和智能自动抛光设备,这是研磨抛光发展的主要方向。机械设备研磨抛光质量不依赖操作者的个人技艺,且工作要方向。机械设备研磨抛光质量不依赖操作者的个人技艺,且工作效率较高。如挤压研磨抛光、电化学研磨抛光等。效率较高。如挤压研磨抛光、电化学研磨抛光等。2/28/2023返回目录2.2.按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹分按磨料在研磨抛光过程中的运动轨迹分 光整加工按磨料在研究抛光过程中的运动轨迹可分为游离磨料光整加工按磨料在研究抛光过程中的运动轨迹可分为游离磨料研磨抛光和固定磨料研磨抛光。研磨抛光和固定磨料研磨抛光。游离磨料研磨抛光游离磨料
7、研磨抛光 在研磨抛光过程中,在研磨抛光过程中,利用研磨抛光工具系利用研磨抛光工具系统给游离状态的研磨统给游离状态的研磨抛剂以一定压力,使抛剂以一定压力,使磨料以不重复的轨迹磨料以不重复的轨迹运动进行微切削作用运动进行微切削作用和微塑性挤压变形。和微塑性挤压变形。固定磨料研磨抛光固定磨料研磨抛光是是指研磨抛光工具本身指研磨抛光工具本身含有磨料,在加工过含有磨料,在加工过程中研磨抛光工具以程中研磨抛光工具以一定压力直接和工件一定压力直接和工件表面接触,磨料和工表面接触,磨料和工具的运动轨迹一致。具的运动轨迹一致。2/28/2023返回目录机械式研磨抛光机械式研磨抛光是利用磨料的机是利用磨料的机械能
8、量和切削力械能量和切削力对工件表面进行对工件表面进行微切削为主的研微切削为主的研磨抛光。磨抛光。非机械式研磨抛非机械式研磨抛光光主要依靠电能、主要依靠电能、化学能等非机械化学能等非机械能对被加工表面能对被加工表面进行的研磨抛光。进行的研磨抛光。3.3.按研磨抛光的机理分按研磨抛光的机理分 光整加工按研磨抛光的机理可分为机械式研磨抛光和非机械光整加工按研磨抛光的机理可分为机械式研磨抛光和非机械式研磨抛光。式研磨抛光。2/28/2023返回目录4.4.按研磨抛光剂使用的条件分按研磨抛光剂使用的条件分 光整加工按研磨抛光剂使用的条件可分为湿研、干研和半干研。光整加工按研磨抛光剂使用的条件可分为湿研、
9、干研和半干研。1 1)湿研)湿研 湿研是将磨料和研磨液组成的研磨抛光剂连续加注或涂敷于研具湿研是将磨料和研磨液组成的研磨抛光剂连续加注或涂敷于研具表面,磨料在研具和工件表面之间滚动或滑动,形成对工件表面的切表面,磨料在研具和工件表面之间滚动或滑动,形成对工件表面的切削运动。其加工效率较高,但加工表面的几何形状和尺寸精度不如干削运动。其加工效率较高,但加工表面的几何形状和尺寸精度不如干研,多用于粗研或半精研。研,多用于粗研或半精研。2 2)干研)干研 干研是将磨料均匀地压嵌在研具表层中,施以一定压力使嵌砂进干研是将磨料均匀地压嵌在研具表层中,施以一定压力使嵌砂进行研磨加工。其可获得很高的加工精度
10、,且表面粗糙度小,但加工效行研磨加工。其可获得很高的加工精度,且表面粗糙度小,但加工效率低,一般用于精研。率低,一般用于精研。3 3)半干研)半干研 半干研类似湿研,使用糊状研磨抛光膏,且用于粗、精研均可。半干研类似湿研,使用糊状研磨抛光膏,且用于粗、精研均可。2/28/2023返回目录5.2 5.2 研磨加工研磨加工5.2.1 5.2.1 研磨的机理研磨的机理1.1.物理作用物理作用 研磨时,在研具的研磨面上均匀地涂上研磨时,在研具的研磨面上均匀地涂上研磨剂,若研具材料的硬度低于工件,当研研磨剂,若研具材料的硬度低于工件,当研具和工件在压力作用下做相对运动时,研磨具和工件在压力作用下做相对运
11、动时,研磨剂中具有尖锐棱角和高硬度的磨粒,磨粒会剂中具有尖锐棱角和高硬度的磨粒,磨粒会被压嵌入研具表面上产生刮削作用(塑性变被压嵌入研具表面上产生刮削作用(塑性变形),提高了研磨效率;若研具材料的硬度形),提高了研磨效率;若研具材料的硬度高于工件,则在研具和工件表面产生滑擦高于工件,则在研具和工件表面产生滑擦(弹性变形)。这些磨粒如同无数的切削刃,(弹性变形)。这些磨粒如同无数的切削刃,对工件表面产生微量的切削作用,并均匀地对工件表面产生微量的切削作用,并均匀地从工件表面切去一层极薄的金属,如图从工件表面切去一层极薄的金属,如图5-15-1所所示为研磨加工过程。同时,钝化了的磨粒在示为研磨加工
12、过程。同时,钝化了的磨粒在研磨压力的作用下挤压工件表面的粗糙突峰,研磨压力的作用下挤压工件表面的粗糙突峰,使工件表面产生微挤压塑性变形,从而使工使工件表面产生微挤压塑性变形,从而使工件逐渐得到很高的加工精度和很小的表面粗件逐渐得到很高的加工精度和很小的表面粗糙度。糙度。图图5-1 5-1 研磨加工过程研磨加工过程2/28/2023返回目录 2.2.化学作用化学作用 当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时,在研磨过程中研磨当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时,在研磨过程中研磨剂在工件表面上产生化学作用,形成一层极薄的氧化膜,氧剂在工件表面上产生化学作用,形成一层极薄的氧化膜,氧化膜很容易被磨掉,但不会破坏材料
13、基体。研磨的过程就是化膜很容易被磨掉,但不会破坏材料基体。研磨的过程就是氧化膜的不断迅速生成和被磨掉的过程,如此多次循环反复,氧化膜的不断迅速生成和被磨掉的过程,如此多次循环反复,使工件表面的表面粗糙度减小。使工件表面的表面粗糙度减小。2/28/2023返回目录1.1.表面粗糙度低表面粗糙度低 研磨属于微量进给磨削,切削深度小,磨粒运动轨迹不重复,有利于减研磨属于微量进给磨削,切削深度小,磨粒运动轨迹不重复,有利于减小工件表面粗糙度。小工件表面粗糙度。2.2.形状精度高形状精度高 研磨时,工件基本处于自由状态,受力均匀,运动平稳,且运动精度不研磨时,工件基本处于自由状态,受力均匀,运动平稳,且
14、运动精度不影响形状精度。影响形状精度。3.3.尺寸精度高尺寸精度高 研磨采用极细的微粉磨料,机床、研具和工件处于弹性浮动工作状态,研磨采用极细的微粉磨料,机床、研具和工件处于弹性浮动工作状态,在低速、低压作用下,逐次磨去工件表面的凸峰点,加工精度可达在低速、低压作用下,逐次磨去工件表面的凸峰点,加工精度可达0.10.10.01 0.01 mm。4.4.改善工件表面力学性能改善工件表面力学性能 研磨的切削热量小,工件变形小,变质层薄,其表面不会出现微裂纹。研磨的切削热量小,工件变形小,变质层薄,其表面不会出现微裂纹。5.5.对研具的要求不高对研具的要求不高 研磨时所用的研具与设备一般比较简单,不
15、要求它们具有极高的精度,研磨时所用的研具与设备一般比较简单,不要求它们具有极高的精度,但研具材料一般比工件软,且在研磨中会受到磨损,应注意及时修整与但研具材料一般比工件软,且在研磨中会受到磨损,应注意及时修整与更换。更换。特特特特点点点点5.2.2 5.2.2 研磨的特点研磨的特点2/28/2023返回目录5.2.3 5.2.3 研磨工艺研磨工艺1.1.研磨工艺参数研磨工艺参数1 1)研磨压力)研磨压力 研磨压力指研磨表面单位面积上所承受的压力,单位为研磨压力指研磨表面单位面积上所承受的压力,单位为MPaMPa。在研磨过程中,随着工件表面粗糙度的不断减小,研具与工件表在研磨过程中,随着工件表面
16、粗糙度的不断减小,研具与工件表面的接触面积在不断增大,因而研磨压力在不断减小。研磨时,面的接触面积在不断增大,因而研磨压力在不断减小。研磨时,研具与工件的接触压力应适当。若研磨压力过大,会加快研具的研具与工件的接触压力应适当。若研磨压力过大,会加快研具的磨损,使研磨表面粗糙度增大,影响被研磨工件的质量;若研磨磨损,使研磨表面粗糙度增大,影响被研磨工件的质量;若研磨压力过小,会降低切削能力,最终会导致研磨效率低下。压力过小,会降低切削能力,最终会导致研磨效率低下。研磨压力的范围一般在研磨压力的范围一般在0.010.010.5 0.5 MPaMPa。其中,手工研磨时的。其中,手工研磨时的研磨压力为
17、研磨压力为0.010.010.2 0.2 MpaMpa,精研时的研磨压力为,精研时的研磨压力为0.010.010.05 0.05 MpaMpa,机械研磨时的研磨压力一般为,机械研磨时的研磨压力一般为0.010.010.3 0.3 MPaMPa。当研磨压力在。当研磨压力在0.040.040.2 0.2 MPaMPa内时,减小工件表面粗糙度的效果较为明显。内时,减小工件表面粗糙度的效果较为明显。2/28/2023返回目录)研磨速度)研磨速度 研磨速度是影响研磨质量和研磨效率的重要因素之一。一般情研磨速度是影响研磨质量和研磨效率的重要因素之一。一般情况下,研磨速度和研磨效率呈正比。但如果研磨速度过高
18、,会产生况下,研磨速度和研磨效率呈正比。但如果研磨速度过高,会产生较高的热量,可能会烧伤工件表面,加剧研具磨损速度,从而影响较高的热量,可能会烧伤工件表面,加剧研具磨损速度,从而影响研磨精度。粗研磨时宜采用较高的研磨压力和较低的研磨速度;精研磨精度。粗研磨时宜采用较高的研磨压力和较低的研磨速度;精研磨时宜采用较低的研磨压力和较高的研磨速度。研磨时宜采用较低的研磨压力和较高的研磨速度。在选择研磨速度时,应综合考虑加工精度、工件材料、硬度、在选择研磨速度时,应综合考虑加工精度、工件材料、硬度、研磨面积和加工方式等多种因素。一般研磨速度在研磨面积和加工方式等多种因素。一般研磨速度在1010150 m
19、/min150 m/min,精研速度在,精研速度在30 m/min30 m/min以下。手工粗研磨时,每分钟做以下。手工粗研磨时,每分钟做40406060次的次的往复运动;精研磨时,每分钟做往复运动;精研磨时,每分钟做20204040次的往复运动。次的往复运动。2/28/2023返回目录)研磨余量的确定)研磨余量的确定 工件在研磨前的预加工质量与余量,会直接影响到研磨加工工件在研磨前的预加工质量与余量,会直接影响到研磨加工时的精度与质量。工件在研磨前的预加工,已具有足够的尺寸精时的精度与质量。工件在研磨前的预加工,已具有足够的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度,原则上研磨只需要去除表面加度、几
20、何形状精度和表面粗糙度,原则上研磨只需要去除表面加工痕迹和变质层即可。研磨余量过大,会使加工时间延长,使研工痕迹和变质层即可。研磨余量过大,会使加工时间延长,使研具和材料消耗增加,加工成本提高;研磨余量过小,加工后达不具和材料消耗增加,加工成本提高;研磨余量过小,加工后达不到工件的表面粗糙度和尺寸精度的要求。一般对表面积大或形状到工件的表面粗糙度和尺寸精度的要求。一般对表面积大或形状复杂且加工精度要求高的工件,研磨余量取较大值;对预加工的复杂且加工精度要求高的工件,研磨余量取较大值;对预加工的质量要求高的工件,研磨余量取较小值。研磨余量的大小还应结质量要求高的工件,研磨余量取较小值。研磨余量的
21、大小还应结合工件的材料、尺寸精度、工艺条件及研磨效率等而确定。此外,合工件的材料、尺寸精度、工艺条件及研磨效率等而确定。此外,研磨余量应尽量小,一般手工研磨余量不应大于研磨余量应尽量小,一般手工研磨余量不应大于10 10 mm,机械研,机械研磨余量应小于磨余量应小于15 15 mm。2/28/2023返回目录4 4)研磨阶段和轨迹)研磨阶段和轨迹 研磨加工一般经过粗研磨研磨加工一般经过粗研磨细研磨细研磨精研磨精研磨抛光四个阶抛光四个阶段。在这四个阶段中总的研磨次数依据研磨余量以及初始和最段。在这四个阶段中总的研磨次数依据研磨余量以及初始和最终的表面粗糙度与加工精度而定。磨料的粒度从粗到细,每次
22、终的表面粗糙度与加工精度而定。磨料的粒度从粗到细,每次更换磨料都要清洗工具和工件。各部位的研磨顺序根据被加工更换磨料都要清洗工具和工件。各部位的研磨顺序根据被加工表面的具体情况确定。表面的具体情况确定。研磨中,磨料的运动轨迹要使工件表面各点有相同(或近研磨中,磨料的运动轨迹要使工件表面各点有相同(或近似)的切削(磨削)条件,其运动轨迹可以往复、交叉,但不似)的切削(磨削)条件,其运动轨迹可以往复、交叉,但不应该重复,且要根据工件表面的大小和形状来选择,有直线式、应该重复,且要根据工件表面的大小和形状来选择,有直线式、螺旋式、螺旋式、8 8字式、摆动式等字式、摆动式等 。2/28/2023返回目
23、录5 5)研磨效率)研磨效率 研磨效率指每分钟研磨去除表面层的厚度。工件表面的硬度研磨效率指每分钟研磨去除表面层的厚度。工件表面的硬度越高,研磨效率越低。一般淬火钢的研磨效率为越高,研磨效率越低。一般淬火钢的研磨效率为mmminmin,合,合金钢的研磨效率为金钢的研磨效率为0.3 0.3 mmminmin,超硬材料的研磨效率为,超硬材料的研磨效率为0.1 0.1 mmminmin。通常在研磨的初始阶段,工件几何形状误差的消除和表面。通常在研磨的初始阶段,工件几何形状误差的消除和表面粗糙度的改善较快,而后则逐渐减慢。这与所用磨料的粒度有关,粗糙度的改善较快,而后则逐渐减慢。这与所用磨料的粒度有关
24、,磨粒粗,切削能力强,研磨效率高,但所得研磨表面质量低;磨磨粒粗,切削能力强,研磨效率高,但所得研磨表面质量低;磨粒细,切削能力弱,研磨效率低,但所得研磨表面质量高。因此,粒细,切削能力弱,研磨效率低,但所得研磨表面质量高。因此,为提高研磨效率,选用磨料的粒度时,应从粗到细,分级研磨,为提高研磨效率,选用磨料的粒度时,应从粗到细,分级研磨,循序渐进地达到所要求的表面粗糙度。循序渐进地达到所要求的表面粗糙度。2/28/2023返回目录2.2.研具研具 研具是研磨剂的载体,可使游离的磨粒嵌入研具工作表面发挥研具是研磨剂的载体,可使游离的磨粒嵌入研具工作表面发挥切削作用。切削作用。1 1)研具材料)
25、研具材料 研具材料很广泛,原则上研具材料硬度应比被加工材料硬度低,研具材料很广泛,原则上研具材料硬度应比被加工材料硬度低,但研具材料过软,会使磨粒全部嵌入研具工作表面而使切削作用降但研具材料过软,会使磨粒全部嵌入研具工作表面而使切削作用降低。研具材料的软硬程度、耐磨性应该与被加工材料相适应。一般低。研具材料的软硬程度、耐磨性应该与被加工材料相适应。一般研具材料有灰铸铁、球墨铸铁、软钢、各种有色金属及其合金和非研具材料有灰铸铁、球墨铸铁、软钢、各种有色金属及其合金和非金属材料。金属材料。(1 1)灰铸铁。灰铸铁的晶粒细小,具有良好的润滑性,硬度适)灰铸铁。灰铸铁的晶粒细小,具有良好的润滑性,硬度
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