模具表面加工与处理.ppt

第八章模具表面加工与处理技术 模具表面光整加工1 光整加工是以降低零件表面粗糙度 提高表面形状精度和增加表面光泽度为主要目的的研磨和抛光加工 模具成型表面的粗糙对模具寿命的制件质量都有较大影响 冷挤压模具采用6Cr3SiV材料型腔表面粗糙度Ra 1 6 0 8 m 模具平均寿命为 万次左右 把型腔表面粗糙度提高为Ra 0 2 0 1 m 模具平均寿命可达4 5 5万次 2 研磨与抛光研磨的机理 研磨是使用研具游离磨料对被加工表面进行微量加工的精密加工方法 在研磨过程中 被加工表面发生复杂的物理和化学作用 其主要作用如下 微切削作用在研具和被加工表面作相对运动时 磨料在压力作用下 对被加工表面进行微量切削 挤压塑性变形钝化的磨粒在研磨压力作用下挤压被加工表面的粗糙突峰 使突峰趋向平缓和光滑 被加工表面产生微挤压塑性变形 化学作用当采用氧化铬硬脂酸等研磨剂时 研磨剂和被加工表面产生化学作用 形成一层极薄的氧化膜 这层氧化膜很容易被磨掉 而又不损伤材料基本体 研磨的特点 尺寸精度高加工热量少 表面变形和变质层很轻微 可获得稳定的高精度表面 尺寸精度可达0 025 m 形状精度高由于微量切削 研磨运动轨迹复杂 并且不受运动精度的影响 因此可获得较高的形状精度 球体圆度可达0 025 m 圆柱体圆柱度可达0 1 m 表面粗糙度低在研磨过程中磨粒的运动轨迹不重复 有利于均匀磨掉被加工表面的突峰 从而降低表面粗糙度 表面粗糙度Ra值可达0 1 m 表面耐磨性提高由于研磨表面质量提高 使摩擦系数减小 又因有效接触表面积增大 故使耐磨性提高 抗疲劳强度提高 抛光机理抛光是一种比研磨切削更微小的加工 其加工过程与研磨基本相同 研磨时研具较硬 抛光所用研具较软 其作用是进一步降低表面粗糙度 获得光滑表面 但不能改变表面的形状精度和位置精度 抛光加工后的表面粗糙度Ra值可达0 4 m以下 研磨抛光分类按操作方式分 手工研磨抛光 机械研磨抛光按磨料分 游离磨料研磨抛光 固定磨料研磨抛光 研磨抛光剂磨料磨料的选择主要有磨料的种类和粒度 磨料有氧化铝磨料 碳化硅磨料 金刚石磨料氧化铁磨料和氧化铬磨料等多种 磨料粒度主要依据研磨抛光前被加工表面的粗糙度以及研磨抛光后的质量要求进行选择 粗加工选较大的粒度 精加工选较小粒度 研磨抛光液研磨抛光液在研磨抛光过程中起着调和磨料 使磨料均匀分布和冷却润滑的作用 研磨抛光时直接和被加工表面接触的研磨抛光工具称为研具 研具的材料有 低碳钢 灰铸铁 黄铜 紫铜 硬木 竹片 塑料 皮革和毛毡等 研具 普通油石 研磨平板 研磨环 研磨芯棒 模具零件光整加工方法 1 手工抛光 1 用砂纸抛光手持砂纸 压在加工表面上作缓慢的运动 以去除机械加工的切削痕迹 使表面粗糙度减少 是一种常见的抛光方法 模具零件 抛光和研磨约45 2 用油石抛光主要是对型腔的平坦部位和槽的直线部分进行 1 选用适当种类的磨料 粒度 形状的油石 2 根据抛光面大小选择适当大小的油石 以使油石能纵横交叉运动3 L AN全损耗系统用油1份 煤油3份 透平油或锭子油少量 3 研磨在工件和工具 研具 之间加入研磨剂 在一定压力下由工具和工件间的相对运动 驱动大量磨粒在加工表面上滚动或滑擦 切下微细的金属层而使加工表面的粗糙度减小 研磨剂 磨料 氧化铝 碳化硅 金刚石研磨液 煤油 煤油与机油辅料 硬脂酸 油酸或工业甘油 2 机械抛光 1 圆盘式磨光机如图所示 用手持式对一些大型模具去除仿形加工后的走刀痕迹及倒角 抛光精度不高 其抛光程度接近粗磨 2 电动抛光机由电动机 传动软轴及手持式抛光机组成 1 手持往复研抛头 2 手持直式旋转研抛头 1 工件 研磨环 3 球头杆 4 软轴 3 电解修磨抛光在抛光工件和抛光工具之间施压以直流 利用通电后工件 阳极 与抛光工具 阴极 在电解液中发生的阳极溶液作用来进行抛光的一种工艺方法 如图所示 电解修磨抛光的工作原理 1 工具 阴极 2 电解液管 3 磨粒 4电解液 5 工件 阳极 6 电源 电解修磨抛光 1 电解修磨抛光不会使工件产生热变形或应力 2 工件硬度不影响加工速度 3 对型腔中用一般方法难以修磨的部分及形状 可采用相应形状的修磨工具进行加工 操作方便 灵活 4 粗糙度一般为Ra6 3 3 2 m 5 装置简单 工作电压低 电解液无毒 生产安全 特点 是超声加工的一种形式 是利用超声振动的能量 通过机械装置对型腔表面进行抛光加工的一种工艺方法 4 超声波抛光 1 原理超声发生器能将50Hz的交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡 超声抛光原理图1 抛光工具 2 变幅杆 超声换能器 4 超声发生器 5 磨粒 6 工作液 2 磨料材料碳化硅 碳化硼 金刚砂 3 粗糙度Ra0 63 0 08 m 4 特点1 抛光效率高 能减轻劳动强度 2 适用于各种型腔模具 对窄缝 深槽 不规则圆弧的抛光尤为适用 3 适用于不同材质的抛光 挤压研磨抛光挤压研磨抛光属于磨料流动加工 也称挤压研磨 基本原理 挤压研磨抛光是将含有磨料的油泥状黏弹性高分子介质组成的黏弹性研磨抛光剂 用一定压力挤过被加工表面 通过磨料颗粒的刮削作用去除被加工表面的微观不平材料的工艺方法 特点 适用范围广适用于各种复杂表面的加工 抛光效果好经挤压研磨抛光后表面粗糙度可达Ra 0 04 0 05 m 尺寸精度可达0 01 0 0025mm 抛光效率高抛光加工余量为0 01 0 1mm 抛光时间为几分钟至十几分钟 工艺参数 磨料粒度 磨料黏度 挤压压力 流动速度及流量 喷丸抛光 喷丸抛光是利用含有微细玻璃球的高速干燥气流对被抛光表面进行喷射 去除表面微量金属材料 降低表面粗糙度的方法 喷丸抛光在模具加工中主要用于去除电火花加工后成型表面的变质层 喷丸抛光的工艺参数 磨料 载体气体 喷嘴 电解抛光 电解抛光主要应用于经电火花加工后型腔模的抛光 如塑料模 压铸模的型腔其表面粗糙度要求较低 用手工抛光的方法十分困难 周期长 质量难以保证 经过电解抛光后的表面粗糙度Ra可以从3 2 m提高到0 4 m以下 而且生产效率极高 电解抛光的基本原理是利用阳极溶解法对工件表面进行腐蚀抛光的 目的 提高模具的耐用度 1 CVD法 化学气相沉积法 在高温下将盛放工件的炉内抽成真空或通入氢气 再导入反应气体 TiCl4 CH4 气体的化学反应在工件表面形成硬质化合物涂层TiC 二 模具零件表面硬化处理的方法 优点 1 处理温度高 涂层与基体之间的结合比较牢固 2 用于形状复杂的模具也能获得均匀的涂层 3 设备简单 成本低 效果好 可提高模具寿命2 6倍 易于推广 缺点 1 处理温度高 易引起模具变形 2 涂层厚度较薄 处理后不允许研磨修正 3 处理温度高 模具的基体会软化 对高速钢和高碳钢高铬钢 必须进行涂覆处理后于真空或惰性气体中再进行淬火 回火处理 2 PVD法 物理气相沉积法 在真空中把Ti等活性金属熔融蒸发离子化后 在高压静电场中使离子加速并沉积于工件表面形成涂层 优点 1 处理温度一般为400 600 不会影响Cr12型模具钢原先的热处理效果 2 处理温度低 模具变形小 缺点 1 涂层与基体的结合强度较低 2 涂覆处理温度低于400 涂层性能下降 不适于低温回火的模具 3 采用一个蒸发源 对形状复杂的模具覆盖性能不好 多个蒸发源或使工件绕蒸发旋转来弥补 使设备复杂 成本提高 3 TD法将工件浸入添加有质量分数为15 20 的Fe V Fe Nb Fe Cr等铁合金粉末的高温 800 1250 硼砂盐熔炉中 保持0 5 10h 在工件表面上形成1 10 m或更厚些的碳化物涂覆层 然后进行水冷 油冷或空冷 照相腐蚀照相腐蚀广泛用于模具工作型面上的图形 文字和花纹的加工 这是一种高质量 低成本 高效可靠的加工工艺 是照相制版和化学腐蚀的结合 特点 加工图文精度高 图案仿真性强 腐蚀深度均匀 加工图文可在零件淬火 抛光后进行 可以在曲面上加工图文 可靠性高 对模具成型零件的要求 材料要求 强度高 韧性好 硬度高 耐磨 耐腐蚀性好 拔模斜度如果型腔侧壁做图文 则应有较大的拔模斜度 表面粗糙度表面粗糙度要适当 如果是亚光细砂纹 取表面粗糙度Ra 0 4 0 8 m 细花纹或砂纹取Ra 1 6 m 一般花纹取Ra 3 2 m 镶嵌块结构如果图文面积很小 可做成镶嵌块 只对镶嵌块做照相腐蚀 电镀与化学镀技术电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中 在直流电的作用下 以被镀基体金属为阴极 以欲镀金属或其他惰性导体为阳极 通过电解作用 在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面处理技术 目的改善基体材料的外观 赋予材料表面的各种物理化学性能 电镀的工艺过程 镀前处理 电镀 镀后处理 镀铜镀铜层通常不单独作为防护装饰镀层 而作为其他镀层的低层或中间层 以提高表面镀层与基体金属的结合力 渗碳的零件 常用铜镀层来保护不需要渗碳部位 镀镍相对于钢铁基体 镍镀层属于阴极性保护层 对底层金属能起到机械保护作用 镀铬镀铬层具有良好的耐蚀性 根据镀液成分和工艺条件的不同 镀铬层的硬度可以在400 1200HV内变化 镀铬层的摩擦因数低 尤其是干摩擦因数是所有金属中最低的 因此有良好的耐磨性 复合电镀复合电镀的主要用途在于提高镀层的耐磨性 耐蚀性 润滑性 改进表面外观和提高其他性能 化学电镀 无解电镀镍磷化学电镀适用于冲压模 冷挤模 塑料成型模 橡胶模 其优点 提高模具表面硬度 耐磨性 抗擦伤和抗胶合能力 脱模容易 并可提高模具使用寿命