【2017年整理】模具的研磨与抛光

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1、第 5 章 模具的研磨与抛光模具的研磨与抛光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为主要目的，属光整加工，可归为磨削工艺大类。他们研磨与抛光在工作成形理论上很相似，一般用于产品、零件的最终加工。现代模具成形表面的精度和表面粗糙度要求越来越高，特别是高精度、高寿命的模具要求到 m 级的精度。一般的磨削表面不可避免要留下磨痕、微裂纹等缺陷，这些缺陷对一些模具的精度影响很大，其成形表面一部分可采用超精密磨削加工达到设计要求，但大多数异型和高精度表面大都要进行研磨与抛光加工。对冲压模具来讲，模具经研磨与抛光后，改善了模具的表面粗糙度，利于板料的流动，减小流动阻力，极大地提高了成形零件的

2、表面质量，特别是对于汽车外覆盖件尤为明显。经研磨刃口后的冲裁模具，可消除模具刃口的磨削伤痕，使冲裁件毛刺高度减少。塑料模具型腔研磨、抛光后，极大地提高型腔表面质量，提高成形性能，满足塑件成型质量的要求、塑件易于脱模。浇注系统经研磨、抛光后，可降低注射时塑料的流动阻力。另外研磨与抛光可提高模具接合面精度，防止树脂渗漏，防止出现沾粘等。电火花成型的模具表面会有一层薄薄的变质层，变质层上许多缺陷需要用研磨与抛光去处。另外研磨与抛光还可改善模具表面的力学性能，减少应力集中，增加型面的疲劳强度。5.1 模具的研磨5.1.1 研磨的基本原理与分类研磨是一种微量加工的工艺方法，研磨借助于研具与研磨剂（一种游

3、离的磨料） ，在工件的被加工表面和研具之间上产生相对运动，并施以一定的压力，从工件上去除微小的表面凸起层, 以获得很低的表面粗糙度和很高的尺寸精度、几何形状精度等，在模具制造中，特别是产品外观质量要求较高的精密压铸模、塑料模、汽车覆盖件模具应用广泛。1. 研磨的基本原理1）物理作用 研磨时，研具的研磨面上均匀地涂有研磨剂，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，研磨剂中具有尖锐棱角和高硬度的微粒，有些会被压嵌入研具表面上产生切削作用（塑性变形） ，有些则在研具和工件表面间滚动或滑动产生滑擦（弹性变形） 。这些微粒如同无数的切削刀刃，对工件表面产生微量的切削作用，并均匀地

4、从工件表面切去一层极薄的金属，图 5.1.1 所示为研磨加工模型。同时，钝化了的磨粒在研磨压力的作用下，通过挤压被加工表面的峰点，使被加工表面产生微挤压塑性变形，从而使工件逐渐得到高的尺寸精度和低的表面粗糙度。 图 5.1.1 研磨加工模型2）化学作用 而当采用氧化铬、硬脂酸等研磨剂时，在研磨过程中研磨剂和工件的被加工表面上产生化学作用，生成一层极薄的氧化膜，氧化膜很容易被磨掉。研磨的过程就是氧化膜的不断生成和擦除的过程，如此多次循环反复，使被加工表面的粗糙度降低。2.研磨的应用特点1）表面粗糙度低 研磨属于微量进给磨削，切削深度小，有利于降低工件表面粗糙度值。加工表面粗糙度可达 Ra0 .0

5、1m。2）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，在低速、低压作用下，逐次磨去被加工表面的凸峰点，加工精度可达0 .1m0 .01m。3）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，且运动精度不影响形位精度。加工圆柱体的圆柱度可达 0 .1m。4）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，表面不会出现微裂纹。同时能降低表面磨擦系数，提高耐磨和耐腐蚀性。研磨零件表层存在残余压应力，这种应力有利于提高工件表面的疲劳强度。5） 研具的要求不高 研磨所用研具与设备一般比较简单，不要求具有极高的精度；但研具材料一般比工件软，研磨中会

6、受到磨损，应注意及时修整与更换。3.研磨的分类（1）按研磨工艺的自动化程度 1）手动研磨 工件、研具的相对运动，均用手动操作。加工质量依赖于操作者的技能水平，劳动强度大，工作效率低。适用于各类金属、非金属工件的各种表面。模具成形零件上的局部窄缝、狭槽、深孔、盲孔和死角等部位，仍然以手工研磨为主。2）半机械研磨 工件和研具之一采用简单的机械运动，另一采用手工操作。加工质量仍与操作者技能有关，劳动强度降低。主要用于工件内、外圆柱面，平面及圆锥面的研磨。模具零件研磨时常用。3）机械研磨 工件、研具的运动均采用机械运动。加工质量靠机械设备保证，工作效率比较高。但只能适用于表面形状不太复杂等零件的研磨。

7、（2）按研磨剂的使用条件1）湿研磨 研磨过程中将研磨剂涂抹于研具表面，磨料在研具和工件间随即地滚动或滑动，形成对工件表面的切削作用。加工效率较高，但加工表面的几何形状和尺寸精度及光泽度不如干研磨，多用于粗研和半精研平面与内外圆柱面。2）干研磨 在研磨之前，先将磨粒均匀地压嵌入研具工作表面一定深度，称为嵌砂。研磨过程中，研具与工件保持一定的压力，并按一定的轨迹做相对运动，实现微切削作用，从而获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度。干研磨时，一般不加或仅涂微量的润滑研磨剂。一般用于精研平面，生产效率不高。3）半干研磨 采用糊状研磨膏，类似湿研磨。研磨时，根据工件加工精度和表面粗糙度的要求，适时地涂敷研

8、磨膏。各类工件的粗、精研磨均适用。5.1.2 研磨工艺1. 研磨工艺参数（1）研磨压力研磨压力是研磨表面单位面积上所承受的压力（Mpa） 。在研磨过程中，随着工件表面粗糙度的不断降低，研具与工件表面接触面积在不断增大，则研磨压力逐渐减小。研磨时，研具与工件的接触压力应适当。若研磨压力过大，会加快研具的磨损，使研磨表明粗糙度增高，影响研磨质量；反之，若研磨压力过小，会使切削能力降低，影响研磨效率。研磨压力的范围一般在（0.010.5）MPa。手工研磨时的研磨压力约为（0.010.2）Mpa；精研时的研磨压力约为（0.010.05）Mpa；机械研磨时，压力一般为（0.010.3）MPa。当研磨压力

9、在（0.040.2）MPa 范围内时，对降低工件表面粗糙度收效显著。（）研磨速度 研磨速度是影响研磨质量和效率的重要因素之一。在一定范围内，研磨速度与研磨效率成正比。但研磨速度过高时，会产生较高的热量，甚至会烧伤工件表面，研具磨损加剧，从而影响加工精度。一般粗研磨时，宜用较高的压力和较低的速度；精研磨时则用较低的压力和较高的速度。这样可提高生产效率和加工表面质量。选择研磨速度时，应考虑加工精度、工件材料、硬度、研磨面积和加工方式等多方面因素。一般研磨速度应在（10150）m/min 范围内选择，精研速度应在 30m/min 以下。手工粗研磨时，每分钟约为（4060）次的往复运动；精研磨时约为每

10、分钟（2040）次的往复运动。（）研磨余量的确定 零件在研磨前的预加工质量与余量，将直接影响到研磨加工时的精度与质量。由于研磨加工只能研磨掉很薄的表面层。因此，零件在研磨前的预加工，需有足够的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度。对表面积大或形状复杂且精度要求高的工件，研磨余量应取较大值。预加工的质量高，研磨量取较小值。研磨余量的大小还应结合工件的材质、尺寸精度、工艺条件及研磨效率等来确定。研磨余量尽量小，一般手工研磨不大于 10m，机械研磨也应小于 15m。（）研磨效率研磨效率以每分钟研磨去除表面层的厚度来表示。工件表面的硬度越高，研磨效率越低。对于一般淬火钢为mmin，合金钢为 0.3mmi

11、n，超硬材料为 0.1mmin。通常在研磨的初期阶段，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，效率下降。这与所用磨料的粒度有关，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，为提高研磨效率，选用磨料粒度时，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2研具研具既是研磨剂的载体，使游离的磨粒嵌入研具工作表面发挥切削作用。磨粒磨钝時，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从研具上局部或完全脫落，而研具工作面上的磨料不断出現新的切削刃口，或不断露出新的磨粒，使研具在一定时间內能保持切削性能要求。同时研

12、具又是研磨成形的工具，自身具有较高的几何形状精度，并将其按一定的方式传递到工件上。（1）研具的材料 1）灰铸铁晶粒细小，具有良好的润滑性；硬度适中，磨耗低；研磨效果好；价廉易得，应用广泛。2）球墨铸铁 比一般铸铁容易嵌存磨料，可使磨粒嵌入牢固、均匀，同时能增加研具的耐用度，可获得高质量的研磨效果。3）软钢 韧性较好，强度较高；常用于制作小型研具。如研磨小孔、窄槽等。4）各种有色金属及合金。如铜、黄铜、青铜、锡、铝、铅锡金等，材质较软，表面容易嵌入磨粒，适宜做软钢类工件的研具。5）非金属材料。如木、竹、皮革、毛毡、纤维板、塑料、玻璃等。除玻璃以外，其他材料质地较软，磨粒易于嵌入，可获得良好的研磨

13、效果。（2）研具种类1）研磨平板 用于研磨平面，有带槽和无槽两种类型。带槽的用于粗研，无槽的用于精研，模具零件上的小平面，常用自制的小平板进行研磨，如图 5.1.2。 2）研磨环 主要研磨外圆柱表面，如图 5.1.3。研磨环的内径比工件的外径大（0.0250.05）mm，当研磨环内径磨大时，可通过外径调解螺钉使调节圈的内径缩小。3）研磨棒 主要用于圆柱孔的研磨，分固定式和可调式两种，如图 5.1.4。固定式研磨棒制造容易，但磨损后无法补偿。分有槽的和无槽的两种结构，有槽的用于粗研，无槽的用于精研。当研磨环的内孔和研磨棒的外圆做成圆椎形时，可用于研磨内外圆椎表面。1-调节圈；2-外环；3-调节螺

14、钉图 5.1.2 研磨平板 图 5.1.3 研磨环5.1.4 研磨棒（3）研具硬度研具是磨具大类里的一类特殊工艺装备，它的硬度定义仍沿用磨具硬度的定义。磨具硬度是指磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度，反映结合剂把持磨粒的强度。磨具硬度主要取决于接合剂加入量的多少和磨具的密度。磨粒容易脱落的表示磨具硬度低；反之，表示硬度高。研具硬度的等级一般分为超软软中软中中硬硬和超硬 7 大級。从这些等级中还可再细分出若干小级。测定磨具硬度的方法较常用的有手锥法、机械锥法、洛氏硬度計测定法和喷砂硬度计测定法。在研磨切削加工中，若被研工件的材质硬度高一般选用硬度低的磨具；反之則选用硬度高的磨具。3.常用的

15、研磨剂研磨剂是由磨料、研磨液及辅料按一定比例配制而成的混合物。常用的研磨剂有液体和固体两大类。液体研磨剂由研磨粉、硬脂酸、煤油、汽油、工业用甘油配制而成；固体研磨剂是指研磨膏，由磨料和无腐蚀性载体，如硬脂酸、肥皂片、凡士林配制而成。磨料的选择一般要根据所要求的加工表面粗糙度来选择，从研磨加工的效率和质量来说，要求磨料的颗粒要均匀。粗研磨时，为了提高生产率，用较粗的粒度，如 W28W40；精研磨时，用较细的粒度如，如 W5W27；精细研磨时，用更细的粒度如，如 W1W3.5。（1）磨料磨料的种类很多，表 5.1.1 为常用的磨料种类及其应用范围。表 5.1.1 常用的磨料及其应用范围系列 磨料名

16、称 颜色 应用范围氧化铝系 棕刚玉 棕褐色 粗、精研钢、铸铁及青铜白刚玉 白色 粗研淬火钢、高速钢及有色金属铬钢玉 紫红色 研磨低粗糙度表面、各种钢件单晶刚玉 透明、无色 研磨不锈钢等强度高、韧性大的工件黑色碳化硅 黑色半透明 研磨铸铁、黄铜、铝等材料绿色碳化硅 绿色半透明 研磨硬质合金、硬铬、玻璃、陶瓷、石材等材料碳化物系碳化硼 灰黑色 研磨硬质合金、陶瓷、人造宝石等高硬度材料天然金刚石人造金刚石灰色至黄白色 研磨硬质合金、人造宝石、玻璃、陶瓷、半导体材料等高硬度难加工材料超硬磨料系立方氮化硼 琥珀色 研磨硬度高的淬火钢、高钒高钼高速钢、镍基合金钢等氧化铬 深红色氧化铁 铁红色氧化铈 土黄色软磨料系氧化镁 白色精细研磨或抛光钢、淬火钢、铸铁、光学玻璃及单晶硅等，氧化铈的研磨抛光效率是氧化铁的 1