第8章研磨与抛光

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1、定义：是指降低零件表面粗糙度，提高表面形状精度和增 加表而光泽为主要目的的研磨和抛光加工。模具表面的精度和粗糙度对模具寿命和制件质量有很大的影响，电火花加工留下的变质层、磨削加工留下的微裂纹 等都会影响模具的寿命。8.1研磨与抛光8丄1研磨的机理1 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精加工 的精密加工方法。它是在工件表面和研具之间放入游离磨料和润滑剂，使两者产生相对运动，并使其有一定的压力，磨料的棱角产生切削作用去除表面凸起部分，从而提高表而精度，降低表面粗 糙度。研磨的过程中，不但有物理作用还有化学作用：(1) 微切削作用磨料在压力的作用下，在研具和工件表面之间滚动，以锋

2、 利的棱角进行微切削加工。(2) 挤压塑性变形的作用钝化的磨粒对加工表面进行滚压运动，挤压表而粗糙的凸 峰，使其平坦、光滑，对表面产生挤压的塑性变形，还有加 工硬化使表面强化的作用。(3) 化学作用研磨剂与表面产生化学作用，生成氧化膜，又不断被磨削从而提高研磨的效率。2 研磨的特点（1）尺寸精度高：加工热量少，表面精度稳定，尺寸精度可达0.025|imo（2）形状精度高：球体圆度可达0.025|im,圆柱体圆柱度 可达O.lym。（3）表面粗糙度低：粗糙度可达O.lmo（4）表而耐磨性提高：摩擦系数减少，接触面增大和加工 硬化都使耐磨性提高。（5）抗疲劳强度提高：研磨使表而产生残余压应力，提高

3、 了表而的抗疲劳强度。3 抛光的机理抛光是一种比研磨更微小的切削加工，研磨的研具较硬， 微切削和挤压作用较大，尺寸和粗糙度有明显的变化，抛光 的研具使用软材料，只能降低粗糙度而不能改变尺寸和形状 的精度。粗糙度可达0.4im以下。812研磨抛光的分类1、按操作方式分：手工研磨抛光；机械研磨抛光。2、按磨料的运动轨迹分：游离磨料研磨抛光；固定磨料研磨抛光。3、按研磨抛光的机理分；机械作用研磨抛光；非机械作用研磨抛光一电能化学能。4、按研磨抛光剂使用的条件分：（1）湿研磨一磨料和研磨液组成的研磨抛光剂，用于粗研和 半精研（2）干研磨一将磨料均匀压入研具表面中，一定压力研磨， 一般用于精研加工（3）

4、半干研磨一糊状研磨膏，用于粗、精研磨都可以。丄3研磨抛光的加工要素加工要素如表7 1表7-1研磨抛光的加工要素加工要素内容加工方式驱动方式手动、机动、数字控制运动形式回转、往复加工面数单面、双面研具材料硬质（淬火钢，铸铁），软质（木材，塑料）表面状态平滑、沟槽、孔穴形状平面、圆柱面、球面、成型面磨料材料金属氣化物，金属碳化物，麹化物，硼化物粒度数十jzm 001 pm材质硬度、韧性研磨液种类油性、水性雀用冷却、润滑、活性化学作用加工参数相对运动1 100 m/min压力0.001 -3.0 MPa时间视加工条件而定环境温度视加工要求而定，超精密型为（20 1）%净化视加工要求而定，超精密型为净

5、化间1 000 100级.1.4研磨抛光剂是由磨料和研磨抛光液均匀混合而成。1、磨料在机械式研磨抛光中，磨料对工件表面进行微切削和挤 压作用，决定了加工的质量。根据工件表面的软硬、表面粗糙度要求，选择合适的磨 料是必须做的工作。磨料的种类很多，常用的磨料和适用范围如表7 2磨料的粒度选择要根据工件研磨抛光前的粗糙度和研磨 抛光后的质量要求来确定，一般粗加工选较大粒度，精加工 选较小粒度。磨料的粒度常用筛分法和显微镜分析法来确定。表7-2常用磨料及适用范围磨料适用范围系列名称刚玉系（氧化铝 系）棕刚玉粗、精研磨钢、铸铁和硬青铜白刚玉粗研淬火钢、高速钢和有色金属锯钢玉研磨低粗糙度表面、钢件单晶刚玉

6、研磨不锈钢等强度高、韧性大的工件碳化物系黑碳化硅研磨铸铁、黄铜、铝绿碳化硅研磨硬质合金、硬锯、玻璃、陶瓷、石材碳化硼研磨和抛光硬质合金、陶瓷、人造宝石等髙硬度材料，为金刚石的代用 品超硬磨料系天然金刚石人造金刚石研磨硬质合金、人造宝石、玻璃、陶瓷、半导体材料等高硬难切材料立体氮化硼研磨高硬度淬火钢、髙矶高钮钢、高速钢、镰基合金软磨料系氧化铁氧化锯精细研磨和抛光钢、淬硬钢、铸铁、光学玻璃及单晶硅。筛分法一筛网相邻孔距表示，称为号数，适用于4号一240号 号数愈大表示颗粒愈小。显微镜分析法一测量颗粒大小，用WX表示，号数愈大表示 颗粒愈大。一般我们把粒度小于100的称为磨粒，100-240的称为

7、磨粉，粒度在W40以下的称为微粉。不同粒度可达到的表面粗糙度如表7 3：表7-3 磨料粒度及可达到的表面粗糙度研磨方法研磨料粒度能达到的表面粗糙度&/屮n粗研磨100* 120*0.63 1.25150* -280*0.16- 1.25精研磨W40 W140.08-0-32精密件粗研磨W14 W100.08精密件半精研磨W7 W50.08 0/)4精密件精研磨W5 W0.50.04 0.012、研磨抛光液在研磨抛光中起着调和磨料、使其均匀分布和冷却润滑的作用。常用的研磨抛光液有矿物油、动物油、植物油三类。其中10号机油最为广泛，煤油在粗、精加工都可以使用，猪油也是很好的研磨抛光液，由于含有活性

8、油酸物质，能起化 学反应，抛光效果更好。常用的抛光液如表7 4：表7-4常用研磨抛光液及用途工件材料研磨抛光液钢粗研煤油3份，全损耗系统用油1份，透平油或锭子油少量，轻质矿物油适量精研全损耗系统用油铸铁煤油铜动物油（熟猪油与磨料拌成糊状，再加30倍煤油），适量锭子油和植物油淬火钢，不锈钢植物油、透平油或乳化油硬质合金航空汽油3、研磨抛光膏是磨料和研磨抛光液的混合物，一般分为硬和软两种。在 硬的研磨膏中磨料主要是氧化铝、碳化硅和金刚石等，粒度微200、240、W40等磨粉或微粉,磨粒的硬度大于工件的硬度。软的研磨膏中主要含有氧化铝、氧化铁和氧化珞等粒度微W20以下的微粉。研磨膏一般可用煤油和汽油

9、稀释。丄5研磨抛光工具1、研具材料定义：研磨抛光中直接于工件表面接触的研磨抛光工具称为研具。一般情况下，研具的硬度稍为比工件要软一些。研具材料很 多，有低碳钢、灰口铸铁、黄铜、紫铜、硬木、塑料、皮革 和毛毡等。灰口铸铁中含有石墨，耐磨性和润滑性很好，研 磨的效果很好常用于淬火钢、硬质合金和铸铁材料的研磨， 特别是精研磨；低碳钢一般用于小孔的研磨；铜用于研磨余 量较大的情况，效率高但光泽差，这能适合粗研磨的加工。 其它软性材料的研具主要用于抛光为主的精研磨。2、研具 油石一常用于粗研磨，是磨料压制烧结而成，分粗、中、 细。根据根据表面粗糙度要求选择。 研磨平板一灰口铸铁做成。 研磨环一用于车床上

10、对外园的研磨，分固定式和可调式 研磨芯棒一固定式外园有螺旋槽容纳研磨剂（膏），可调 式外径根据孔径大小调节。如图7J研磨环，7-2研磨芯棒研磨抛光的辅助工具主要有电动机械式手持抛光机；超声波一电火花研磨抛 光工具等。716研磨抛光的工艺过程1研磨抛光的余量取决于零件的尺寸、原始表面粗糙度和最终精度要求, 般抛光的余量只要能去除加工痕迹和变质层就可以。零件公 差较大时就去公差范围内的余量。2、研磨抛光阶段和轨迹研磨抛光工艺一般分为粗研磨一细研磨一精研磨一抛光4 个阶段，磨料有粗到细，每次更换都必须清洗研具和工件。 研磨轨迹可以往复、交叉但不能重复。.2电化学抛光.2.1电化学抛光的基本原理和特点

11、基本原理1加工零件;2工具；3电子流方向;4电流方向 图7-6电化学抛光的基本原理图如图7-6：零件接直流电源 的阳极，耐腐蚀材料（不锈钢 或铝材）作为工具接负极，将 零件、工具放入电解液槽中， 形成电路产生电流，阳极失去 电子产生溶解现象，表面被不 断蚀除，随着溶解的进行，在 阳极表面会生成黏度高、电阻 大的氧化物薄膜，凸出处较薄,电阻较小，电流密度比凹处大，这样突出处先被溶解，从而 降表面低粗糙度，达到抛光的目的。2、特点 电化学抛光量很小，抛光后的尺寸精度和形状精度可控制 在0.01m m以内。 电化学抛光效率高，抛光速度不受材料的软硬而影响。 工艺简单，操作容易，设备简单，投资小。 电

12、化学抛光不能消除原表面的“粗波纹”,对工件表面的基 体粗糙度有要求，一般应为RJ6以下才好。.2.2影响电化学抛光质量的因素电解液的配方和比例要根据加工零件和选用的阴极材料来决定，（电镀手册）2、电流密度电化学抛光都是在较高的电流密度下进行的，过高时，阳 极析出的氧气过多，使电解液近似沸腾,又会影响抛光质量。3、电解液的温度一般情况下，温度低，溶解速度低，生产效率就低，此外 对电解液应进行搅拌，促使流动，及时排除电解产物，减少 温度梯度。4、抛光时间抛光的时间不能太长，一般都有一个最佳抛光时间。5、工件的金相组织状态愈均匀、致密抛光效果就愈好。非金属成分多抛光效果 差。象铸铁就不宜进行电化学抛

13、光。2.3抛光的方式整体电化学抛光法（图7 7）1工件;2工具;3床身;4伺服机构;5进给主轴;6电解液;7电解槽;8电源;9纵横匸作台图7-7整体电化学抛光示意图6、抛光表面的原始粗糙度一般情况下，原始粗糙度要求在2.5-0.8时，采用电化学 抛光才能有较好的效果。直流电源0-50V,电流密度 为80-100A/dm2,上下伺服 控制，左右前后拖板调节，间 隙5-10mm,液面高出15-20 阴极采用不锈钢、铅或石墨， 不断搅拌电解液，保持工作温 度。2、逐步电化学抛光法（图7-8为DMP-10型电化学修研抛光机）脉冲直流电源0 24V无级调节，最大输出电流10A,脉冲波 为矩形，160W的

14、电动抛光器，抛光轮的转速为8000-20000快速擦除电化学生产的氧化膜o1 一磁铁；2可调电阻；3电源討一电动抛光器；5-阀门；6泵;7电解槽;8-电解液;9吸弓I器;10磨头；11 -工件 图7-8逐步电化学抛光法示意图r/min无级调速，逐步抛光法也称为电解磨削加工，是阳极溶解和机械磨 削相结合的一种抛光方法，以电化学阳极溶解为主，磨轮 的作用主要是消除氧化膜。3超声波抛光概念：一般人耳能听到的声波为16-16000HZ, 16000Hz的声波称为超声波。用于 加工和抛光的超声波频率为16000-25000HZ,与普通声波 相比具有频率高、波长短、能量大和较强的束射性。1. 基本原理超声

15、波加工和抛光是利用工具端面作超声频振动，迫使磨 料悬浮液对硬脆材料表面机械加工的一种方法。主要作用是：磨粒在超声振动下，以很大的速度和加速度 不断撞击加工表面，对加工表面的微凸部分进行微切削加工, 从而达到抛光的目的。2、特点1、适用于加工硬脆材料和不导 电的非金属材料。2、工具对工件的作用力和热影 响较小，不产生变形、烧伤和变质层，加工精度达0.01-0.02 mm,粗糙度达1 0.1|imo3、可以抛光薄壁、薄片、窄缝 和低刚度的零件。4、设备简单，使用维修方便，/X/.1一超声发生器；2 超声换能器；3.4变糾杆;5 T.具;6炳料悬浮液；7 I.件 图7-9 超声波抛光原理示意图操作容

16、易，成本较低。5、抛光头无转动，可以做成复杂升3、设备简介（图7-10） 主要有超声波发生器、1、超声波发生器换能器和机械振动系统组成。将50Hz的交流电转变 成为具有一定功率输出的 超声波电振荡。2、换能器将电振荡变成机械振动。有压电效应式和磁致 伸缩效应式两种。3、机械振荡系统主要有变幅杆和振动工具，变幅杆又叫振荡扩大器，将换能器出来的0.005-0.01mm振幅提高到0.01 0.1mmobl变幅杆的形式有：圆锥形、指数形和阶梯形等。工具和变幅杆之间釆用机械连接或胶合方式连接，工具 沿轴向振动，工具头有固定磨料式和游离磨料式两种。 固定式：金刚石油石、电镀金刚石锂刀、刚玉油石等。 主要用

17、于粗抛光。游离式：常采用硬木、竹片等材料，在研磨表面涂上研 磨粉和工作液的混合剂，(研磨粉一般为氧化铝或碳化硅 等，工作液一般式煤油或水等)，通过超声振动使磨料产 生高速运动达到撞击零件表面的作用。4、抛光工艺(1) 抛光余量电火花加工后的模具型腔，进行超声抛光的余量一般为0.02-0.04mm,特殊情况下抛光余量应SO.15mm。（2）抛光的方式一般都要经过粗抛、细抛和精抛三个阶段。粗抛：釆用固定式磨料或180号左右的磨料进行；细抛：釆用游离式磨料，粒度在W40左右；精抛：釆用W5-W3.5粒度的磨料进行干抛，不加工作液。5、影响抛光效率的因素（1）工具的振幅和频率从原理上讲，增大振幅和频率

18、会提高抛光的效率，但过大 又会增加能量的消耗和降低变幅杆和工具的使用寿命，一般 情况下振幅控制在O.Ol-O.lmm,频率控制在16000-25000HZ 之间。（2）工具对零件表面的静压力抛光式工具对工件的进给力称为静压力。压力过大，磨料 和工作液不能顺利更新和交换，降低生产效率。压力过小， 降低磨粒对工具的撞击力和切削能力，同样降低效率。(3) 磨料的种类和粒度高硬度材料的抛光选择碳化硼磨料；硬度不高的脆性材料 采用碳化硅磨料。磨料的粒度于振幅有关：当振幅0.05mm 时，磨粒愈大加工效率愈高；当振幅V0.05mm时，磨粒愈小 加工效率愈高。(4) 料液比磨料混合剂中磨料和工作液的体积或质

19、量之比称为料液比。 过大或过小都会使抛光效率降低。常用的料液比为0.5-lo6、超声抛光时影响抛光表面质量的抛光的质量指标主要是表面粗糙度，它与磨料粒度、工件 材料的性质、工具的振幅等有关，通常是：粒度小，材料硬, 超声振幅小，则表面粗糙度的改观就愈大。此外，煤油和机油比水质工作液效果要好。.4挤压研磨抛光属于磨料流动加工过程，不但可以进行光整加工还可以去 毛刺，效果非常好。1、基本原理将含有磨料的油泥状黏弹性高分子介质组成的黏弹性抛光 剂，用一定的压力挤过被加工表面，实现磨粒对表面的微切 削加工，去除表面微观不平的工艺方法。是一种微磨削或刮 削的工艺方法。2、特点1适用范围广；2、抛光效果好

20、；如线切割表面，抛光后尺寸精度达0.01-0.0025mm,表面 粗糙度达0.04-0.05|imo3、抛光效率高。抛光余量微0.01-0.1m m则 需要儿分钟或十儿分钟。3、黏弹性研磨抛光剂和设备 这种搠光剂称为黏性磨料抛光机多为立式对置活塞式,1 一上磨室;2上活塞；3 研磨拋光剂；4 一夹具;5 工件;6下磨室；7-下活塞图7-15挤压研磨抛光的加工过程挤压研磨抛光的夹具必须具备以下作用： 定位和夹紧作用； 容纳和引导研磨抛光剂通过零件需要抛光的部位； 阻止和保证研磨抛光剂不流过不需要加工的部位。必须根据加工零件的形状和尺寸、研磨抛光的需要合理进行研磨夹具的设计。如图7 16为常用夹具

21、形式。4、工艺参数（1）磨料的种类、粒度和研磨抛光剂中的含量 根据加工零件材料的类型和要求决定。（2）研磨抛光剂的黏度221一模具；2夹具图7-16 挤压研磨抛光夹具a）阶梯型孔；b）凸模;c）,d）型腔完全是抛光采用高黏度，有去毛刺或倒圆性质的选用中 等黏度的研磨抛光剂。（3）挤压压力根据机床能力，有低到高，一般机床能力为700-2000kPa（4）速度或流量在机床范围内选取，一般为7-225L/mino.5其它光整加工方法1、喷丸抛光利用含有细微玻璃球的高速气流或液体流对加工表面进行 喷射，去除表面微量金属材料，从而达到降低表面粗糙度的 目的。与喷砂不同，粒度很小，不能循环使用。1一气瓶;

22、2过滤器；3压力表;4振动器；5膺料混合室；6控制阀；7手辆；8排气罩汐一收集器；0工件订1喷嘴图7-17喷丸抛光加工装置主要用于去除电火花加工或化学加工后的表面变质层，此外 还有强化作用。影响加工速度和质量的主要因素有： 喷丸的粒度大小：10-150|im气体或液体的流量、一般流量28L/min,压力0.2-1.3MPa,流速 152-335m/so喷嘴直径般为0.13-1.2mm, 角度和距离根据工件的形状选择，最佳角度为45度。2、计算机程序控制抛光设备主要是对一些非规则曲面的抛光，有计算机、数控系统 机械系统和附件组成。6照相腐蚀加工广泛应用于模具成型表面上的图形、文字和花纹的加工。采用照相制版和化学腐蚀相结合的,简单的图和文字也可以用雕刻机或电火花加工。1、特点是一种对模具成型表面的精饰加工的特殊工艺方法： 采用照相图文精度高，仿真性强，腐蚀深度均匀； 可以在淬火或抛光后进行； 可以在复杂曲面上加工图文； 可靠性好，一般是在最后一道工序进行加工。2、对模具成型零件的要求 具有良好的图文蚀刻性能：晶粒细而致密，组织结构均匀。 在侧边蚀刻时，拔模斜度要增大。 表面粗糙度 镶块结构的使用3、照相腐蚀加工实例：如电器开关盒塑料模具的加工