自由曲面模具精整加工分析.doc

自由曲面模具精整加工分析谭文平（株洲金利金属容器厂 株洲 412005）摘要：模具型腔表面的精整加工，直接影响模具质量的好坏。本论文以电化学、磁研磨和机器人3种非传统抛光技术为例，概述了其工作原理和特点及应用，对超声、离子束2种超精密加工技术作了简要介绍，提出应以自动化技术引领工艺进步，注重产品质量和用户需求。关键词：精整加工；模具；抛光；机器人Analysis of Free Surface of Mold FinishingTan Wenping( Zhuzhou Jinli Metal Container Factory, Zhuzhou, 412005)Abstract:The mold quality is inflected by finishing of the mold cavity surface directly affecting. In this thesis, we take electrochemical, magnetic grinding and robot 3 kinds of non-traditional polishing techniques for example, an overview of its working principle and characteristics and application. Briefly introduce two kinds of ultra-precision machining technology of ultrasound, ion beam. We proposed should lead the process advances, automation technology and focus on product quality and user needsKey words: Finishing; Mould; Polishing; Robot1.引言模具是机械加工中重要的生产工具，因此用模具生产的产品的质量好坏，以及使用寿命的长短，都与模具表面粗糙度的高低有很大的关系。此外，产品的耐磨、防腐蚀和抗疲劳等性能的好坏也与模具表面质量有直接的关系。由于先进技术的发展特别是数控、电火花加工以及CAD/CAM系统的应用，使得复杂曲面的加工基本实现了自动加工，然而模具的精加工技术却受到一定的限制，一直停留于手工操作的阶段，但是精加工工序占总加工量的30%40%，因此成为模具加工行业的一大难题。2. 非传统整形抛光2.1 电化学光整加工电化学及其复合光整加工技术主要是依据金属工件表面的电化学阳极溶解原理，属于离子的去除。因此电化学光整加工工艺生产率约为机械光整加工的510倍。但是抛光效果也受到电解液和电流密度以及电解时间和电解温度的影响。传统的电化学抛光工艺加工已经具备很高的效率，但是表面粗糙度质量较差，只能较原来降低12级，此外酸性的电解溶液也会对坏境产生和大影响，因此大型、复杂零件的光整加工一般不采用电化学加工技术1。日本学者对线切割加工型面进行光整加工采用脉冲电化学成对电极的方法，实验结果获得了较好的表面质量；但这种采用成型电极加工的方法，通用性较差2。电解加工采用脉冲电流主要目的是提高成型精度3-8。而且脉冲电化学光整加工对于提高工件表面质量有很大的作用，例如降低表面粗糙度、提高表面反射率等。通过一系列的实验证实影响表面质量的重要因素有：电流的密度以及电解液溶质。例如对1Crl8Ni9Ti试件和A3、45及T8钢试件，电流密度宜采用4055A/m，电解液质量分数1525。总之电化学加工已经成为一种重要的光整加工技术。2.2 磁粒光整加工光整加工作为模具型腔加工的最后一道工序，对于其后产品的质量有着很大的影响，但是对于型腔表面形状复杂模具，一般的光整加工手段却很难得到理想的效果。磁研磨加工法以其良好的柔性、自适应性、可控性特点，在复杂形状工件的光整加工中发挥了巨大的作用。因此这些年内越来越受到大家的关注。所谓磁研磨法，就是通过磁场中磁力的作用，将磁性研磨粒子吸压在工件表面，磁性研磨粒子在，工件表面与磁极之间的间隙中沿磁力线整齐排列，形成磁性刷，最后由于磁力的作用压附在工件表面上。旋转磁场或旋转工件使磁性刷与工件表面产生相对运动，从而完成对工件表面的研磨加工。磁力研磨的特点主要有：（1）工件表面与磁极之间的间隙，使得加工过程中具有很好的加工柔性，因此可以对多种形状的表面进行加工处理；（2）位于加工间隙中的研磨粒子也形成了磁性刷，能够随着工件形状而改变，因此在工件表面的加工中，不受表面形状的限制，例如仿形压附、翻滚、分离；（3）磁力研磨加工中，对于过去所无法加工的领域，现在只需改变外部的磁铁变换磁力线的方向，就可以达到控制磁性研磨粒子的轨迹，使得磁性研磨粒子按照规定加工内表面9。（4）对于模具型腔、弯管内部、小瓶颈容器等普通刀具无法深入的内部表面的加工，磁力研磨技术再次发挥了其独特的穿透性能。2.3 机器人柔性抛光技术工业机械手和机器人的快速发展为模具自动抛光加工提供了新的方向。目前处于世界领先地位的是日本的机器人模具抛光加工技术，在我国复杂曲面的粗加工已经开始采用这种加工手段，但是在重要的经加工领域始终没有很好地发展。目前机器人柔性抛光系统的主要特点包括：（1） 能够实现恒力抛光加工，码盘读数用来确定进给摆杆的位置。并且抛光力的值可以通过电机间的电流测量而得到。进行加工操作时，抛光轮由丝杆带动实现运动。并且在任意时刻能够保持加工时力的恒定不变。（2） 加工过程中能够实现加工点及加工平面保持不变，方便了编程。在加工过程中抛光轮的半径变化能够由轮径检测机构检测，而抛光轮的横向进给运动主要由步进电机提供动力驱动滚珠丝杠。同时也使得加工平面上的加工点位置保持不变，便于编程实现。（3） 结构紧凑。摆杆机构的设计及对各个机构的优化，缩减了整体尺寸，减小了占地体积，大大节省了空间。3. 超精密整形抛光目前超精密加工技术，已经从亚微米级向纳米级不断发展，成为衡量一个国家机械制造水平的标准。但是我国机床的精度等级较低，一定程度上限制了，我国超精密加工技术的发展。但是对加工设备和环境质量要求较低的精密研磨抛光，却能够得到很好的发展，逐渐实现了纳米级甚至原子级的加工。3.1 超声研磨抛光超声研磨抛光的工作原理是在超声振动工具头的端面和工件表面之间填充磨料，因此是一种非接触式超精密研磨方法。以一定的频率振动的超声振动工具，带动微细磨料对工件表面进行冲击，从而实现对工件表面的研磨，通过工作台的平面运动或曲面运动，实现对工件的加工。超声研磨应用范围很广，不仅包括各种硬性、脆性以及塑性材料，还包括平面、复杂曲面等。3.2 离子束抛光不同于机械抛光，离子束抛光是在真空状态下使用离子枪将被充电的高能原子或离子射向工件，当高能量的离子对工件表面进行撞击时，能够实现原料的量子级去除，并且材料去除量取决于离子束溅射的时间。但是这种加工方法效率较低，而且要经过预抛光步骤，才能够实现对非对称的自由曲面、球面和非球面等工件表面经加工处理。此外离子束抛光所用设备需要的成本较高。4. 结束语近年来新理论、新技术以及新工艺的不断涌现，使得自由曲面模具精整加工技术不断发展。集成化、智能化、柔性化和网络化已经逐渐发展成为未来模具制造业的发展方向，因此技术革新和产业进步应该以提高产品质量缩小加工成本为发展方向。同时还要尽量缩短设计和制造周期，以达到降低生产成本，和最大限度地提高模具制造业行业发展水平，最大限度的满足用户需求的目的。参考文献：1刘今起中性电解抛光及其对电物理加工的表面处理作用J电加工 ，1993(1)：12152MASUZAWA T. Quick finishing of WEDM products by ECM using a mateelectrodeJAnnals of the CIRP，1987，26(1)：1241273RAJURKAR K P, ZHU D，MCGEOUGH JA，et a1. New development in electrochemical machining J.Annals of the CIRP,1999,48(2):5675794RAJURKAR K P,KOZAK J,WEIB,eta1.Study of pulse electrochemical machining characteristics J. Annals of the CIRP, 1993, 42(1): 2312345CHETTY O V, MURTHY R V G K, RADHAKRISHNAN V. On some aspects of surface formation in ECM J. J Eng Ind, 1981, 103(8): 3413486KONIG W , LINDERLAUFP.Surface generation in electrochemical machiningJ.Annals of the CIRP, 1978, 27(1):971007王建业，徐家文电