磁力研磨在模具型腔精加工的应用

《模具工业》2003. No . 1 总 263 51 磁 力 研 磨 在 模 具 型 腔 精 加 工 的 应 用 肖作义 1 , 赵玉刚 2 , 吴文权 1 (上海理工大学 ,上海 200093 ;2. 山东理工大学 , 山东淄博 255012) 摘要 : 提出一种新的模具型腔精加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ———磁力研磨法 , 并对该方法在模具型腔精加工中的应用给 予了充分的论证 , 同时对影响磁力研磨的一些因素进行了讨论 , 提出了该技术在模具精加工中的应用 前景。 关键词 :磁力研磨 ;模具型腔 ;精加工 中图分类号 : T G580. 680 ; T G739 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2168(2003) 01 - 0051 - 04 The Appl ication of Magnetic Abrasive Machining to the Precision Processing of Mould Cavities XIAO Zuo- yi 1 , ZHAO Yu- gang 2 , WU We n- quan 1 ( The U nive rsi t y of Shanghai f or Scie nce and Technology , Shanghai 200093 , Chi na ; 2. Shandong U nive rsi t y of Technology , Zibo , Shandong 255012 , Chi na) Abstract : A new way f or p r ecision p r ocessi ng of mould cavi t ies , magne t ic abrasive machi ni ng , was p ut f or war d . The applicat ion of magne t ic abrasive machi ni ng t o t he p r ecision p r ocessi ng of mould cavi t ies was f ully e xp ounded . Some f act ors t hat would aff ect t he magne t ic abrasive ma2 chi ni ng we r e discuss ed . And t he applicat ion p r osp ects of t he t echnology t o t he p r ecision p r o2 cessi ng of moulds we r e s t at ed . Key words : magne t ic abrasive machi ni ng ; mould cavi t y ; p r ecision p r ocessi ng —————————————————————— 作者简介 : 肖作义 (1966 - ) , 男 , 山东郓城人 , 副教授 , 在读博 士 ,主要研究方向 : 特种加工、塑性成形、模具加工制造及 CAD 的研究 , 地址 : 山东淄博 , 山东理工大学机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 , 电话 (0533) 2760632 ,Email :xzy4692 @sina . com 收稿日期 :2002 - 03 - 12 1 引 言 随着科学技术的发展 , 模具的数量逐渐增加 , 对模具的质量和寿命的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 也越来越高。模具的使 用寿命与模具的制造精度 , 特别是工作部分 ———模 具型腔的精度和表面粗糙度有着密切关系。模具型 腔与制件之间的摩擦因数越小 , 模具的磨损就小 , 寿命相应提高 , 而模具型腔表面的精度与粗糙度又 影响着加工产品的光泽和尺寸精度 , 除了在其成形 工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外 , 主要由模 具型腔粗糙度来决定。同时光滑的型腔可使塑料制 品易于脱模 ,不会发生粘结现象。 但是 , 一般模具型腔经过机械加工或电火花加 工后 , 往往留下了刀痕和电火花的“白亮层”。而在 模具使用过程中 , 由于模具型腔的磨损加大了表面 粗糙度值。这些缺陷必须经过模具型腔的精整加工 来解决。 模具型腔的精加工工序是模具加工的最后一道 工序 ,是直接影响模具质量好坏的最重要的一环 ,它 占整个模具加工量的 30 %～40 % , 因此倍受国内外 专家的重视。在我国尽管模具加工的大部分工序 (车、铣、刨、磨、电火花、线切割等) 已经实现了高度 的自动化 , 但模具的精整加工大部分仍采用手工加 工的方式 , 在一定程度上严重地影响了我国模具工 业的发展。 所谓精整加工就是在保证零件型面精度的前提 下 , 降低零件表面粗糙度值的加工方法。目前常用 的方法有 : 手工抛光、超声波抛光、化学与电化学抛 光等等。在这些方法中 , 手工抛光是最常用的精整 方法 ,因为手工抛光运动灵活 ,可以加工任何复杂的 型腔 ,但同时该方法的劳动强度大 ,生产效率低 ,产 品的质量没有保障。而其它方法虽然效果也不错 , 从产品的质量、加工的效率和工人的强度都有很大 的改善 ,但由于模具型腔的复杂性、多样性、不规则 性 , 使得这些加工工具很难完全沿着工件的轮廓线 加工 ,有时是受这些型腔空间的限制 ,所以很多精整 加工方法只能在某些领域有自己的用武之地 , 却很 难广泛地推广使用。 52 《模具工业》2003. No . 1 总 263 磁力研磨精加工方法则克服了以上的弊端 , 它 是把磁场应用于传统的研磨技术中所开发出的一 种新的研磨技术。该技术在我国的研究和推广仅是 最近几年才进行 ,由于它的柔性、自适应性 ,在加工 复杂的模具型腔表面方面具有独到的效果。 2 磁力研磨的原理 磁力研磨加工的示意图如图 1 所示 , 把磁性磨 料放入磁场中 , 磁性磨料在磁场中将沿磁力线的方 向有序地排列成“磁力刷”。把工件放入 N 、S 磁极中 间 , 并使工件相对于 N 极和 S 极保持一定的距离 , 当工件相对于磁极做相对运动时 , 磁性磨料将对工 件表面进行研磨。磁性磨料在工件表面的运动状态 通常有滑动、滚动和切削 3 种形式 , 当磁性磨粒在 加工中受到的磁场力大于切削力时 , 磁性磨料处于 正常的切削状态 ; 当磁性磨粒受到的磁场力小于切 削力时 , 磁性磨料就会产生滑动或滚动。所以磁力 研磨的加工机理既有利用磨粒对工件不平的凸出 处进行切削的作用 , 同时也有磨粒在滑动或滚动过 程中对工件表面的挤压压平的作用。 图 1 磁力研磨的原理 1. 磁极 2. 工件 3. 磁粒 3 磁力研磨在模具光整加工中的应用 到目前为止 , 磁力研磨虽然在国外许多领域都 已有成熟的应用 , 但在我国 , 真正在生产中的应用 还很少 , 多数是处于实验研制阶段。因此完整的磁 力研磨机床还没有 , 多数是在车床或铣床上通过增 加一些辅助的工装来完成的 , 尤其是在 NC 铣床 上 , 其功能更加完善。这样虽然在加工上受一定的 影响 ,但设备的投入却很少 ,应用更加方便。图 2 所 示实验装置 , 是在 1 台数控铣床上 , 加上一些辅助 工装来实现的。要加工的工件安装在工作台上 , 磁 极通过线圈中的铁芯安装在铣床的主轴上 , 利用工 作台的二维运动和主轴的上、下运动实现工件三维 曲面的加工。 图 2 磁力研磨装置 1. NC 铣床 2. 线圈 3. 铁芯 4. 磁性磨料 5. 工作台 6. 工件 模具型腔的加工主要是对塑料模、锻模以及冲 模的加工 ,其中塑料模、锻模的型腔尤为复杂 ,多数 是不规则的三维曲面 , 特别是对一些沟槽的加工就 更加困难。但利用磁力研磨却可以解决这一问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 原因是利用磁力研磨进行加工时 , 磁极和加工表面 并不相接触 ,二者之间有一定的间隙 ,磁力研磨的切 削作用是靠磁性磨粒完成的 , 而磁性磨粒是直径很 小的粉粒 , 在磁场力的作用下紧紧地围绕在磁极与 工件之间的空隙里 , 随着工件轮廓形状的改变而改 变 ,相当于柔性的刷子 ,有人称之为“磁力刷”。所以 即使磁极运动路线与工件的轮廓线有微小的误差 , 这时“磁力刷”可以自行调节 ,并不会影响工件的加 工精度。而且对于工件上的沟槽同样可以加工 ,如图 3 所示。 图 3 磁力研磨加工 1. 磁极 2. 磁粒 3. 工件 下面分几种情况来讨论利用磁力研磨加工模具 的型腔 : (1) 对于三维切削曲面的精整加工。模具型腔 的加工分为模具的预加工和精加工 , 对于型腔模的 预加工方法之一是采用切削加工 , 多数采用仿形铣 《模具工业》2003. No . 1 总 263 53 床或数控铣床加工出型腔形状 , 然后再精整成形达 到所要求的精度。在这种情况下 , 利用磁力研磨的 方法进行精加工较方便 , 可以利用预加工的铣床安 上磁力研磨所需的装置 , 进行磁力研磨就可以 , 这 样可以直接利用切削加工时的 NC 数据 , 可以省去 过去用磨床需要移动模具及其调试等操作工序。 (2) 电火花加工后的型腔面的精整加工。随着 特种加工技术的不断成熟 , 用电火花方法加工型腔 的应用越来越多。用电火花加工后的型腔表面形成 了渗碳硬化和熔融再凝固等变质层 , 这层变质层很 硬 , 其中有较多的显微裂纹 , 并且还有较大的拉应 力 ,降低了模具型腔的抗疲劳强度 ,要去除。以前由 于受型腔的复杂性限制无法采用机械加工去除 , 大 多采用手工研磨 , 劳动强度很大 , 但采用磁力研磨 就很容易去除 , 因为磁力研磨既有磨削的优点 , 又 有手工操作的灵活性 , 完全可以达到所要求的精 度 ,表面粗糙度一般可达到 R a = 0. 1μm 左右。 (3) 非磁性 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的研磨。非磁性材料也可以通 过磁力研磨的方法进行精加工。例如铝和铜经过磁 力研磨后表面的粗糙度可以达到 R a = 0. 2μm 左 右 , 还有像玻璃、硅片以及一些合金材料等非磁性 材料均可用磁力研磨的方法来加工 , 不过要在工件 的下面放置磁铁或铁板 , 使其产生加工压力 , 但工 件不能太厚。 因此 , 磁力研磨在各种预加工的情况下 , 都可 以进行精整加工。 4 影响磁力研磨的参数 4. 1 磁性磨粒 在磁力研磨中 , 磁性磨粒是最关键的因素 , 它 的性能、大小直接影响加工工件的质量、稳定性以 及加工的效率 , 所以对磁性磨粒的制备工艺深受国 内外专家的重视 , 力求降低成本 , 提高磨削能力和 使用能力。最简单的磁性磨粒的制备方法就是把硬 质合金 ( Fe-C、Fe-A I-C、Fe- Ti 等) 制成粉末 ,这些 通常应用于研磨软质合金或有色金属。对于耐磨材 料的工件进行研磨时 , 一般应用的磁性磨粒是用氧 化铝、碳化硅、金刚石等硬质磨料与铁磁性粉末复 合 , 一般采用烧结的方法制作 , 也还有许多其它的 制备方法。 磁性磨料的性能决定加工的稳定性 , 以及自身 的寿命和加工的效率 , 但同时磨粒的大小对加工的 精度、金属的去除量等也有很大的影响。一般颗粒 越小加工的表面粗糙度值越小 , 但加工效率会有所 降低。 4. 2 磁场的强度 磁性磨料受到的作用力与磁场的强度的平方成 正比 ,增大磁场的强度 ,磨削力增强 ,金属的去除量 增多 ,加工效率提高 ,但工件表面的粗糙度值变大。 所以要根据工件的尺寸、材质和表面粗糙度来选择 合适的磁场强度。 4. 3 工作间隙 一般对于每一种材料都有一个最佳工作间隙范 围 ,在这个范围内就可以获得较小的 R a 值 ,过大或 过小的工作间隙都将使 R a 值增大。当工作间隙较 小时 ,形成的磁串较短 ,“磁力刷”的柔性降低 ,对表 面的划伤严重 , 导致 R a 值增大。当加工间隙过大 时 ,磁阻变大 ,磁感应强度减弱 ,研磨压力减小 ,研磨 效率降低。一般的工作间隙为 1～3mm ,在粗研磨时 间隙值选得小一点 ,精研磨时 ,间隙值选得大一点。 4. 4 磁极与工件的相对运动速度的影响 在正常的工作情况下 , 工件相对磁极的运动速 度越快 ,单位时间内磨削的长度增加 ,材料的去除量 大 , R a 值相应减小得快。但工件相对于磁极的速度 大到一定程度时 , 磨料会沿着工件回转的切线方向 飞出 ,使加工的稳定性受阻 ,严重时 ,工作间隙里的 所有磨料都会飞出而失去研磨的能力。 除以上因素外 , 还有很多因素给加工带来一定 的影响 ,如磁极的形状、加工的材质、加工的时间等 因素。 5 结束语 (1) 磁力研磨是一种很有前途的精密加工方 法 ,是解决模具型腔光整加工的有效工艺之一。 (2) 数控技术与该技术的完美结合 , 使磁极能 严格按照工件的轮廓形状自动进给 , 将是磁力研磨 技术真正地应用于模具型腔精加工的关键。 (3) 尽管现在磁性磨粒的制备方法较多 , 但真 正达到要求的磁性磨粒仍很少 ,所以制备出寿命长、 性能稳定的高质量的磁性磨粒仍是该技术推广使用 的核心。 参考文献 : 54 《模具工业》2003. No . 1 总 263 一次成型凸模和凹模电火花线切割加工 李明奇 1 , 熊光耀 1 , 李明辉 1 , 洪福民 2 (1. 上海交通大学 , 上海 200030 ; 2. 上海大量电子设备有限公司 , 上海 200233) 摘要 : 介绍了一次成型凸、凹模线切割加工时斜度角、预斜角和穿丝孔位等基本参数的设置 , 并结合实 例和实践经验对其计算和线切割编程处理进行了分析 , 在线切割机上运行结果表明 , 该方法是有效和 可靠的。 关键词 :线切割 ;凸、凹模 ;一次成型加工 中图分类号 : T G484 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2168(2003) 01 - 0054 - 03 EDM Wire Cutting f or Simultaneously Manufacturing the Punch and Matrix L I Mi ng-qi 1 , XION G Guang- yao 1 , L I Mi ng- hui 1 , HON G Fu- mi n 2 ( 1. Shanghai J iao Tong U nive rsi t y , Shanghai 200030 , Chi na ; 2. Shanghai Tr oop Elect r onics Equip me nt Co ., L t d ., Shan ghai 200233 , Chi na) Abstract : The s e t t i ngs of t he basic pa ramet e rs i ncludi ng t he slop e angle , t he p r e-slop e angle and t he t hr eadi ng hole p osi t ion i n wi r e cut t i ng f or si mult aneously manuf act uri ng t he p unch and mat ri x we r e i nt r oduced . The calculat ion of t he pa ramet e rs and t he p r ogrammi ng t r eat me nt f or wi r e cut t i ng we r e anal yzed r elat i ng t o e xamples and p ract ical e xp e rie nce . By r unni ng on t he WEDM e quip me nt , t he met hod was p r oved t o be eff ect i ve and r eliable . Key words : wi r e cut t i ng ; p unch and mat ri x ; si mult aneous manuf act uri ng [ 1 ] 余承业 . 特种加工新技术[ [ M ] . 国防工业出版社 , 1995. [ 2 ] 庞滔等 . 超精密加工技术[ M ] . 国防工业出版社 , 2000. [ 3 ] Shinmuya T. St udy on a new finishing p rocess of fine ceramics by magnetic abrasive machining[J ] . int . J . J apan Soc . Prec . Eng. ,1994 ,28 (2) 1 引 言 用线切割加工配套的凸模和凹模时 , 通常利用 2 块坯料分别切割凸模和凹模的方法 , 不仅浪费材 料 ,增加模具制造成本 ,而且凸、凹模之间的配合间 隙及配合精度难以控制。采用线切割锥度加工的功 能 , 一次切割出凸、凹模的加工方法 , 如图 1 所示 , 将割下来的坯料作凸模 , 所割型腔孔作凹模 , 只要 能够正确设置基本的加工参数 , 则凸、凹模形状相 吻合 ,间隙均匀合理 ,可以较好地解决上述问题 ,加 工出高质量的模具。文献[ 1～3 ]结合传统经验对这 一方法进行了简略的定性描述 , 但并未给出该方法 核心部分的计算和处理过程。而这一方法在实际加 工中 ,难点在于根据模具加工要求 ,设置锥度切割加 工的斜度角、预斜角和穿丝孔位等基本参数。本文 以此为出发点 ,通过计算并将结果引入线切割编程 , 结合实例 ,介绍了利用线切割工艺一次成型凸、凹模 的方法。 图 1 线切割一次成型凸、凹模示意图 —————————————————————— 作者简介 : 李明奇 (1976 - ) ,男 ,河南南召人 ,在读博士研究生 , 主要研究方向为模具 CAD/ CAM、电火花数控加工。地址 :上海 市番禺路 222 弄 28 号 2301D 室 ,电话 : (021) 32261111 , E-mail : muzi-lee @263. net 收稿日期 :2002 - 01 - 16