模具表面精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一，也正是模具鉗工勞動強(qiáng)度大、成為模具加工瓶頸的原因之一。特別反映在硬度較大的金屬、壓鑄模具進(jìn)行最后組裝過程。我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅質(zhì)量不穩(wěn)定、周期長，而且工人作業(yè)環(huán)境差，制約了我國鑄造模具向更高層次發(fā)展。對于模具復(fù)雜型腔和一些狹縫的曲面精加工，傳統(tǒng)的機(jī)加工方法已無法勝任，必須采用其它的工藝措施，如電化學(xué)或電化學(xué)機(jī)械光整加工技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種模具的加工工藝要求越來越高。提高模具拋光的速度和質(zhì)量使我國模具制造工藝達(dá)到世界先進(jìn)水平，已成為刻不容緩的重要課題。
在模具表面精加工技術(shù)中，主要的可以分為兩大部分，即傳統(tǒng)精加工技術(shù)和非傳統(tǒng)精加工技術(shù)。傳統(tǒng)精加工技術(shù)主要是以手工研磨拋光為主和現(xiàn)在發(fā)展起來的機(jī)械精加工 ；非傳統(tǒng)精加工主要包括化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光、電解研磨、電化學(xué)機(jī)械光整加工、超聲波加工、磁流變拋光、激光拋光技術(shù)以及電火花拋光等。下面就主要的加工方法和工具進(jìn)行介紹。
圖1 各種加工方法所得表面形貌對比
1. 方法與設(shè)備
(1) 手工研磨拋光
該方法是傳統(tǒng)模具精加工所采用的主要手段，也是我國目前仍廣泛采用的方法之一。該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗技藝水平，但效率低(約占整個模具周期的1/3)，且工人勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。但就目前的社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，暫時還不能完全淘汰這種加工手段。
(2) 數(shù)字式模具拋光機(jī)
最近看到一款數(shù)字拋光機(jī)的報道，這種拋光工具采用數(shù)字化控制，數(shù)字式顯示和控制工藝參數(shù)，備有整套磨頭及磨料，半自動拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。其工藝特點(diǎn)主要有：
具有平整功能，最大可平整的波紋長度為75mm。
和手工拋光相比，功效提高一倍，質(zhì)量提高一個數(shù)量級。
質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好。
應(yīng)用范圍：a，材料：各種模具材料，包括鑄鋼、鍛鋼、鋁合金及鋅基合金。b，模具表面尺寸：100×100－1,500×3,000mm。
(3) 超聲波模具拋光機(jī)
該拋光工具采用高頻電火花脈沖電源與超聲波快速振動研磨的原理進(jìn)行拋光。它能完成一般拋光工具(電磨軟軸等)難以伸入的窄槽、窄縫、邊、角等曲折部位的拋光，拋光后不塌棱角，不影響模具的精度。該工具可以解決用戶過去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題。并且縮短了拋光時間提高了工作效率。為了提高粗糙度大于Ra1.6工件的拋光速度，工具采用超聲波與專用的高頻窄脈沖高峰值電流的脈沖電源復(fù)合進(jìn)行拋光，由超聲波的沖擊和電脈沖的腐蝕同時作用于工件表面，能迅速降低其粗糙度，對各種特殊加工后的粗硬表面十分有效。采用該工具進(jìn)行拋光，可快速對粗糙表面整形拋光，不受工件形狀、材料硬度限制，對原始表面粗糙度沒有要求，功效比較高。
(4)用高速銑削技術(shù)作為模具半精加工和精加工的手段
從80年代以來，隨著高速銑削技術(shù)的成熟與發(fā)展，模具型面加工已多采用此項加工工藝手段，用EDM進(jìn)行模具型面精加工和拋光的工藝已逐漸減少，這主要是因為 ：除有內(nèi)銳角的型腔和極窄而深的型腔外，基本都可用高速銑削代替EDM加工 ；采用高速銑削加工模具型面可比EDM加工節(jié)省25%～60%加工工時 ；高速銑削的型面表面質(zhì)量好，可避免EDM加工可能出現(xiàn)的表面微細(xì)型紋；高速銑削能加工45～60HRC硬表面，精銑面粗糙度可達(dá)Ra=0.63mm，減少手工拋光工時 ；省卻EDM加工電極的制造環(huán)節(jié)，顯著縮短制模周期。
“高速銑削”在德國和日本已成為模具半精加工、精加工的主流工藝手段，我國正積極發(fā)展中。
(5) 電化學(xué)和電化學(xué)機(jī)械光整加工
電化學(xué)及其復(fù)合光整加工技術(shù)主要是靠金屬工件的電化學(xué)陽極溶解原理來加工，屬于離子的去除。且因為是非接觸加工，沒有加工變形層、變質(zhì)層和殘余應(yīng)力；工具無磨損，可以長期應(yīng)用 ；不產(chǎn)生飛邊及毛刺。圖1為各種加工方法所得表面形貌對比。
圖2 電化學(xué)機(jī)械精整加工效果圖
圖2為大連理工大學(xué)周錦進(jìn)教授課題組用電化學(xué)機(jī)械方法對軸承進(jìn)行的光整加工。它取代滾道超精工藝，可以大幅度提高滾道表面質(zhì)量，改善和彌補(bǔ)磨加工缺陷，粗糙度、波紋度及圓度與滾道超精后的“三度”相比量化后的精度儲備在80%以上。采用電化學(xué)機(jī)械加工比一般超精加工的壽命可提高5倍以上。雖然這里以軸承為例，但該技術(shù)同樣完全可以應(yīng)用到模具表面的精整加工中。
2. 模具表面精加工的發(fā)展趨勢
模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。另外，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光方法，如擠壓研磨、電化學(xué)拋光、超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。
隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展，加工精度超過1mm的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將得到發(fā)展。兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點(diǎn)的復(fù)合加工技術(shù)在今后的模具制造中前景廣闊。
模具表面精加工中的磨削加工
磨削加工采用的機(jī)床有三種主要類型 ：平面磨床、內(nèi)外圓磨床及工具磨具。精加工磨削時要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的產(chǎn)生，即使是十分微小的裂紋，在后續(xù)的加工使用中也會顯露出來。因此，精磨的進(jìn)刀要小，不能大，冷卻液要充分，尺寸公差在0.01mm以內(nèi)的零件要盡量恒溫磨削。由計算可知，300mm長的鋼件，溫差3℃時，材料有10.8mm左右的變化，10.8=1.2×3×3(每100mm變形量1.2mm/℃)，各精加工工序都需充分考慮這一因素的影響。
精磨時選擇好恰當(dāng)?shù)哪ハ魃拜喪种匾?，針對模具鋼材的高釩高鉬狀況，選用GD單晶剛玉砂輪比較適用，當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度高的材質(zhì)時，優(yōu)先采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪，有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨利性好，磨出的工件粗糙可達(dá)Ra=0.2mm，近年來，隨著新材料的應(yīng)用，CBN砂輪，也即立方氮化硼砂輪顯示出十分好的加工效果，在數(shù)控成型磨，坐標(biāo)磨床，CNC內(nèi)外圓磨床上精加工，效果優(yōu)于其它種類砂輪。磨削加工中， 要注意及時修整砂輪，保持砂輪的銳利，當(dāng)砂輪鈍化后，會在工件表面滑擦、擠壓，造成工件表面燒傷，強(qiáng)度降低。
板類零件的加工大部分采用平面磨床加工，在加工中常會遇到一種長而薄的薄板零件，此類零件的加工較難。因為加工時，在磁力的吸附作用下，工件產(chǎn)生形變，緊貼于工作臺表面，當(dāng)拿下工件后，工件又會產(chǎn)生回復(fù)變形，厚度測量一致，但平行度達(dá)不到要求，解決的辦法可采用隔磁磨削法，磨削時以等高塊墊在工件下面，四面擋塊抵死，加工時小進(jìn)刀，多光刀，加工好一面后，可不用再墊等高塊，直接吸附加工，這樣可改善磨削效果，達(dá)到平行度要求。
軸類零件具有回轉(zhuǎn)面，其加工廣泛采用內(nèi)外圓磨床及工具磨床。加工過程中，頭架及頂尖相當(dāng)于母線，如果其存在跳動問題，加工出來的工件同樣會產(chǎn)生此問題，影響零件的質(zhì)量，因此在加工前要做好頭架及頂尖的檢測工作。進(jìn)行內(nèi)孔磨削時，冷卻液要充分澆到磨削接觸位置，以利于磨削的順利排出。加工薄壁軸類零件，最好采用夾持工藝臺，夾緊力不可過大，否則容易在工件圓周上產(chǎn)生“內(nèi)三角”變形。
