影响模具表面质量的因素及改善表面质量的途径
如前所述,加工表面的几何特征包括表面粗糙度、表面波度、表面加工纹理、伤痕等"个方面的内容,其中表面粗糙度是构成加工表面几何特征的基本内容。
1、切削加工后的表面粗糙度
标准规定,表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz或轮廓大高度Ry的数值大小表示,并要求优先采用Ra。
切削加工后的表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度。影响切削残留面积高度的因素主要包括刀尖圆弧半径rε、主偏角kr、副偏角kr及进给量f等。
图9-7给出了车削、刨削时残留面积高度的计算示意图。图9-7a是用尖刀切削的情况,切削残留面积的高度为:


图9-7b是用圆弧刀刃切削的情况,切削残留面积的高度为:

从以上两式可知,进给量f和刀尖圆弧半径rε对切削加工表面粗糙度的影响比较明显。切削加工时,选择较小的进给量f和较大的刀尖圆弧半径rε,将会使表面粗糙度得到改善。切削加工后表面的实际轮廓形状,与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大差别。这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。在实际切削时,选择低速宽刀精切和高速精切,往往可以得到较小的表面粗糙度。
加工脆性材料时,切削速度对表面粗糙度的影响不大。一般说,切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。对于同样的材料,金相组织越是粗大,切削加工后的表面粗糙度也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度,常在精加工前进行调质等处理,目的在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。
此外,合理选择切削液,适当增大刀具的前角,提高刀具的刃磨性等,均能有效地减小加工面的表面粗糙度。
此外,还有一些其他因素影响加工表面粗糙度,如在已加工表面的残留面积上叠加着的一些不规则金属生成物、黏附物或刻痕等。其形成的主要原因有积削瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切削划伤等。
2、磨削加工后的表面粗糙度
像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样,磨削加工的表面粗糙度也是由几何因素和表面层金属的塑性变形(物理因素)决定的,但磨削过程要比切削过程复杂得多。
(1)几何因素的影响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻出的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑,可以认为在单位面积上刻痕越多,即通过单位面积的磨粒数越多,刻痕的等高性越好,则磨削表面的粗糙度值越小。
(2)表面层金属的塑性变形(物理因素)的影响砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高,且磨粒大多为负前角,磨削比压大,磨削区温度很高,工件表层温度有时可达900℃ ,工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此,磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。
由于塑性变形的缘故,被磨表面的几何形状与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不相同。在力和热等因素的综合作用下,被磨工件表层金属的晶粒在横向被拉长了,有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影响磨削表层金属塑性变形的因素,往往是影响表面粗糙度的决定性因素。
①磨削用量砂轮的速度高,就有可能使表层金属来不及变形,致使表层金属的塑性变形减小,磨削表面的粗糙度值也明显减小。
磨削深度对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度,塑性变形将随之增大,被磨表面的表面粗糙度会增大。
②砂轮的选择砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择,对被磨工件表层金属的塑性变形都会产生影响,进而影响表面粗糙度。单纯从几何因素考虑,砂轮的粒度越细,磨削的表面粗糙度越小。但磨粒太细,不仅砂轮易被磨屑堵塞,若导热情况不好,则会在加工表面产生烧伤等现象,反而使表面粗糙度增大。因此,砂轮的粒度常取为40#~60#。
砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬,磨粒不易脱落,磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代,使工件表面的粗糙度增大。砂轮选得太软,磨粒易脱落,磨削作用减弱,也会使表面粗糙度增大。一般常选用中软砂轮。
砂轮的组织是指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比例大,气孔小,在成形磨削和精密磨削时,能获得较高精度和较小的表面粗糙度。疏松组织的砂轮不易堵塞,适于磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料(磁钢、不锈钢、耐热钢等),可获得较小的表面粗糙度。一般情况下应选用中等组织的砂轮。
砂轮材料的选择也很重要。砂轮材料选择适当,可获得满意的表面粗糙度。氧化物(刚玉)砂轮适于磨削钢类零件;碳化物(碳化硅、碳化硼)砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料;用高硬磨料(人造金刚石、立方氮化硼)砂轮磨削,可获得极小的表面粗糙度,但加工成本很高。
此外,磨削液的作用也十分重要。对于磨削加工来说,由于磨削温度很高,热因素的影响往往占主导地位。因此,必须采取切实可行的措施,将磨削液送入磨削区。








































