影響模具表面質量的因素及改善表面質量的途徑

  (一)影響加工表面幾何特征的因素及其改進措施
  如前所述,加工表面的幾何特征包括表面粗糙度、表面波度、表面加工紋理、傷痕等"個方面的內容,其中表面粗糙度是構成加工表面幾何特征的基本內容。
  1、切削加工后的表面粗糙度
  標準規定,表面粗糙度等級用輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz或輪廓大高度Ry的數值大小表示,并要求優先采用Ra。
  切削加工后的表面粗糙度主要取決于切削殘留面積的高度。影響切削殘留面積高度的因素主要包括刀尖圓弧半徑rε、主偏角kr、副偏角kr及進給量f等。
圖9-7給出了車削、刨削時殘留面積高度的計算示意圖。圖9-7a是用尖刀切削的情況,切削殘留面積的高度為:

 

  圖9-7b是用圓弧刀刃切削的情況,切削殘留面積的高度為:

  從以上兩式可知,進給量f和刀尖圓弧半徑rε對切削加工表面粗糙度的影響比較明顯。切削加工時,選擇較小的進給量f和較大的刀尖圓弧半徑rε,將會使表面粗糙度得到改善。切削加工后表面的實際輪廓形狀,與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大差別。這是由于切削加工中有塑性變形發生的緣故。在實際切削時,選擇低速寬刀精切和高速精切,往往可以得到較小的表面粗糙度。
  加工脆性材料時,切削速度對表面粗糙度的影響不大。一般說,切削脆性材料比切削塑性材料容易達到表面粗糙度的要求。對于同樣的材料,金相組織越是粗大,切削加工后的表面粗糙度也越大。為減小切削加工后的表面粗糙度,常在精加工前進行調質等處理,目的在于得到均勻細密的晶粒組織和較高的硬度。
  此外,合理選擇切削液,適當增大刀具的前角,提高刀具的刃磨性等,均能有效地減小加工面的表面粗糙度。
  此外,還有一些其他因素影響加工表面粗糙度,如在已加工表面的殘留面積上疊加著的一些不規則金屬生成物、黏附物或刻痕等。其形成的主要原因有積削瘤、鱗刺、振動、摩擦、切削刃不平整、切削劃傷等。
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  像切削加工時表面粗糙度的形成過程一樣,磨削加工的表面粗糙度也是由幾何因素和表面層金屬的塑性變形(物理因素)決定的,但磨削過程要比切削過程復雜得多。
   (1)幾何因素的影響磨削表面是由砂輪上大量的磨??坛龅臒o數極細的溝槽形成的。單純從幾何因素考慮,可以認為在單位面積上刻痕越多,即通過單位面積的磨粒數越多,刻痕的等高性越好,則磨削表面的粗糙度值越小。
 ?。?)表面層金屬的塑性變形(物理因素)的影響砂輪的磨削速度遠比一般切削加工的速度高,且磨粒大多為負前角,磨削比壓大,磨削區溫度很高,工件表層溫度有時可達900℃ ,工件表層金屬容易產生相變而燒傷。因此,磨削過程的塑性變形要比一般切削過程大得多。
   由于塑性變形的緣故,被磨表面的幾何形狀與單純根據幾何因素所得到的原始形狀大不相同。在力和熱等因素的綜合作用下,被磨工件表層金屬的晶粒在橫向被拉長了,有時還產生細微的裂口和局部的金屬堆積現象。影響磨削表層金屬塑性變形的因素,往往是影響表面粗糙度的決定性因素。
 ?、倌ハ饔昧可拜喌乃俣雀?,就有可能使表層金屬來不及變形,致使表層金屬的塑性變形減小,磨削表面的粗糙度值也明顯減小。
  磨削深度對表層金屬塑性變形的影響很大。增大磨削深度,塑性變形將隨之增大,被磨表面的表面粗糙度會增大。
 ?、谏拜喌倪x擇砂輪的粒度、硬度、組織和材料的選擇,對被磨工件表層金屬的塑性變形都會產生影響,進而影響表面粗糙度。單純從幾何因素考慮,砂輪的粒度越細,磨削的表面粗糙度越小。但磨粒太細,不僅砂輪易被磨屑堵塞,若導熱情況不好,則會在加工表面產生燒傷等現象,反而使表面粗糙度增大。因此,砂輪的粒度常取為40#~60#。
   砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪選得太硬,磨粒不易脫落,磨鈍了的磨粒不能及時被新磨粒替代,使工件表面的粗糙度增大。砂輪選得太軟,磨粒易脫落,磨削作用減弱,也會使表面粗糙度增大。一般常選用中軟砂輪。
  砂輪的組織是指磨粒、結合劑和氣孔的比例關系。緊密組織中的磨粒比例大,氣孔小,在成形磨削和精密磨削時,能獲得較高精度和較小的表面粗糙度。疏松組織的砂輪不易堵塞,適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料(磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼等),可獲得較小的表面粗糙度。一般情況下應選用中等組織的砂輪。
  砂輪材料的選擇也很重要。砂輪材料選擇適當,可獲得滿意的表面粗糙度。氧化物(剛玉)砂輪適于磨削鋼類零件;碳化物(碳化硅、碳化硼)砂輪適于磨削鑄鐵、硬質合金等材料;用高硬磨料(人造金剛石、立方氮化硼)砂輪磨削,可獲得極小的表面粗糙度,但加工成本很高。
  此外,磨削液的作用也十分重要。對于磨削加工來說,由于磨削溫度很高,熱因素的影響往往占主導地位。因此,必須采取切實可行的措施,將磨削液送入磨削區。