CN100469529C - 一种模具及零件的整体式磁流变抛光方法 - Google Patents
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Abstract
一种模具及零件的整体式磁流变抛光方法，属于机械工件表面光整加工技术领域。本发明所述抛光方法，是将要抛光的工件放入装有磁流变抛光液的容器中，并加以固定；然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模，该整体式磁性抛光模可以用永久磁铁制作，如果是线切割机床加工导磁性工件，也可以直接采用加工掉的另一块工件做导磁性抛光模，与电磁铁一起组成整体式磁性抛光模。然后使整体式磁性抛光模与所要抛光的表面作相对运动进行抛光。利用整体式磁性抛光模的形状适应性和磁流变抛光液的高柔性，就可以对型腔型芯模具及零件进行简单高效的抛光，从而能有效解决复杂型腔型芯表面抛光难题，是一种适用于金属和非金属工件表面抛光方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具及零件抛光方法，尤其涉及一种复杂型腔型芯表面的抛光方法，属于机械工件表面光整加工技术领域。
背景技术
现代工业的飞速发展对工件表面质量提出了更高的要求，表面质量不仅影响工件的外观，还直接影响工件的使用性能和寿命，而表面质量的好坏与最后采用的抛光工序密切相关。尤其对模具来说，表面粗糙度已成为衡量模具产品质量的重要标志，只有模具表面的粗糙度低，才能使得用其加工的产品的粗糙度值也低。因此抛光己逐渐成为模具、工程机械、医疗设备和航空航天工业中某些关键零件表面加工的重要手段。
现在的机械工件抛光方法除了传统的手工机械抛光方法外，还有超声波抛光、电子束抛光、电解抛光、化学抛光、磁性研抛、挤压珩磨和它们组成的一些复合抛光新工艺新方法。每种方法对解决一定的问题都有很好的效果，但不论是传统方法还是新工艺在模具或零件的型腔型芯抛光应用中都存在不足：
①传统手工机械抛光难于加工复杂形状模具及零件，且每个抛光周期都是局部抛光，效率非常低；
②电解化学抛光会产生表面变质层，且很难精确控制模具或零件的几何精确度；
③电子束抛光是在表面层上进行大面积电子束照射，其虽然解决了复杂型面抛光问题，但其加工完表面有附加凹坑，且设备复杂。
因此复杂型面抛光一直是模具及零件制造中颇为棘手的问题，原因有两个方面：一是模具及零件的型腔、型芯的多样化和不规则性；另一个就是加工去除量的微小。不规则性和加工去除量的微小，要求完成这道工序的机械设备或磨具必须具有高的柔性和形状适应性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模具及零件的整体式磁流变抛光方法，使其能有效解决复杂型腔型芯表面抛光难题，从而整体高效降低模具及零件表面粗糙度。
本发明的技术方案如下：
一种模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将要抛光的工件放入装有磁流变抛光液的容器中，并加以固定；
2)制作与被抛光表面整体形状相吻合的整体式磁性抛光模；
3)使整体式磁性抛光模与所要抛光的表面作相对运动进行抛光。
本发明所述的整体式磁性抛光模，可采用永久磁铁或永磁体制成；也可采用由电磁铁和导磁性抛光模组成；上述的被抛光工件可以是金属，也可以是非金属。本发明所述的导磁性抛光模，可直接采用线切割机床加工导磁性工件时的料芯或料腔。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明所述的抛光方法由于制作的整体式磁性抛光模与整个被抛光表面形状吻合，以及磁流变抛光液很好的流动性而能与被抛光表面充分接触，所以整体式磁性抛光模在接触磁流变抛光液时变硬，具有很好的形状适应性，跟模具或零件具体形状无关，每一个工件对应一个专用抛光模，做到了整体适应性，解决了传统手工机械抛光方法难于加工的型腔型芯模具及零件的表面抛光难题。本方法是纯物理柔性抛光，工件不会承受过大外力，所以能保持模具或零件型面精度，且不产生其他变质层，没有额外的型面损伤，对金属和非金属工件都能抛光。另外由于抛光模和被抛光面间隙很小，整体式磁性抛光模的磁化压力很大，只是通过两部分的相对运动进行加工，节省工序，操作简便，可以有效的去除毛刺等粗糙部分，降低表面粗糙度值，而且一个抛光周期能加工整个待抛光表面，效率高。另外在抛光过程中，由于抛光层吸附在抛光模上来抛光被抛光工件，抛光模本身不会有损耗。所以，一个抛光模可反复利用，来抛光具有相同形状的被抛光工件，抛光成本低。控制磁流变抛光液对被抛光面的压力、抛光模和被抛光面的相对运动速度及磁流变抛光液的组成就能控制去除率和抛光质量。
附图说明
图1为用永久磁铁做整体式磁性抛光模，抛光贯通形型腔的示意图。
图2为整体式磁性抛光模与被抛光表面缝隙的局部立体结构放大图。
图3为用电磁铁和导磁性工件做整体式磁性抛光模，抛光贯通形型腔的示意图。
图4为用永久磁铁做整体式磁性抛光模，抛光非贯通形型腔的示意图。
图5为用电磁铁和导磁性工件做整体式磁性抛光模，抛光非贯通形型腔的示意图。
图6为用永久磁铁做整体式磁性抛光模，抛光柱形型芯的示意图。
图7为用电磁铁和导磁性工件做整体式磁性抛光模，抛光柱形型芯的示意图。
图8为用永久磁铁做整体式磁性抛光模，抛光异形端面柱形或锥形型芯的示意图。
图9为用电磁铁和导磁性工件做整体式磁性抛光模，抛光异形端面柱形或锥形型芯的示意图。
其中：1—抛光槽；2—磁流变抛光液；3—柔性抛光层；4—被抛光工件；5—永久磁铁抛光模；6—导磁颗粒；7—非磁性磨粒；8—导磁性抛光模；9—电磁铁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理，工作过程和具体实施方式作进一步的说明。
磁流变抛光液制备方法参照专利“液体磁性磨具及其制备方法”(中国，公开号：CN1724220，公开日期：2006.01.25)。
实施方式1：抛光贯通形型腔表面
a.永久磁铁做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光贯通形型腔模具或零件表面，按照图1所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模。可以用永久磁铁单独加工一个与被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的贯通形型腔模具或零件，可以用电火花线切割加工机加工导电的永久磁铁(如钕铁硼)，走丝路径跟加工模具或零件时的走丝路径一样，取加工完的型芯工件做整体式磁性抛光模；如电火花成形机加工的贯通形型腔模具或零件，可以用永久磁铁加工一个与电极形状大小一样的工件做整体式磁性抛光模。整体式磁性抛光模准备好后，再使加工好的永久磁铁抛光模5与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与永久磁铁抛光模5做相对运动，如整体式磁性抛光模5沿Z轴做往复直线运动；一个抛光周期就能一次抛光整个模具及零件的型腔表面，进行整体式柔性抛光。在做相对运动的同时，由于无磁场时磁流变抛光液的流动性，能使非磁性磨粒自动更新。调节磁流变抛光液、永久磁铁材料和相对运动速度就能控制表面去除率。
具体实现原理如图2所示，将永久磁铁抛光模5和被抛光工件4形状吻合地置于磁流变抛光液中，间隙要均匀，这样由于磁场作用，导磁颗粒6被吸向高磁场一侧，同时非磁性磨粒7与导磁性颗粒6运动方向相反，被挤向低磁场一侧，形成一层厚度薄而均匀，形状和被抛光面吻合，且有一定刚度的柔性抛光层，类似一把整体“磁刷”包裹在被抛光表面。抛光模表面磁力越大，间隙越小，柔性抛光层刚度越大，使永久磁铁抛光模做往复直线运动，由于夹附在变硬的导磁颗粒6中的非磁性磨粒7的剪切屈服应力，形成一种特殊的抛光模，整把“磁刷”充分接触并刮除被抛光表面粗糙凸起的部分，一次抛光整个工件的被抛光表面而非局部。控制磁流变抛光液对被抛光面的压力、抛光模和被抛光面的相对运动速度及磁流变抛光液的组成就能控制去除率和抛光质量。
b.电磁铁吸住导磁性型芯做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光贯通形型腔模具及零件表面，按照图3所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模。可以用电磁铁吸住和被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的导磁性工件做整体式磁性抛光模，整体式磁性抛光模是由电磁铁9和导磁性抛光模8组成。如电火花线切割加工的导磁性贯通形型腔模具或零件，可以利用电火花线切割加工型腔型芯形状吻合且间隙小的特点，直接用电磁铁吸住加工完型腔模具或零件后剩下的型芯工件做整体式磁性抛光模；如电火花成形机加工的贯通形型腔模具或零件，可以用导磁性材料加工一个与电极形状大小一样的工件做整体式磁性抛光模。抛光模准备好后，再使电磁铁9吸住的导磁性抛光模8与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与导磁性抛光模8做相对运动，如导磁性抛光模8沿Z轴做往复直线运动，一个抛光周期就能一次抛光整个模具或零件的型腔表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、电磁铁磁力和相对运动速度就能控制表面去除率。
实施方式2：抛光非贯通形型腔表面
a.永久磁铁做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光非贯通形型腔模具及零件表面，按照图4所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模。可以用永久磁铁单独加工一个与被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的锥形型腔模具或零件，可以用电火花线切割加工机加工导电的永久磁铁(如钕铁硼)，走丝路径跟加工模具或零件时的走丝路径一样，取加工完的型芯工件做整体式磁性抛光模；如电火花成形机加工的沉孔或异形底面等非贯通形型腔模具或零件，可以用永久磁铁加工一个与电极形状大小一样的工件做整体式磁性抛光模。整体式磁性抛光模准备好后，再使加工好的永久磁铁抛光模5与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与永久磁铁抛光模5做相对运动，如整体式磁性抛光模5做微振，每次振动就能一次抛光整个模具或零件的型腔表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、永久磁铁材料和振动频率就能控制表面去除率。
b.电磁铁吸住导磁性工件做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光非贯通形型腔模具及零件表面，按照图5所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模，整体式磁性抛光模是由电磁铁9和导磁性抛光模8组成。可以用电磁铁吸住和被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的导磁性工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的导磁性锥形型腔模具或零件，可以利用电火花线切割加工型腔型芯形状吻合且间隙小的特点，直接用电磁铁吸住加工完型腔模具或零件后剩下的型芯工件做整体式磁性抛光模；如电火花成形机加工的沉孔或异形底面等非贯通形型腔模具或及零件，可以用导磁性材料加工一个与电极形状大小一样的工件做整体式磁性抛光模。抛光模准备好后，再使电磁铁9吸住的导磁性抛光模8与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与导磁性抛光模8做相对运动，如导磁性抛光模8做微振，每次振动就能一次抛光整个模具或零件的型腔表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、电磁铁磁力和振动频率就能控制表面去除率。
实施方式3：抛光柱形型芯
a.永久磁铁做整体式磁性抛光模采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光柱形型芯模具及零件表面，按照图6所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模。可以用永久磁铁单独加工一个与被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的柱形型芯模具或零件，可以用电火花线切割加工机加工导电的永久磁铁(如钕铁硼)，走丝路径跟加工模具及零件时的走丝路径一样，取加工完的型腔工件做整体式磁性抛光模。整体式磁性抛光模准备好后，再使加工好的永久磁铁抛光模5与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与永久磁铁抛光模5做相对运动，如被抛光工件4沿Z轴做往复直线运动，一个抛光周期就能一次抛光整个模具或零件的型芯表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、永久磁铁材料和相对运动速度就能控制表面去除率。
b.电磁铁吸住导磁性工件做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光柱形型芯模具及零件表面，按照图7所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模，整体式磁性抛光模是由电磁铁9和导磁性抛光模8组成。可以用电磁铁吸住和被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的导磁性工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的导磁性柱形型芯模具或零件，可以利用电火花线切割加工型腔型芯形状吻合且间隙小的特点，直接用电磁铁吸住加工完型芯模具或零件后剩下的型腔工件做整体式磁性抛光模。抛光模准备好后，再使电磁铁9吸住的导磁性抛光模8与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与导磁性抛光模8做相对运动，如被抛光工件4沿Z轴做往复直线运动，一个抛光周期就能一次抛光整个模具或零件的型芯表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、电磁铁磁力和相对运动速度就能控制表面去除率。
实施方式4：抛光异形端面柱形或锥形型芯
a.永久磁铁做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光异形端面柱形或锥形型芯模具及零件表面，按照图8所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模。可以用永久磁铁单独加工一个与被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的锥形型腔模具或零件，可以用电火花线切割加工机加工导电的永久磁铁(如钕铁硼)，走丝路径跟加工模具及零件时的走丝路径一样，取加工完的型腔工件做整体式磁性抛光模。整体式磁性抛光模准备好后，再使加工好的永久磁铁抛光模5与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与永久磁铁抛光模5做相对运动，如被抛光工件4做微振，每次振动就能一次抛光整个模具或零件的型芯表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、永久磁铁材料和振动频率就能控制表面去除率。
b.电磁铁吸住导磁性工件做整体式磁性抛光模：
采用本发明所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，抛光异形端面柱形或锥形型芯模具及零件表面，按照图9所示，把被抛光工件4固定在装有磁流变抛光液2的抛光槽1中，使被抛光工件4与磁流变抛光液2充分接触。然后制作与被抛光表面整体形状吻合的整体式磁性抛光模，整体式磁性抛光模是由电磁铁9和导磁性抛光模8组成。可以用电磁铁吸住和被抛光型面形状一样且与其有一微小间隙的导磁性工件做整体式磁性抛光模。如电火花线切割加工的导磁性锥形型芯模具或零件，可以利用电火花线切割加工型腔型芯形状吻合且间隙小的特点，直接用电磁铁吸住加工完型腔模具或零件后剩下的型腔工件做整体式磁性抛光模。抛光模准备好后，再使电磁铁9吸住的导磁性抛光模8与被抛光型面吻合并留有均匀间隙，这样由于磁流变效应，便会在抛光模表面形成柔性抛光层3，使被抛光工件4与导磁性抛光模8做相对运动，如被抛光工件4做微振，每次振动就能一次抛光整个模具或零件的型芯表面，进行整体式柔性抛光。调节磁流变抛光液、电磁铁磁力和振动频率就能控制表面去除率。
Claims (5)
1.一种模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将要抛光的工件(4)放入装有磁流变抛光液(2)的抛光槽(1)中，并加以固定；
2)制作与被抛光表面整体形状相吻合的整体式磁性抛光模；
3)使整体式磁性抛光模与所要抛光的表面作相对运动进行抛光。
2.按照权利要求1所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于：所述的整体式磁性抛光模采用永久磁铁或永磁体制成。
3.按照权利要求1所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于：所述的整体式磁性抛光模是由电磁铁(9)和导磁性抛光模(8)组成。
4.按照权利要求1所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于：所述的要抛光工件为金属材料或非金属材料。
5.按照权利要求3所述的模具及零件的整体式磁流变抛光方法，其特征在于：所述的导磁性抛光模(8)直接采用线切割机床加工导磁性工件时的料芯或料腔。
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2007
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| 基于磁流变液的光整加工技术及其实现装置. 郝建军，杨胜强，孙恒五.机械工程与自动化，第2005年第1期. 2005 |
| 基于磁流变液的光整加工技术及其实现装置. 郝建军，杨胜强，孙恒五.机械工程与自动化，第2005年第1期. 2005 * |
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