CN102091975A - 一种模具自由曲面的磁流变抛光方法 - Google Patents

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鲁聪达
文东辉
姜少飞
柴国钟
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Abstract

一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,包括以下步骤:1)将被抛光工件安装在容器中,向容器中注入磁流变抛光液,在水基或油基磁流变液中加入研磨抛光剂并搅拌均匀得到所述磁流变抛光液;2)根据工件待加工表面形状类型选择抛光磨头,并安装在机床主轴上,所述主轴连接三维运动机构;3)在外界磁场作用下,所述磁流变抛光液发生磁流变效应,在抛光磨头与工件表面间产生柔性研磨层,并驱动抛光磨头在机床主轴的带动下发生高速旋转,使得柔性研磨层与工件表面发生相对运动,从而实现磁流变抛光。本发明能提高加工精度、降低成本。

Description

一种模具自由曲面的磁流变抛光方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机械产品光整加工领域,尤其是一种模具自由曲面的抛光方法。 背景技术
[0002] 模具是制作业的基础工艺装备,现代工业的高速发展对模具的表面质量有着越来 越高的要求。模具表面质量的好坏不仅直接影响到所出的产品的外观、质量和使用寿命,而 且还大大影响着其自身的寿命。所以在模具制造中,在形状加工后必须对模具表面进行强 化和抛光加工,以获得所要求的强度、精度和表面粗糙度。但由于模具型腔的复杂性、多样 性及不规则性,使得模具型腔表面的加工工艺难度非常大。针对这一难题,目前大部分还只 是以手工研磨抛光为主,除此还有电解抛光、化学抛光、磁性研磨、挤压珩磨、超声波抛光和 电子束抛光等一些新工艺新方法,虽然每种方法针对一定的问题能有好的效果,但不论是 传统方法还是一些新工艺新方法在模具自由曲面、复杂型腔等抛光应用中都存在着一定的 不足:
1.传统的手工研磨难于对复杂型腔模具及复杂外形零件的加工,且条件限制较大,而 且抛光效率低下;
2.电解、化学抛光去毛刺较好,但会产生表面硬质层,且可控性较差,很难精确控制加 工获得的表面质量;
3.电子束抛光虽然能解决复杂型面的抛光问题,但其加工完表面有凹坑残留,且设备 较为复杂,成本高。
[0003] 所以,复杂型面抛光一直是模具及零件制造中最大的难题。 发明内容
[0004] 为了克服已有模具自由曲面的抛光方法的加工精度较低、成本高的不足,本发明 提供一种提高加工精度、降低成本的模具自由曲面的磁流变抛光方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,所述磁流变抛光方法包括以下步骤:
1)将被抛光工件安装在容器中,向容器中注入磁流变抛光液,在水基或油基磁流变液 中加入研磨抛光剂并搅拌均勻得到所述磁流变抛光液;
2)根据工件待加工表面形状类型选择抛光磨头,并安装在机床主轴上,所述主轴连接 三维运动机构;
3)在外界磁场作用下,所述磁流变抛光液发生磁流变效应,在抛光磨头与工件表面间 产生柔性研磨层,并驱动抛光磨头在机床主轴的带动下发生高速旋转,使得柔性研磨层与 工件表面发生相对运动,从而实现磁流变抛光。
[0006] 进一步,所述的研磨抛光剂为以下一种或几种之一:①氧化铝磨料、②氧化铈磨 料、③碳化硅磨料、④金刚石微粉。
[0007] 所述的外界磁场为永磁体或电磁装置产生,或者永磁体与电磁装置复合产生。[0008] 当侧壁加工时,所述加工磨头为四周外表面带有4条对称的竖直沟槽的圆柱状磨 头。
[0009] 当底面加工时,所述加工磨头为为底面带有“ + ”形的两条垂直沟槽的圆柱状磨头。
[0010] 本发明的技术构思为:如图5所示,将被抛光工件2置于磁流变抛光液5中,抛光 磨头与被加工表面保持一定的均勻间隙,在没有磁场作用下,磁流变液呈现稳定的非胶体 悬浮液状态,流动性强,而在磁场作用下液体中的磁性微粒会迅速极化,并沿着磁场方向形 成链状结构,使液体的流变性能迅速发生变化而形成一种类似固体的Bingham物质,其剪 切屈服应力和硬度值夜迅速提高。液体中磁性微粒的链状结构就像普通砂轮中的粘结剂 一样,将磨料微粒夹持在磁性链之间,这样在抛光磨头和加工表面间就形成了一个具有一 定刚度的“柔性研磨层” 3,在抛光磨头4高速旋转的作用下,该研磨层就会与工件表面发生 相对运动,而且在加工过程中,新的“研磨层”会不断的再形成,所以能够实现连续的抛光过 程。而且调节抛光磨头的转速和外部磁场的强度以及磨头与工件表面的间隙(加工间隙)就 能很好的控制表面去除质量和去除率。
[0011] 本发明所述的抛光磨头为两种外表形式,一种是四周外表面带有4条对称的竖直 沟槽的圆柱状磨头结构,利用它能很好的对侧壁表面进行加工,并且还能将永磁体安装在 其内部,在加工区域产生一定强度磁场,4条对称的竖直沟槽的目的是一方面高效率的向 “柔性研磨层”施加速度量,另一方面是利用磨头的高速旋转使存积在沟槽内的液体产生一 定的离心力,从而以一定的速度和压力冲击加工区域,保证了抛光所需的相对速度和一定 压力,另外还能给“研磨层”的更新提供有效的“通道”;另一种底面带有“ + ”形的两条垂直 沟槽的圆柱状磨头结构,利用它能对底部平面和曲面进行抛光,同时也能在其内部安装永 磁体,两条垂直沟槽的作用也是为抛光提供高效的相对速度和压力,同样也能为“研磨层” 的不断更新提供有效“通道”。
[0012] 与传统的加工方法相比,本发明主要的优势和创新有益效果有:采用辅助加工磨 头,并对磨头添加沟槽结构,能很好的达到抛光要求;励磁装置设计在磨头内部或安装在机 床主轴上方,磁场处于连续旋转状态,实现对金属和非金属材料的加工,因此材料适用范围 较广;可根据加工件表面形状和粗糙度要求进行工艺参数调控,改善抛光品质和抛光效率, 可实现超精密加工的要求;装备易实现自动化,加工效率较高,受工件外形的限制较少,适 合复杂型腔及其沟槽、异形曲面等一些难处理部位的抛光加工;对抛光装置要求不高,抛光 工具不需要极高的位置精度,而且结构简单,成本低。
附图说明
[0013] 图1为贯通类阶梯型腔侧壁表面抛光示意图。
[0014] 图2为非贯通类型腔复杂侧壁表面抛光示意图。
[0015] 图3为非贯通类型腔复杂底部表面抛光示意图。
[0016] 图4为加工磨头示意图。
[0017] 图5为加工原理示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
4[0019] 参照图1〜图5,一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,所述磁流变抛光方法包括 以下步骤:
1)将被抛光工件安装在容器中,向容器中注入磁流变抛光液,在水基或油基磁流变液 中加入研磨抛光剂并搅拌均勻得到所述磁流变抛光液;
2)根据工件待加工表面形状类型选择抛光磨头,并安装在机床主轴上,所述主轴连接 三维运动机构;
3)在外界磁场作用下,所述磁流变抛光液发生磁流变效应,在抛光磨头与工件表面间 产生柔性研磨层,并驱动抛光磨头在机床主轴的带动下发生高速旋转,使得柔性研磨层与 工件表面发生相对运动,从而实现磁流变抛光。
[0020] 所述的研磨抛光剂为以下一种或几种之一:①氧化铝磨料、②氧化铈磨料、③碳化 硅磨料、④金刚石微粉。
[0021] 所述的外界磁场为永磁体或电磁装置产生,或者永磁体与电磁装置复合产生。当 侧壁加工时,所述加工磨头为四周外表面带有4条对称的竖直沟槽的圆柱状磨头。当底面 加工时,所述加工磨头为为底面带有“ + ”形的两条垂直沟槽的圆柱状磨头。
[0022] 实例1 :抛光贯通类型腔表面:采用本发明所述的模具自由曲面的磁流变抛光方 法,抛光贯通类型腔表面,按照图1所示,把被抛光工件2安装固定在容器1中,再往容器 1中注入一定的搅拌均勻的磁流变抛光液5,使工件2与磁流变抛光液5保持充分的接触。 然后选择四周带有抛光沟槽的抛光磨头4,并将其安装在机床主轴上。所有都准备好以后, 根据工件形状合理选择抛光起始点,并精确调整抛光磨头4的位置,使其在抛光起始点处 与工件表面保持一定的均勻间隙,先开启机床,再接通电磁铁电源,这样由于磁流变液的磁 流变效应,在工件表面和抛光磨头间便自动形成一个“柔性研磨层” 3,抛光磨头在主轴的带 动下进行高速旋转,由于抛光磨头四周的抛光沟槽使得该研磨层3与工件表面发生相对运 动,再根据型腔轮廓形状设置X-Y面加工轨迹、Z向的进给量。调节抛光磨头的转速和外部 磁场的强度就能很好的控制表面去除质量和去除率,这样便能对型腔表面进行高效的柔性 抛光。
[0023] 实例2 :抛光非贯通类型腔侧壁表面:采用本发明所述的模具自由曲面的磁流变 抛光方法,抛光贯通类型腔表面,按照图2所示,把被抛光工件2安装固定在容器1中,再往 容器1中注入一定的搅拌均勻的磁流变抛光液5,使工件2与磁流变抛光液5保持充分的接 触。然后选择四周带有抛光沟槽的抛光磨头4,并将其安装在机床主轴上。所有都准备好以 后,根据工件形状合理选择抛光起始点,并精确调整抛光磨头4的位置,使其在抛光起始点 处与工件表面保持一定的均勻间隙,先开启机床,再接通电磁铁电源,这样由于磁流变液的 磁流变效应,在工件表面和抛光磨头间便自动形成一个“柔性研磨层” 3,抛光磨头在主轴的 带动下进行高速旋转,由于抛光磨头四周的抛光沟槽使得该研磨层3与工件表面发生相对 运动,再根据型腔轮廓形状设置X-Y面加工轨迹、Z向的进给量。调节抛光磨头的转速和外 部磁场的强度就能很好的控制表面去除质量和去除率,这样便能对型腔表面进行高效的柔 性抛光。
[0024] 实例3 :抛光非贯通类型腔底部表面:采用本发明所述的模具自由曲面的磁流变 抛光方法,抛光贯通类型腔表面,按照图3所示,把被抛光工件2安装固定在容器1中,再往 容器1中注入一定的搅拌均勻的磁流变抛光液5,使工件2与磁流变抛光液5保持充分的接触。然后选择底部带有抛光沟槽的抛光磨头4,并将其安装在机床主轴上。所有都准备好以 后,根据工件形状合理选择抛光起始点,并精确调整抛光磨头4的位置,使其在抛光起始点 处与工件表面保持一定的均勻间隙,先开启机床,再接通电磁铁电源,这样由于磁流变液的 磁流变效应,在工件表面和抛光磨头间便自动形成一个“柔性研磨层” 3,抛光磨头在主轴的 带动下进行高速旋转,由于抛光磨头四周的抛光沟槽使得该研磨层3与工件表面发生相对 运动,再根据型腔轮廓形状设置X-Y面加工轨迹。调节抛光磨头的转速和外部磁场的强度 就能很好的控制表面去除质量和去除率,这样便能对型腔表面进行高效的柔性抛光。 [0025] 利用本发明模具自由曲面的磁流变抛光方法,解决了模具零件的复杂曲面抛
光问题,并能得到较低的表面粗糙度值,很好的满足了抛光要求。

Claims (5)

1. 一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,其特征在于:所述磁流变抛光方法包括以下 步骤:1)将被抛光工件安装在容器中,向容器中注入磁流变抛光液,在水基或油基磁流变液 中加入研磨抛光剂并搅拌均勻得到所述磁流变抛光液;2)根据工件待加工表面形状类型选择抛光磨头,并安装在机床主轴上,所述主轴连接 三维运动机构;3)在外界磁场作用下,所述磁流变抛光液发生磁流变效应,在抛光磨头与工件表面间 产生柔性研磨层,并驱动抛光磨头在机床主轴的带动下发生高速旋转,使得柔性研磨层与 工件表面发生相对运动,从而实现磁流变抛光。
2.如权利要求1所述的一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,其特征在于:所述的研 磨抛光剂为以下一种或几种之一:①氧化铝磨料、②氧化铈磨料、③碳化硅磨料、④金刚石 微粉。
3.如权利要求1或2所述的一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,其特征在于:所述 的外界磁场为永磁体或电磁装置产生,或者永磁体与电磁装置复合产生。
4.如权利要求1或2所述的一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,其特征在于:当侧 壁加工时,所述加工磨头为四周外表面带有4条对称的竖直沟槽的圆柱状磨头。
5.如权利要求1或2所述的一种模具自由曲面的磁流变抛光方法,其特征在于:当底 面加工时,所述加工磨头为为底面带有“ + ”形的两条垂直沟槽的圆柱状磨头。
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