详解模具抛光技术知识

在工业产品向多样化、高档化发展的过程中，如何提高直接影响产品质量的模具质量是一项重要的任务。在模具制造过程中，形状加工后的平滑加工与镜面加工称为零件表面研磨与抛光加工，它是提高模具质量的重要工序。掌握合理的抛光方法，可提高模具质量和使用寿命，进而提高产品质量。
1 常用的抛光方法及工作原理
1.1 机械抛光
机械抛光是靠切削或使材料表面发生塑性变形而去掉工件表面凸出部得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。超精研抛是采用特制的磨具，在含有磨料的研抛液中，紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。利用该技术可达到Ra0.008 μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中表面粗糙度最好的。光学镜片模具常采用这种方法。机械抛光是模具抛光的主要方法。
1.2 化学抛光
化学抛光是材料在化学介质中让表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。该方法可以抛光形状复杂的工件，可以同时抛光很多工件，效率高。化学抛光得到的表面粗糙度一般为Ra10 μm。
1.3 电解抛光
电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。与化学抛光相比，它可消除阴极反应的影响，效果较好。
1.4 超声波抛光
超声抛光是利用工具断面作超声波振动，通过磨料悬浮液抛光脆硬材料的一种加工方法。将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。
1.5 流体抛光
流体抛光是依靠流动的液体及其携带的磨粒冲刷工件表面达到抛光的目的。流体动力研磨是由液压驱动，介质主要采用在较低压力下流过性好的特殊化合物（聚合物状物质）并掺入磨料制成，磨料可采用碳化硅粉末。
1.6 磁研磨抛光
磁研磨抛光是利用磁性磨料在磁场作用下形成磨料刷，对工件磨削加工。这种方法加工效率高，质量好，加工条件容易控制。采用合适的磨料，加工的表面粗糙度可达到Ra0.1 μm。
1.7 电火花超声复合抛光
为了提高表面粗糙度Ra为1.6 μm以上工件的抛光速度，采用超声波与专用的高频窄脉冲高峰值电流的脉冲电源进行复合抛光，由超声振动和电脉冲的腐蚀同时作用于工件表面，迅速降低其表面粗糙度，这对经车、铣、电火花及线切割等工艺加工后的模具粗糙表面抛光效果明显，十分有效。
2 模具抛光常用的工具及规格类别
模具抛光常用的工具有：砂纸,油石,绒毡轮,研磨膏,合金锉刀,钻石磨针,竹片,纤维油石,圆转动打磨机。
砂纸:150#,180#,320#,400#,600#,800#,1 000#,1 200#，1 500#；
油石:120#,220#,400#,600#；
绒毡轮:圆柱形,圆椎形,方形尖嘴；
研磨膏：1#（白色） 3#（黄色） 6#（橙色） 9#（绿色） 15#（蓝色） 25#（褐色） 35#（红色） 60#（紫色）；
锉刀:方,圆,扁,三角及其他形状；
钻石磨针：一般为3/32柄或1/8柄,有圆波形,圆柱形,长直柱形,长圆椎形；
竹片:各式形状适合操作者及模具形状而造,作用是压着砂纸,在工件上研磨,达到所要求的表面粗糙度；
纤维油石：200#（黑色） 400#（蓝色） 600#（白色） 800#（红色）。
3 抛光的工艺过程
3.1 粗抛
精铣、电火花加工、磨削等工艺后的表面可以选择转速在35 000～40 000 r/min的旋转表面抛光机进行抛光。然后是手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。使用顺序为180#→240#→320#→400#→600#→800#→1 000#。
3.2 半精抛
半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为：400#→600#→800#→1 000#→1 200#→1 500#。实际上#1 500砂纸只用适于淬硬的模具钢（52 HRC以上），而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面损伤，无法达到预期抛光效果。
3.3 精抛
精抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨，则通常的研磨顺序是9 μm（1 800#）→6 μm（3 000#）→3 μm（8 000#）。9 μm的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除1 200#和1 50 0#号砂纸留下的发状磨痕。接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1 μm（14 000#）→1/2 μm（60 000#）→1/4 μm（100 000#）。
4 抛光的工作环境
抛光过程应分开在两个工作地点完成，即粗磨加工地点和精抛加工地点分开，而且要注意清洗干净上一道工序残留在工件表面的砂粒。
一般从用油石到1 200#砂纸完成后粗抛光后，工件需转到无尘间进行抛光，确保空气中无灰尘微粒粘在模具表面。精度要求在1 μm以上（包括1 μm）的抛光工艺在清洁的抛光室内即可进行。若进行更加精密的抛光则必需在绝对洁净的空间，因为灰尘、烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废高精密抛光表面。
抛光工艺完成后工件表面要做好防尘保护工作。当抛光过程停止时，应仔细去除所有研磨剂和润滑剂，保证工件表面洁净，随后应在工件表面喷淋一层模具防锈涂层。
5 影响表面抛光性的因素
5.1 工件表面状况
材料在机械加工过程中，表层会因热量、内应力或其他因素而损坏，切削参数不当会影响抛光效果。电火花加工后的表面比机械加工或热处理后的表面更难研磨，因此电火花加工结束前应采用电火花精修整，否则表面会形成硬化薄层。如电火花精修规准选择不当，热影响层的深度最大可达0.4 mm。硬化薄层的硬度比基体硬度高，必须去除。因此最好增加一道粗磨加工，为抛光加工提供一个良好基础。
5.2 钢材的品质
优质的钢材是获得良好抛光质量的前提条件，钢材中的各种夹杂物和气孔都会影响抛光效果。要达到良好的抛光效果，工件必须在开始机械加工时要注明抛光的表面粗糙度，当一件工件确定需要镜面抛光时，必须要选抛光性能好的钢材并且都经过热处理否则达不到预期的效果。
5.3 热处理工艺
如果热处理不当，钢材表面硬度不均或特性上有差异，会给抛光造成困难。
5.4 抛光的技术
由于抛光主要是靠人工完成，所以人的技能目前还是影响抛光质量的主要原因。
一般认为抛光技术影响表面粗糙度，其实好的抛光技术还要配合优质的钢材以及正确的热处理工艺，才能得到满意的抛光效果；反之，抛光技术不好，就算钢材再好也做不到镜面效果。
6 不同类型抛光应注意的事项
6.1 模具砂纸打磨和油石研磨应注意的事项
(1） 对于硬度较高的模具表面只能用清洁和软的油石打磨工具。
(2） 在打磨中转换砂号级别时，工件和操作者的双手必须清洗干净，避免将粗砂粒带到下一级较细的打磨操作中。
(3） 在进行每一道打磨工序时，砂纸应从不同的45°方向去打磨，直至消除上一级的砂纹，当上一级的砂纹清除后，必须再延长25%的打磨时间，然后才可转换下一道更细的砂号。
(4） 打磨时变换不同的方向可避免工件产生波浪等高低不平。
6.2 钻石研磨抛光应注意的事项
钻石研磨抛光必须尽量在较轻的压力下进行，特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时。在 用8 000#研磨膏抛光时，常用载荷为100～200 g/cm2，但要保持此载荷的精准度很难做到。为了方便做到这一点，可以在木条上做一个薄且窄的手柄，或者在竹条上切去一部分而使其更加柔软。这样可以帮助控制抛光压力，以确保模具表面压力不会过高。当使用钻石研磨抛光时，不仅工作表面要求洁净，工作者的双手也必须十分清洁。
6.3 塑料模抛光应注意的事项
塑料模具的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同，严格说，塑料模具的抛光应该称为镜面加工。它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。镜面抛光的标准分为4级：A0=Ra0.008 μm，A1=Ra0.016 μm，A3=Ra0.032 μm，A4=Ra0.063 μm，由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度，而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求，所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主。抛光中注意事项如下：
(1) 当一新模腔开始加工时，应先检查工件表面，用煤油清洗干净表面，使油石面不会粘上污物导致失去切削的功能。
(2) 研粗纹时要按先难后易的顺序进行，特别一些难研的死角，较深底部要先研，最后是侧面和大平面。
(3) 部分工件可能有多件组拼在一起研光，要先分别研单个工件的粗纹或火花纹，后将所有工件拼齐研至平滑。
(4) 大平面或侧平面的工件，用油石研去粗纹后再用平直的钢片做透光检测，检查是否有不平或倒扣的不良情况出现，如有倒扣则会导致制件脱模困难或制件拉伤。
(5) 为防止模具工件研出倒扣或有一些贴合面需保护的情况，可用锯片粘贴或用砂纸贴在边上，这样可得到理想的保护效果。
(6) 研模具平面用前后拉动，拖动油石的柄尽量放平，不要超出25°，因斜度太大，力由上向下冲，易导致研出很多粗纹在工件上。
(7) 如果工件的平面用铜片或竹片压着砂纸抛光，砂纸不应大过工具面积，否则会研到不应研的地方。
(8) 尽量不要用打磨机修分模面，因砂轮头修整的分模面比较粗糙以及有波浪高低不平，如必要用时，必须将砂轮头粘修至同心度平衡。
(9) 研磨的工具形状应跟模具的表面形状接近一致，这样才能确保工件不被研变形。
7 如何解决抛光中出现的常见问题
7.1 抛光过度
在日常抛光过程中遇到的最大问题就是“抛光过度”，就是指抛光的时间越长，模具表面的质量就越差。发生抛光过度有二种现象：即是“橘皮”和“点蚀”。抛光过度多发生于机械抛光。
7.2 工件出现“橘皮”的原因
不规则粗糙的表面被称为“橘皮”，产生“橘皮”有许多的原因，最常见的原因是由于模具表面过热或渗碳过度而引起，抛光压力过大及抛光时间过长是产生“橘皮”的主要原因。比如：抛光轮抛光，抛光轮产生的热量会很容易造成“橘皮”。较硬的钢材能承受的抛光压力会大一些，相对较软的钢材容易发生抛光过度，研究证明产生抛光过度的时间会因钢材的硬度不同而有所不同。
7.3 消除工件“橘皮”的措施
当发现表面质量抛得不好时，许多人就会增加抛光的压力和延长抛光的时间，这种作法往往会使表面的质量变得更差。可采用以下的方法去补救：
(1) 把有缺陷的表面去除，研磨的粒度比先前使用砂号略粗一级，然后进行研磨，抛光的力度要比先前的低一些。
(2) 以低于回火温度25 ℃的温度进行应力消除，在抛光前使用最细的砂号进行研磨，直到达到满意的效果，最后以较轻的力度进行抛光。
7.4 工件表面“点蚀”形成的原因
由于在钢材中有些非金属的杂质，通常是硬而脆的氧化物，在抛光过程中从钢材表面被拉出，形成微坑或点蚀，产生“点蚀”的主要因素有以下几点：
(1) 抛光的压力过大，抛光时间过长。
(2) 钢材的纯净度不够，硬性杂质的含量高。
(3) 模具表面生锈。
(4) 黑皮料未清除。
7.5 消除工件点蚀的措施
(1) 小心地将表面重新研磨，砂粒粒度比先前所使用的粒度略粗一级，采用软质及削锐的油石进行最后步骤的研磨才再进行抛光程序。
(2) 当砂粒尺寸小于1 mm应避免采用最软的抛光工具。
(3) 尽可能采用最短的抛光时间和最小的抛光力度。
8 结束语
模具制造过程中型腔的抛光是非常重要的一道工序，它关系到模具的质量和寿命，也决定制品质量的好坏。掌握抛光的工作原理和工艺过程，选择合理的抛光方法，可以提高模具质量和寿命，进而提高制品的质量。