2．快速成形的特点
① 成形材料范围广。目前，树脂、塑料、纸、 石蜡、金属材料、陶瓷及复合材料都已在快速成 形技术中得到应用。 ② 可进行自由制造。RP采用将三维形体转化为 二维平面分层的制造原理，不受几何形状限制， 能直接制造任意形状复杂的制件，并能制造复合 材料的制件。
③ 加工效率高。
5.2.2 快速成形工艺的种类
5.1.4 其他光整加工
1．电化学抛光
又称“电解抛光”，是利用金属在电解液中 的电化学阳极溶解现象，使工件表面溶解形成光 滑表面的一种抛光方法，其原理如图5-5所示。
电化学抛光后表面粗糙度一般可达Ra = 0.1m， 还可改善工件表面的物理性能，但不适用于形状 和尺寸加工。
其特点如下。
① 电解抛光不受工件材质和性能的限制，硬质 合金、粉末冶金、淬火钢、不锈钢、耐热钢等都 可进行抛光。
② 加工质量好。这是由于刮削均匀性好，可 去除前工序中形成的表面变质层和微观不平等缺 陷，而不破坏工件原始形状精度。一般挤压研磨 抛光的尺寸精度可达0.01～0.0025mm，表面粗糙
度Ra值可达0.04～0.025m。
③ 加工效率高。挤压研磨抛光时间短，一般 只需几分钟至十几分钟，是手工研磨效率的10倍 以上，而且可以实现多件同时抛光。
5.1.2 研磨加工
1．研磨的原理
研磨时，在模具工作表面嵌入或涂覆磨料， 并添加研磨液与辅助填料，在研具工作表面对运动，通过磨料颗粒的微切削作用和研 磨液的物理化学作用，从工件被加工表面切除一 层极薄的材料，以获得尺寸精度高，表面粗糙度 值低的工件.
② 立体平板印刷的局限性。成形时需要对整个二 维截面轮廓进行扫描固化，成形效率低，设备昂 贵；制作材料必须是光敏树脂，运行费用很高， 且光敏树脂性能不如工业塑料，较脆，易断裂， 不便于机械加工。
2．叠层实体制造
（1）成形原理
叠层实体制造加工原理如图5-11所示，首先 在供料滚筒6的作用下，底面涂有热熔胶和添加剂 的胶纸带5在工作台7上自右向左移动预定的距离， 同时工作台运动到Z向预定位置，再通过热压辊4 滚动来加热加压，使这层纸带通过热熔胶和下层 粘接到一起，激光束在控制系统作用下根据从构 建的制件CAD三维模型中提取想对应层的二维截 面轮廓信息切割出二维截面轮廓线，同时为了成 形后能够除去废料，将无轮廓区域切割成小方形 网格，完成此层的制作。
当激光束照射到液态光敏树脂6时，被照射的 液态光敏树脂发生固化反应，即可形成一层薄薄 的固化层，即零件的截面形状。
（2）立体平板印刷特点
① 立体平板印刷的优点。制件尺寸精度高，尺寸 误差可控制在0.1mm以内；表面质量好，尤其是上 表面非常光滑，可直接制造塑料件；SLA系统稳定 性好，可制造结构复杂的中空、精细制件。
蜡、工业甘油等。
5．研具
（1）手工研具 常用的手工研具有研磨砂纸、研磨平
板、外圆研磨环、内圆研磨芯棒等， （2）普通油石
普通油石一般用于粗研。。 （3）电动抛光机
6．研磨工艺参数
（1）研磨运动轨迹 （2）研磨压力 （3）研磨速度 （4）研磨余量 （5）研磨时间
5.1.3 抛光加工
1．抛光工具
抛光除了可采用研磨工具和抛光机外， 还有一些专用手工抛光工具，如平面抛光器、 球面抛光器、自由曲面抛光器等。此外，还 有配合抛光机使用的各种抛光磨头、抛光刷、 毛毡或尼龙夹持器等。
2．影响抛光质量因素
（1）“橘子皮”问题
抛光时压力过大、抛光时间过长时易出 现这种情况，在抛光表面出现橘子皮状纹 路，抛光工件材质较软时易出现。主要原 因抛光表面压力过大，导致表面产生微小 的塑性变形。解决方法是对工件表面进行 硬化处理或采用较软质抛光工具。
（2）“针孔状”问题
由于工件材料内含有杂质，抛光时这些 杂质从金属组织中脱离出来，形成针状小 坑。解决方法是避免用含氧化物抛光膏进 行机械抛光，控制好抛光时间，换用优质 钢材。
电解磨削抛光特点如下。
① 加工范围广，生产效率高。
② 加工精度高，表面质量好。 ③ 砂轮磨损量小。
④ 电解磨削抛光装置结构简单，操作方便，工作 电压低，电解液无毒，适于抛光尺寸要求不太严 格的塑料模、压铸模、橡胶模等。
⑤ 电解磨削抛光的局限性。抛光后质 量不高，且残留氧化膜，所以抛光后仍需 手工抛光处理；电解磨削抛光模具刃口时， 不易磨得非常锋利。
交错，以致形成碎片，最后成为切屑脱离工
件。
2．研磨的特点
① 尺寸精度高。② 形状精度高。③ 表面 粗糙度值低。④ 表面耐磨性好。
⑤ 耐疲劳强度提高。
⑥ 研磨存在一些缺点。劳动强度大，研磨 时间长，效率较低；不能提高各表面间的 位置精度；研磨剂易飞溅，容易污染环境， 使临近的机械设备受到腐蚀。
3．研磨加工方法的分类及应用
3．选择性激光烧结
（1）选择性激光烧结原理
SLS工作原理如图5-13所示，先将充有氩气的工 作室升温，并使温度低于粉末熔点。成形时，送 料筒上升，铺粉滚筒6滚动，在工作台7上铺上一 层粉末材料1，激光束根据计算机从构建的制件三 维CAD模型中提取二维截面轮廓信息对粉末进行 逐点扫描，使粉末熔化相互黏结形成一层截面轮 廓，未照射的粉末作为原型支撑。一层成形后， 工作台下降一个截面层厚度，再铺上一层粉末， 进行下一层成形。
② 超声波抛光设备简单，使用和维修方便，可 用比工件软的材料做成形状复杂的抛光工具，且 加工时工具和工件间不需作复杂的相对运动即可 对复杂型面、型腔进行抛光。
③ 对材料的作用力和热影响力小，不 会产生变形、烧伤和变质层，可以抛光薄
壁、薄片、窄缝及低刚度零件，加工精度
可达0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra值可达
（2）选择性激光烧结特点
① 选择性激光烧结优点。成形材料种类多，如塑 料、金属、陶瓷等都可作SLS材料；成形工艺简 单，可直接制造形状复杂的型腔，尺寸精度可达 0.1mm，无方向差别，余料去除方便。
② 选择性激光烧结的局限性。预热和冷却时间长， 成形效率低；SLS制件表面一般是多孔性的，表 面粗糙度受粉末颗粒及激光焦点大小的限制，后 处理工艺较复杂。
5.2 模具快速成形技术
5.2.1 模具快速成形技术的原理和特点
1．快速成形的原理
快速成形基本原理是首先利用计算机对产品 零件进行三维造型，然后进行平面分层处理，再 由计算机控制成形装置从零件基层开始，按每层 信息控制成形头逐层选择性成形和固化材料，得 到与计算机三维造形相对应的三维实体，再进行 后处理，得到所需制造的零件。
② 电解抛光后，在工件表面常常生成致密、牢 固的氧化膜，可提高工件表面的耐蚀性能，不产 生新的变质层及表面残余应力。
③ 抛光效率高，如抛光余量为0.10～ 0.15mm时，电解抛光时间为10～15min，是 手工抛光效率的几倍。
④ 工艺简单，操作容易，设备简单， 投资小。
2．电解磨削抛光
电解磨削抛光是将金属的电化学阳极 溶解作用和机械磨削作用相结合的一种磨 削工艺。它是靠金属的溶解（占95%～98%） 和机械磨削（占2%～5%）的综合作用来实 现加工的，其加工原理如图5-6所示。
研磨塑性材料时，研具与工件之间的 磨粒起滑动、滚动切削作用。滑动切削时， 磨料颗粒固定在研具上，靠磨粒在工件上 的移动进行切削；滚动切削时，磨料颗粒 基本呈自由状态，在研具和磨料之间滚动，
靠滚动进行切削。
研磨脆性材料时，除上述作用外，在压
力p作用下，磨粒颗粒还会使加工表面产生
裂纹，随着磨料颗粒运动，裂纹不断扩大、
（2）叠层实体制造特点
① 叠层实体制造的优点。与SLA相比设备加工低 廉，需要的激光器功率小，使用寿命长，造型材 料便宜，因而总的成本低，且不污染环境； LOM方法只需切割轮廓截面，成形速度快，且 无需设计支撑，制造时间短。
② 叠层实体制造的局限性。可供LOM制造材料 种类少，目前具有商业用途的只有纸，其他材料 尚在研制中。
目前，快速成形技术已有几十种，根据成形 方式大致可分为两类：一类是基于激光或其他光 源的成形技术，如立体平板印刷（SLA）、叠层 实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）等； 另一类是基于喷射的成形技术，如熔融沉积成形 （FDM）、三维印刷等。
1．立体平板印刷
（1）成形原理
首先采用计算机辅助设计构建零件的CAD三维 立体模型，通过计算机软件对模型进行平面分层， 提取每一层截面的形状信息。然后由激光发生器1 发出激光束2，按照截面的形状数据，从基层形状 开始逐点扫描，如图5-9所示。
第五章模具光整加工与 模具快速
2020/12/11
第五章模具光整加工与模具快速
5.1 模具光整加工
5.1.1 光整加工概述 1．光整加工的特点
光整加工是精加工后，在工件上不切除 或只切除极薄的材料层，以降低表面粗糙度， 增加表面光泽和强化其表面为主要目的而进 行的研磨和抛光加工（简称研抛）。 。
① 光整加工的加工余量小，主要用来改善表面 质量，少量用于提高加工精度（如尺寸精度、形 状精度）的加工，但不能用于提高位置精度的加 工。
3．抛光工艺
① 抛光过程中更换磨料粒度时，应清洗干净， 不能把上一道抛光工序的磨料带到下一道抛光工 序。 ② 每个抛光工具只能用同一粒度的研磨膏。 ③ 根据抛光工具硬度和研磨膏粒度选择适当的抛 光压力，磨料粒度越细，则抛光压力应越低。
④ 先抛光工件的角部、凸台、边缘及较难抛光 部位，最终抛光方向应与模具开启方向一致。对 于尖锐的边缘和角，宜采用较硬的抛光工具。
② 光整加工是用细粒度的磨料对工件表面进行微 量切削和挤压的过程，表面加工均匀，切削力和 切削热很小，可获得很高的表面质量。
③ 光整加工属于微量加工，不能纠正较大的表 面缺陷，其加工前要进行精加工。
2．光整加工的方法
① 手工研抛。 ② 挤压研磨。 ③ 电化学研抛。 ④ 磁力研抛。 ⑤ 超声波研抛。 ⑥ 玻璃珠喷射研抛。