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一种模具复杂表面快速抛光的新方法
    
电解擦削是针对传统电化学加工设备复杂、投资大、技术难度高,不易普及推广和已有相关技术单一、应用范围窄等问题,研究成功的一项具有普遍推广意义的新的电化学加工实用技术。它既具有电解加工的优点,对机械加工中难加工的高硬金属材料
做到以柔克刚,同时可以灵活地设计不同类型、不同功能的电解擦削阴极对具有复杂表面的金属零件进行定域、定量电解光整加工。在实际加工时,工件的加工精度、表面质量、余量去除速度等工艺指标与工件材料、加工间隙、加工电压、加工电流密度、电解液及其供液方式、电解擦削工作方式等1771~密切相关,分析研究这些因素对加工的影响规律,将有助于提高电解擦削加工的质量与效率。本文通过改变柔性阴极包层的厚度、加工电压和电解液配方等工艺参数,初步得到了电解擦削不锈钢去除余量的规律。
1,电解擦削工艺试验的设备
如图1所示,不锈钢材料电解擦削工艺试验的设备由电解擦削电源、电解液及电解液槽、专用电解擦削阴极、不锈钢工件及夹具等几部分组成。电解擦削时,工件接直流电源的正极(阳极),电解擦削头接直流电源的负极(阴极);不锈钢工件固定安装在夹具上,电解擦削头与不锈钢工件加工表面保持一定作者简介:干为民工学博士,副教授,江苏省模具工业协会副理事长毛建秋工学学士,实验师
进行了不锈钢的电解擦削的试验研究。通过改变初步得到了电解擦削不锈钢去除余量的规律。
图1:电解擦削工艺原理
电解液在电解液槽中充满擦削工作区;启动直流电源,调整好电参数,将电解擦削阴极相对工件加工面往复运动进行电解擦削。
电解擦削电源采用自行开发的高频窄脉冲电解擦削电源,主要技术参数为:输出电压为3—24V可调,输出额定电流50A,最高频率为18K,占空比可调,具有过流保护、短路保护及相应的报警指示等功能。
电解擦削的阴极擦头采用柔性阴极头,即在电解擦削的过程中,擦削头工作部分与工件间的接触是柔性的。它是在导电性良好的金属阴极上包覆层数不等的、多孔能吸液的柔软绝缘物,电解液通过阴极体上的出液孔浸湿柔性包层并到达加工区。一般包层的单边厚度在0.6—2 mm范围内选择,粗擦削时选薄一些的包层,精擦削时则选厚一些的包层。
电解擦削的供液方式采用浸液法,即将工件的加工面浸入电解液中进行电解擦削加工。它的优点是简单便捷,缺点是加工面浸在电解液中不好观察,且非加工面也容易产生杂散腐蚀。为了在保证产品精度、产品表面质量的先决条件下提高擦削效率,可采用断续、分步、分层的操作过程。本试验中采用断续操作方式,即擦削过程断续进行,不是一直连续进行,中间有间歇、休整、清理工作面和阴极头,特别是柔性阴极外绝缘包层更要及时清理降温。
在电解液的选择上,既考虑电解的难易程度,又考虑试验的经济性,因而选取NaN03和NaN02的水溶液,它们均为强电解质。试验中所用NaN03和NaN02的比例均按体积比计算。试验没有考虑擦削速度、擦削温度、间隙磨损对擦削加工去除余量的影响,擦削在实验室的室温下进行。
测量仪器选用中原量仪厂生产的DGB一4A电感测微仪,测量精度为:±0.25微米。由于电解擦削加工去除量非常小,每一次擦削的去除量在纳米级,因此采用测量100(】次擦削去除量的值,以确保测量数据的准确性。下面图表中的去除余量数据均为10()0次擦削去除余量的测量值。
2.电解擦削工艺试验注意事项由于试验是在水溶液中进行的,并且要进行多次测量,因此测量时必须考虑液体对测量仪器的腐蚀,每次测量前必须将工件表面擦干。
加工前首先应检查专用电源能否正常启动,过流保护装置及声、光报警系统的工作是否可靠,电参数调整要在电源电流的最大量程之内进行。加工时按照断续擦削的方法进行操作,擦削时速度均匀,用力适当。注意观察阴极擦头的包层有无损坏,同时仔细观察气泡和金属氢氧化物的生成情况及其排除效果。
试验结束后及时将工件和阴极擦削头清洗干净,酌情涂油保存。电源设备、测量仪器应复位并切断电源。
3.电解擦削工艺试验结果
3.1测试电解擦削去除余量与加工电压之间的关系选用2号电解液配方,在室温下进行试验,调整加工间隙S到1.8 mm。
试验测得加工电压与电解擦削去除余量之问的关系见下表及图2所示。

加工电压U(v)
14
12
10
8
6
4
去除余量t(um)
60
58
56
35
20
10

实验数据表明:加工电压在0~15V之间递增时,擦削去除余量随加工电压增加而增加,但在加工电压达到10V后,擦削去除余量增加不再明显。
3.2测试电解擦削去除余量与加工间隙之间的关系
选用2号电解液,在室温下进行试验,调整加工电压u为10 V。试验测得加工间隙与电解擦削去除余量之间的关系见下表及图3所示。

加工间隙s(mm) ┃0.8 ┃ 0.9 ┃ 1.6 ┃ 1.7 ┃ 1.8 ┃ 2.4 ┃ 2.5 ┃ 2.7
去除余量t(¨m) ┃ 60 ┃ 60 ┃ 60 ┃ 50 ┃ 40 ┃ 38 ┃ 35 ┃ 25

试验数据表明:加工间隙小于1 mm时,电解擦削的去除余量较大,随着加工间隙的增加,电解擦削的去除余量不断减小,从图上可以看出,当加工间隙大于2.5 mm时,电解擦削的去除佘量迅速下降。
3.3测试电解擦削去除余量与不同电解液配方的关系’
将加工电压调整为15V,加工间隙调整为1.8 mm,在室温下进行试验。电压(V)
图2:加工电压对去除佘量的影响
电解液:2号
加工问隙S=1.8rnm试验测得电解擦削去除佘量与各种不同电解液配方之间的关系见下表及图4所示。

电解液编号K
1
2
3
4
5
6
去除余量t(um)
60
75
90
110
180
200

试验数据表明:随着电解液配方编号的增加,电解擦削的去除余量也基本呈增加趋势,其中5号电解液对材料去除的影响最为明显。
4 结论
1、由于一次电解擦削的去除量为纳米量级,因此,这种加工方法可用于微细加工。
2、电解擦削去除量随加工电压增加而增加。在加工电压达到10V后,增加不再明显。
3、电解擦削的去除量随着加工间隙的增加而减小。当加工间隙大于2.5 mm时,电解擦削的去除量迅速下降。
4、电解擦削的去除量与电解液配方密切相关。去除量随着电解液配方编号的增加而增加,其中5号电解液对材料去除的影响最为明显。
5、该种加工方法可在2分钟内使加工表面的粗糙度由Ra2~3¨m降至Ra0.05¨m,所以,高频窄脉冲电解擦削工艺是一种模具复杂表面快速抛光的新方法。

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