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一种模具复杂表面快速抛光的新方法

发布时期:2012-8-13      浏览次数:527
 

一种模具复杂表面快速抛光的新方法

高频窄脉冲电解擦削工艺

常州工学院省重点建设实验室干为民毛建秋

摘要:为了解决不锈钢复杂表面的快速光整加工问题,

柔性阴极包层的厚度、加工电压和电解液配方等工艺参数。

关键词:电解擦削不锈钢工艺参数

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

的加工间隙,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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