脉冲电化学去毛刺工艺

人生

1 引言
机械零件在制造加工过程中产生的毛刺不仅直接影响零件本身的精度和外观质量，还会影响整个产品的使用性能和寿命。此外，由于去毛刺工序要花费工时和费用，因此将直接影响产品的成本和价格，成为降低生产成本的障碍之一，全世界每年花费在去毛刺方面的费用约为100亿美元。目前，国外已从系统工程的角度来研究毛刺问题，并成立了“世界去毛刺协会”(Worldwide Burr Technology Committee，WBTC)，大力实施“毛刺工程”(Burr Engineering)。去毛刺工艺属于表面光整加工范畴，目前主要采用刮刀、油石、砂布、钢丝刷轮、滚磨、振动、喷沙和撞击等手工或机械方式以及化学、高温、水射流、磨粒挤压、电化学、脉冲电化学等非机械方式去除毛刺(航空业还采用机器人打磨等方式去毛刺)，这些不同的去毛刺方法各有利弊。去毛刺一般为零件的最终精加工工序，因此在去除毛刺的同时还必须保证零件具有良好的表面质量，其加工效果与选用的去毛刺工艺方法密切相关。
2 脉冲电化学去毛刺加工机理
脉冲电化学去毛刺是一种符合“绿色制造”要求的先进去毛刺工艺。该工艺采用脉冲电源代替直流电源，并在非线性电解液中进行加工；加工时，工件接脉冲电源的正极，与毛刺部位相对应的工具电极接脉冲电源的负极，工件阳极与工具阴极之间保持较小的加工间隙，且工具阴极无进给。该工艺具有以下特点：①由于加工所用电解液为中性无机盐水溶液，因此不会污染环境；②由于脉冲电流的间隙作用和压力波的搅拌作用改善了加工间隙内的电场和流场条件，降低了对电解液流动特性的要求，因此有利于获得稳定、理想的加工过程；③由于在加工过程中无切削力，不会形成附加应力和表面变质层，因此可改善加工表面微观几何形貌以及零件的物理、化学和机械性能。
! I2 O0 E: ^: Z脉冲电化学去毛刺加工的基本原理如图1所示。工件接脉冲电源的正极，工具电极接脉冲电源的负极，工具阴极与工件毛刺部位对应放置。加工时，首先在加工间隙内加入电解液，然后接通脉冲电源，此时工件阳极表面将发生氧化反应，工具阴极则将发生还原反应。工件阳极的基本电化学反应式为
M-ne→Mn+
4 m- q) k. z, N' f' i3 ?/ M/ ZMn++n(OH)→Fe(OH)n↓
工具(阴极)的基本电化学反应式为
2H++2e→H2↓

图1 脉冲电化学去毛刺加工的基本原理

图2 电力线分布示意图

5 }, g8 @) }( h2 w图3 喷油嘴内孔去毛刺示意图
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图4 金属针布外形
4 应用实例
脉冲电化学去毛刺工艺已成功运用于喷油嘴内孔、液压阀体内孔、活塞套、轴承保持架以及纺机分梳辊用金属针布等零件的去毛刺加工，去除毛刺的效果良好，形成了要求的光滑圆弧，且获得了较好的表面质量。
喷油嘴内孔去毛刺喷油嘴内孔孔径一般为0.25～0.5mm，去毛刺工艺装置见图3。采用正交试验法得出优选工艺参数为：电解液为浓度约12%的硝酸钠溶液，加工间歇0.1mm，脉冲宽度200µs，脉冲频率1000Hz，加工电流5A，加工电压15V，加工时间6s。加工后成功去除了喷油嘴内孔毛刺，并形成了约R0.1mm圆角，加工表面粗糙度达到Ra1.6µm。
. w. e& [: A% B- F) q) s5 X4 g, Y金属针布去毛刺
纺织机械中的分梳辊用金属针布外形如图4所示。由于该零件为低刚度薄壁零件，采用机加工方法去毛刺较困难。采用脉冲电化学去毛刺时，优化工艺参数为：电解液为浓度约10%的硝酸钠溶液，加工间隙0.2mm，脉冲周期1ms，脉冲间隔0.5ms，加工电流5A，加工电压10V，加工时间5s。去毛刺效果及加工表面质量良好。
由于电解液具有一定腐蚀作用，因此脉冲电化学去毛刺加工后应采用超声波清洗等方法及时清洗工件，也可采用硝酸钠和亚硝酸钠水溶液进行防腐处理。
脉冲电化学去毛刺工艺设备简单、操作方便、应用范围广(尤其适用于薄壁件和刚性较差的零件)、加工效率高，具有良好的应用前景。
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