影响电解磨削加工质量的因素及参数选择

朱丽鹏

电解磨削属于电化学机械加工的范畴。电解磨削是由电解作用和機械磨削作用相结合而进行加工的﹐又称电化学磨削﹐英文简称ECG。

电解磨削的原理如图,导电砂轮与直流电源的阴极相联,被加工工件接阳极,它在一定压力下与导电砂轮相接触。加工区域中送入电解液,在电解和机械磨削的双重作用下,工件很快就被磨光。

在电解磨削过程中,电流从工件通过电解液流向磨轮,形成通路,于是工件表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用(电化学腐蚀),被氧化成为一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜(阳极氧化膜)。但刚形成的阳极薄膜迅速被导电砂轮中的磨料刮除,在阳极工件上有露出新的金属表面并被继续加工,这样,电解作用和磨削作用交替进行使工件被加工到一定的尺寸精度和表面粗糙度。

电解磨削是一种电解和机械磨削共同作用的加工方法,影响其加工质量的因素也是多方面的,主要是电解液、阴极导电面积和磨粒轨迹、被加工材料的性质、机械因素、电参数。

电解液的成分直接影响到阳极表面钝化膜的性质。如果所生成的钝化膜的结构疏松,对工件表面的保护能力差,加工精度就低。要获得高精度的零件,在加工的过程中工件表面应生成一层结构紧密、均匀的、保护性能良好的低价氧化物。钝化性电解液形成的阳极钝化膜不易受到破坏。电解液的成分和浓度是影响阳极钝化膜性质和厚度的主要因素。因此为了改善表面粗糙度,常常选用钝化性或半钝化性电解液。

电解磨削平面时,常常采用碗状砂轮以增大阴极面积,但工件往复移动时,阴、阳极上各点的相对运动速度和轨迹的重复程度并不相等,砂轮边缘线速度高,进给方向两侧轨迹的重复程度较大,磨削量较多,磨出的工件往往成中凸的“鱼背”形状。轮结合剂铜或石墨,工件在往复运动磨削过程中,由于两极之间的接触面积逐渐减少或逐渐增加,引起电流密度相应变化,造成表面电解不均匀,也会影响加工成形精度。

对合金成分复杂的材料,由于不同金属元素的电极电位不同,阳极溶解速度也不同,特别是电解磨削硬质合金和钢料的组合件时,问题更为严重。因此,要研究适合多种金属、同时均匀溶解的电解液配方,这是解决多金属材料电解磨削的主要途径。

电解磨削过程中,阳极表面的活化主要是靠机械磨削作用,因此机床的成形运动精度、夹具精度、磨轮精度对加工精度的影响是不可忽视的。其中电解磨轮占有重要地位,它不但直接影响到加工精度,而且影响到砂轮/工件极间状态,即影响砂轮/工件接触的紧密程度或极间间隙的大小。磨料粒度越细,越能均匀的去除凸起部分的钝化膜,另一方面使加工间隙减小,这两种作用都加快了整平速度,有利于改善表面粗糙度。

工作电压是影响表面粗糙度的主要因素。工作电压低,工作表面溶解速度慢、钝化膜不易被穿透,因而溶解作用只在表面凸处进行,有利于提高精度,精加工时应选用较低的工作电压,但不能低于合金中元素的最高分解电压。工作电压过低,会使电解作用减弱,生产率降低,表面质量变坏。过高时,加工则以电解去除为主,砂轮与工件表面之间甚至会产生类似于电解加工的间隙,则表面不易整平,使表面粗糙度恶化。电流密度过高,电解作用过强,表面粗糙度不好。电流密度过低,机械作用过强,也会使表面粗糙度变坏。

要通过电解磨削获得较高的加工精度和表面粗糙度需要选择合适的方法及合适的参数,加工硬质合金时要适当控制电解液的PH值,要得到较厚的阳极钝化膜,不应采用高PH值的电解液,一般PH=7～9为宜;为了减少阴阳两极上各点运动速度和轨迹的重复程度不相等所带来的负面影响,一般采用“复合轨迹”;砂轮需要常休整,另外砂轮磨料应选择较硬的、耐磨损的,一般砂轮的粒度选40～100目以内的;电流密度一般选30～50A·cm^-2粗加工选较高的,精加工选较低的;加工电压选5～12V精加工选较小的值;磨削压力选0.2～0.4Mpa;磨轮线速度选20～30m·s^-1;电解液流量选1～1.5L·min^-1;电解液温度选20℃～30℃;电解液浓度选5%～30%。

在电解磨削中,影响加工精度与表面粗糙度的因素是共同作用的,在实际加工过程中需要综合考虑各方面的需求和条件,然后选择合适的加工方案和加工工艺参数,这样可以提高加工精度和表面粗糙度的质量。

参考文献:

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[2]胡传炘,夏志东.特种加工手册[K].北京工业大学出版社,2001.

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(编辑/李舶)