影響電解磨削加工質量的因素及參數選擇

朱麗鵬

電解磨削屬于電化學機械加工的范疇。電解磨削是由電解作用和機械磨削作用相結合而進行加工的﹐又稱電化學磨削﹐英文簡稱ECG。

電解磨削的原理如圖,導電砂輪與直流電源的陰極相聯,被加工工件接陽極,它在一定壓力下與導電砂輪相接觸。加工區域中送入電解液,在電解和機械磨削的雙重作用下,工件很快就被磨光。

在電解磨削過程中,電流從工件通過電解液流向磨輪,形成通路,于是工件表面的金屬在電流和電解液的作用下發生電解作用(電化學腐蝕),被氧化成為一層極薄的氧化物或氫氧化物薄膜(陽極氧化膜)。但剛形成的陽極薄膜迅速被導電砂輪中的磨料刮除,在陽極工件上有露出新的金屬表面并被繼續加工,這樣,電解作用和磨削作用交替進行使工件被加工到一定的尺寸精度和表面粗糙度。

電解磨削是一種電解和機械磨削共同作用的加工方法,影響其加工質量的因素也是多方面的,主要是電解液、陰極導電面積和磨粒軌跡、被加工材料的性質、機械因素、電參數。

電解液的成分直接影響到陽極表面鈍化膜的性質。如果所生成的鈍化膜的結構疏松,對工件表面的保護能力差,加工精度就低。要獲得高精度的零件,在加工的過程中工件表面應生成一層結構緊密、均勻的、保護性能良好的低價氧化物。鈍化性電解液形成的陽極鈍化膜不易受到破壞。電解液的成分和濃度是影響陽極鈍化膜性質和厚度的主要因素。因此為了改善表面粗糙度,常常選用鈍化性或半鈍化性電解液。

電解磨削平面時,常常采用碗狀砂輪以增大陰極面積,但工件往復移動時,陰、陽極上各點的相對運動速度和軌跡的重復程度并不相等,砂輪邊緣線速度高,進給方向兩側軌跡的重復程度較大,磨削量較多,磨出的工件往往成中凸的“魚背”形狀。輪結合劑銅或石墨,工件在往復運動磨削過程中,由于兩極之間的接觸面積逐漸減少或逐漸增加,引起電流密度相應變化,造成表面電解不均勻,也會影響加工成形精度。

對合金成分復雜的材料,由于不同金屬元素的電極電位不同,陽極溶解速度也不同,特別是電解磨削硬質合金和鋼料的組合件時,問題更為嚴重。因此,要研究適合多種金屬、同時均勻溶解的電解液配方,這是解決多金屬材料電解磨削的主要途徑。

電解磨削過程中,陽極表面的活化主要是靠機械磨削作用,因此機床的成形運動精度、夾具精度、磨輪精度對加工精度的影響是不可忽視的。其中電解磨輪占有重要地位,它不但直接影響到加工精度,而且影響到砂輪/工件極間狀態,即影響砂輪/工件接觸的緊密程度或極間間隙的大小。磨料粒度越細,越能均勻的去除凸起部分的鈍化膜,另一方面使加工間隙減小,這兩種作用都加快了整平速度,有利于改善表面粗糙度。

工作電壓是影響表面粗糙度的主要因素。工作電壓低,工作表面溶解速度慢、鈍化膜不易被穿透,因而溶解作用只在表面凸處進行,有利于提高精度,精加工時應選用較低的工作電壓,但不能低于合金中元素的最高分解電壓。工作電壓過低,會使電解作用減弱,生產率降低,表面質量變壞。過高時,加工則以電解去除為主,砂輪與工件表面之間甚至會產生類似于電解加工的間隙,則表面不易整平,使表面粗糙度惡化。電流密度過高,電解作用過強,表面粗糙度不好。電流密度過低,機械作用過強,也會使表面粗糙度變壞。

要通過電解磨削獲得較高的加工精度和表面粗糙度需要選擇合適的方法及合適的參數,加工硬質合金時要適當控制電解液的PH值,要得到較厚的陽極鈍化膜,不應采用高PH值的電解液,一般PH=7～9為宜;為了減少陰陽兩極上各點運動速度和軌跡的重復程度不相等所帶來的負面影響,一般采用“復合軌跡”;砂輪需要常休整,另外砂輪磨料應選擇較硬的、耐磨損的,一般砂輪的粒度選40～100目以內的;電流密度一般選30～50A·cm^-2粗加工選較高的,精加工選較低的;加工電壓選5～12V精加工選較小的值;磨削壓力選0.2～0.4Mpa;磨輪線速度選20～30m·s^-1;電解液流量選1～1.5L·min^-1;電解液溫度選20℃～30℃;電解液濃度選5%～30%。

在電解磨削中,影響加工精度與表面粗糙度的因素是共同作用的,在實際加工過程中需要綜合考慮各方面的需求和條件,然后選擇合適的加工方案和加工工藝參數,這樣可以提高加工精度和表面粗糙度的質量。

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(編輯/李舶)