电解磨削的原理及加工
发布时间:2022-07-30 13:08:16  作者:im电子竞技来源:im体育官网全球第一体育平台

  电解磨削的原理及加工电解磨削顾名思义就是电解作用机床和机械磨削相结合的一种复合工艺方法。 目录 工艺试验基本原理电解磨削 电解磨削图册 电解磨削顾名思义就是电解作用机床和机械磨削相结合的一种复合工艺方法。 磨削时,工件接直流电源正极,电解磨轮接直流电源的负极,车床在二者之间供 给电解液。当直流电源接通时,工件表面将产生电化学反应,表层金属原子变成 离子并形成阳极膜。这层膜钝化作用强,又称为钝化膜。它覆盖在工件表面,阻 止电化学反应的继续进行。当工件进一步向电解磨轮靠近并接触时,电解磨轮表 面凸出的磨料高速运动,将钝化膜刮除,基体金属外露,继续产生电化学反应。 如此反复进行,工件材料被一层层地去除,从而达到加工的目的。工件与电解磨 轮接触时,磨轮表面凸出的车床磨料使二者保持一定的间隙,机床不致发生短路, 且间隙中的电解液因磨轮的高速旋转不断被更新,使得阳极溶解反应能持续进 产生电解磨削电解作用与机械磨削相结合的一种特种加工,又称电化学磨削,英文简称ECG。 电解磨削是20 世纪50 年代初美国人研究发明的。图为电解磨削的原理。工件作 为阳极与直流电源的正极相连;导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。磨削 时,两者之间保持一定的磨削压力,凸出于磨轮表面的非导电性磨料使工件表面 与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙(约002~005 毫米),同时向间隙 中供给电解液。在直流电的作用下,工件表面金属由于电解作用生成离子化合物 和阳极膜。这些电解产物不断地被旋转的磨轮所刮除,使新的金属表面露出,继 续产生电解作用,工件材料遂不断地被去除,从而达到磨削的目的。电解液一般 采用硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾等成分混合的水溶液,不同的工件材料所用电解 液的成分也不同。导电磨轮由导电性基体结合剂与磨料结合而成,主要为金属 结合剂金刚石磨轮、电镀金刚石磨轮、铜基树脂结合剂磨轮、陶瓷渗银磨轮和碳 素结合剂磨轮等,按不同用途选用。 加工特点电解磨削 电解磨削特点图册 电解磨削具有以下特点: 1磨削效率高于纯机械磨削,当磨削接触面大且电源容量足够大时,效率更高。 2由于材料主要靠阳极溶解,因此磨轮的损耗远比机械磨削小。 3磨削表面粗糙度低,只。最佳值在0.01—0.05/xm。 4磨削时压力小,产生的热量低,不易产生变形及加工应力,适于加工对裂纹 敏感的材料。 5磨削铁基材料时使用的电解液对设备有一定的腐蚀性,对设备应考虑一定的 防护措施。 6由于电解液多采用NaN0,,机床加工时会产生有刺激味的气体及氢气车床等, 因此防护罩上应加装抽风吸雾装置。 由于电解磨削具有上述特点,故适用于磨削高强度、高硬度、热敏性材料,如硬 质合金、高速钢、耐热合金、钛合金等。 应用电解磨削电解磨削适合于磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料, 如硬质合金、高速钢、钛合金、不锈钢、镍基合金和磁钢等。用电解磨削可磨削 各种硬质合金刀具、塞规、轧辊、耐磨衬套、模具平面和不锈钢注射针头等。电 解磨削的效率一般高于机械磨削,磨轮损耗较低,加工表面不产生磨削烧伤、裂 纹、残余应力、加工变质层和毛刺等,表面粗糙度一般为Rα 063~016 微米, 最高可达Rα 004~002 微米。 采用适应控制技术,可进一步提高电解磨削的加工稳定性和自动化程度。同时, 为了提高加工精度,采用兼有纯机械磨削能力的导电磨轮,粗加工时靠电解磨削 的高效率完成大部分加工量,然后切断电解电源,靠纯机械磨削磨掉精加工余量, 这样能显著提高加工精度。电解磨削方式已从平面磨削扩大到内圆磨削、外圆磨 削和成形磨削。电解加工的原理也可与珩磨和超精加工结合起来,成为电解珩磨 和电解超精加工。 电解磨床电解磨削 电解磨床图册 1.电解磨床的组成 电解磨床主要由机床、直流电源和电解液系统三大部分组成。根据加工对象的不 同,机床有多种形状,如以磨削圆形工件为主的电解内外圆磨床,以平面加工为 主的电解平面磨床及以加工刀具为主的电解工具磨床等。 电解磨床的基本结构、机床刚性及精度要求等与机械磨床相同,但床身与主轴间 需保持可靠的绝缘性,尤其是磨头主轴一定要与车床磨头壳体绝缘,进电的炭刷 机构也要与壳体绝缘,绝不可通过主轴壳体进电防止轴承的滚动件火花放电烧 损。其次,砂轮的线速度可以比机械磨削低线;,以利 于减小主轴振动及延长主轴轴承寿命。 2.电解液系统 与机械磨削冷却泵系统基本相同,唯一不同的是泵的叶轮通常用单级离心泵 采用尼龙制作、电机轴为加长轴,防止电解液溅人泵的电动机中。为防止电解液 的腐蚀,机床输液管采用尼龙或加强塑料管。 为保持电解液的清洁,应配备过滤装置——介质过滤或离心过滤均可。如果厂房 面积大,也车床可采用分箱自然沉淀法。 影响加工质量因素电解磨削 电解磨削图册 多年来,为了提高电解磨削的加工质量,国内外进行了许多研究。过去的研究主 要局限于考虑两个主要参数——电极电压和进给速度,即从电解作用和机械作用 两个方向来进行研究,并一致认为实现二者之间的合理匹配是提高电解磨削加工 质量的关键。有关资料还对二者之间的匹配比例进行了量化,认为90%的材料由 电解溶解,10%的材料由机械去除为最佳匹配。事实上我们也在试验中发现,若 电解作用过强,则砂轮的机械整平作用显著减弱,表面粗糙度值升高,且工件不 光亮;反之,若电解作用过弱,机械作用过强,则电解磨削近似于普通机械磨削, 表面出现划痕,表面粗糙度值也升高。 1、调整电解和机械作用精密匹配的措施 减小机械进给为了精密调节电解和机械作用的匹配,需要在电解和机械两方面入手。机械作用 的调节重要的是要能实现微量进给,每次进给量很小,这样机械作用能够实现精 密调节。 采用脉冲电源电解作用的调节,以往是通过调节电压来实现的。但极间电压不能太小,因为从 金属的阳极极化曲线)看到,阳极电位必须达到一定值才能发生 阳极电解溶解。各种金属在特定的电解液中存在一个最低溶解电压,极间电压只 有大于此值,金属才能溶解,而在精密电解加工时需要电解作用较小,这就产生 了矛盾。在这种情况下,可以采用脉冲电源,通过减小脉冲电源的占空比来缩短 电解作用时间,以实现电解作用的微量调节。 另外,脉冲电解磨削对电解液产生扰动作用,使得电解产物易于排除,电解液更 新加快,电解液流场更均匀,从而改善了加工效果。 采用电流调节电解和电解磨削过去所用的电源一直用电压调节电流,但从电解磨削加工过程来 看,直接采用电流调节更合理。因为,根据法拉第定律:M=η KIt M——电极上溶解或析出物质的重量;K——被电解物质的重量电化学当量; I——电解时的加工电流; ——电流效率;t——电解时间; 可以看出,电解作用去除量的大小直接和电流I 成比例,它与电压无直接关系。 而在加工体系中,极间电压U 和加工电流I 具有如下间接关系: U=U1+IR+U2 U1、U2分别为阴极和阳极的极化电位。若采用电压调节,尽管可使极间 电压U 恒定,但电解加工期间,由于气泡和电解产物产生、排除以及极间间隙的 变化,使极间电阻R 的波动不可避免,因而电流会相应变化,这使得电解作用量 不可精确控制,采用电流调节则不存在这个问题,尽管极间电压会波动,但不影 响电解作用去除量,只要保证所用电压高于工件金属的阳极溶解电压即可。 2、恒流源对工件表面整平机理的解释 电解磨削的整平机理是,工件在电解作用下,表面被氧化生成阳极钝化膜,该膜 的电阻较大,阻碍着电解进行。高点处的钝化膜不断被砂轮刮掉,露出新的金属 继续被电解,因而高点处的金属溶解较快。低点由于钝化膜的保护溶解较慢,工 件在微观高低点去除速度差的存在使工件不断被整平。采用可调的恒流电源时, 控制的是外电路电流恒定,而不是加工区各处的电流密度恒定。相反,砂轮刮除 高点钝化膜的本质没有改变,因而微观高低点依然存在去除速度差,工件能够不 3、可调的恒流脉冲电源的研制1)总体设计 本文的加工对象为 2mm 的孔,所用工具为 18mm2mm 的电解磨头。由于加 工区相对的面积很小,所需电流不大,为此,电源总体组成如图2 所示。其中 RL 为负载电阻。整个电源可通过拨档开关选择直流和脉冲两种输出方式。 2)电流源的设计 电流源将全波整流的电压Ui 转换成直流电流Io 输出给负载RL,电路采用cw317 芯片实现,原理如图3 所示。由于电流源两端不能开路,在负载两端接一旁路电 阻R,电流通过可调电阻R2 进行调节。该电源最大输出电流可超过1A,能够满足 小孔电解磨削的需要。 本文的脉冲电源主振级由555集成电路实现,原理如图4 所示。在该电路中通过 调节电位器R2 和R3 可实现脉宽、脉间的连续调节;改变电容C1 的取值可改变 脉宽、脉间的调节范围。该电路的脉宽和脉间可在70μ s~336ms 之间调节,脉 冲周期在140μ s~672ms 之间调节。 工艺试验电解磨削 电解磨削工艺图册 1、脉冲电解磨削对尺寸去除量的影响 在不同的加工电参数下对 2mm 的小孔进行加工试验。试验中每隔一定的时间 (电解磨头沿轴向往复运动一次)测量一次去除量,测量取5 点平均值。所用仪 器为中原量仪厂的DGC-8ZG 电感式传感器和DGS-6B 数显电感测微仪,该仪器的 最小分辨率为001m,测量误差005μ m,测量结果如图5 所示。其它试验条件 为:电解液为NaNO3 和NaNO2 基复合溶液;径向单步进给量1μ m;电解磨头往复 运动速度30mmmin;脉冲宽度025ms;脉冲间隔025ms、05ms、075ms;峰值电 流密度09Acm2、14Acm2、19Acm2、24Acm2。 试验结果表明,在不同电流密度下,脉冲电解磨削时的工件去除量要小于直流电 解磨削时的去除量,即脉冲电解磨削具有更高的尺寸可控性,加工精度较高。另 外,在电解电量(电解电流I 和电解时间t 的乘积)相同的情况下,脉冲电解磨 削时的加工去除量要比直流电解磨削时的去除量大。这是由于脉冲电解磨削时电 解作用间歇进行,对电解液产生了扰动作用,使得电解产物更容易排除。另外, 也因为在脉冲电解磨削时电解液有较多的时间更新,极间流场特性改善,使得有 些成分能形成价氧化物溶解。 脉冲电解磨削对表面粗糙度的影响前面的机理分析说明,脉冲电解磨削可以获得更好的表面质量,本文对此进行了 试验,试验结果如图6 所示。试验条件为:电解液为NaNO3 和NaNO2 基复合溶液, 径向单步进给量1μ m,电解磨头往复运动速度30mmmin,脉冲宽度025ms,脉冲 占空比1:2、1:3、1:4,峰值电流密度09Acm2、14Acm2、19Acm2、24Acm2。 试验结果表明,脉冲电解磨削要比直流电解磨削的加工质量高。而且,脉冲电解 磨削时占空比增大,表面质量也相应提高。这是因为在脉冲间隔期加工区的析热、 析气以及电解产物得以充分排除,电解液有较多的时间更新,使电解液的流场和 温度场更均匀所至。 电解磨削要获得较高的加工质量,关键在于电解和机械作用的合理匹配。本文采 用新研制的可调恒流脉冲电源进行了电解磨削试验,证明脉冲电解磨削比直流电 解磨削有更好的加工质量。