特種加工技術(shù)在鏡面加工中的應(yīng)用

特種加工技術(shù)在鏡面加工中的應(yīng)用

0特種加工與傳統(tǒng)加工相結(jié)合隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對零件加工質(zhì)量的要求越來越高。表面粗糙度作為零件表面加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，不容忽視。對于某些有特殊加工要求,尤其是在有表面完整性和鏡面要求的情況下,傳統(tǒng)加工工藝已無法滿足此要求。而特種加工技術(shù)由于其自身的特點(diǎn),可以很方便地達(dá)到這些要求。文中就應(yīng)用于鏡面加工中的幾種特種加工新技術(shù)的加工機(jī)理及特點(diǎn)作一介紹,并對其影響因素和應(yīng)用作了探討。11.1正極性面板加工的優(yōu)勢由電火花加工的機(jī)理可知,電火花的加工表面是由無數(shù)個(gè)放電坑痕疊加而成,因此欲改善電火花加工后的表面粗糙度,應(yīng)在保證加工條件比較穩(wěn)定的前提下,盡可能減小電火花加工中的單個(gè)脈沖的放電能量。研究表明,用正極性進(jìn)行鏡面加工時(shí),通過合理利用由工作液熱分解產(chǎn)生碳微粒所構(gòu)成的碳黑層,可以使加工間隙增大,這不僅有利于提高加工過程的穩(wěn)定性,而且還能使間隙放電能量重新分配,減小到達(dá)工件表面的放電能量,有利于降低加工表面的粗糙度;同時(shí)碳黑層的存在導(dǎo)致極間距的增大和極間電容的減小,對增大臨界加工面積有明顯的效果,特別有利于實(shí)現(xiàn)大面積鏡面加工。此外,通過優(yōu)選脈沖參數(shù),并及時(shí)轉(zhuǎn)換加工極性可以顯著提高加工效率。有研究表明,在加工過程中采取工具電極平動的辦法,不僅可以起到排屑作用,提高加工效率,而且還能使吸附在工件表面的碳黑層厚度適中,有利于降低加工表面的粗糙度1.2混粉電火花鏡加工工藝的優(yōu)勢常規(guī)電火花加工后的工件表面較為粗糙,并且有一層厚度不均,并且具有微裂紋和殘余拉應(yīng)力的“白層”,無法滿足對精度和表面質(zhì)量要求較高零件的使用要求,因此需要對其進(jìn)行拋光處理,這不僅加大了產(chǎn)品的制造周期,提高了生產(chǎn)成本,而且對復(fù)雜型面所進(jìn)行的手工拋光,其精度也難以滿足加工要求?；旆垭娀鸹ㄧR面加工通過在工作液中添加一定濃度的導(dǎo)電性硅、鋁等粉末以改變電火花放電狀態(tài),有效降低大面積電火花加工的表面粗糙度,使工件表面性能(耐磨、耐蝕等)得到改善,從根本上克服了常規(guī)電火花加工中表面粗糙且性能較差的缺點(diǎn),使電火花加工工藝作為大面積精密加工和復(fù)雜型面的最終加工成為可能,從而省去了通常情況下所需的后續(xù)拋光工序,為電火花加工技術(shù)提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域混粉電火花鏡面加工的機(jī)理是在該工藝中使放電點(diǎn)分散,放電能量細(xì)化。由于微細(xì)粉末能使電場發(fā)生畸變,因此在電場的作用下,微細(xì)粉末感應(yīng)出許多電荷,導(dǎo)致在微細(xì)粉末之間、微粉和電極之間以及微粉和工件之間形成許多微小的火花放電,從而使放電點(diǎn)分散,放電能量細(xì)化,放電蝕坑均勻分布;同時(shí)由于微細(xì)粉末的進(jìn)入,使得極間距增大,因此兩極間的寄生電容減小,避免了在大面積加工時(shí),由于寄生電容和儲能作用較大而導(dǎo)致被加工表面較粗糙的缺陷,而使表面粗糙度值大幅度降低在混粉電火花鏡面加工中,粉末特性、粉末濃度、工件材料及放電參數(shù)都會對加工過程產(chǎn)生一定程度的影響,因此應(yīng)對相關(guān)的加工條件和工藝參數(shù)進(jìn)行合理選擇?？傊?混粉電火花加工可以使加工工件一次成型,省去了拋光工序,提高了加工效率;可加工具有深槽和復(fù)雜三維曲面的零件;所加工的工件表面幾乎不存在顯微裂紋,工件的抗腐蝕能力和抗疲勞能力有所增強(qiáng)。但由于混粉電火花鏡面加工工藝效率較低,因此僅適用于對工件表面進(jìn)行精加工。在模具生產(chǎn)過程中,該工藝的應(yīng)用降低了工人的勞動強(qiáng)度,縮短產(chǎn)品制造周期,提高模具制造質(zhì)量,改善模具的脫模性,延長模具使用壽命。例如,采用混粉電火花鏡面加工技術(shù)加工過的鍛件,表面光亮,無褶皺氧化皮等缺陷;所加工的復(fù)雜型腔表面光亮、均勻,呈鏡面反光效果。22.1電解拋光主要影響表面質(zhì)量的因素電解拋光技術(shù)是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解對工件表面進(jìn)行腐蝕拋光,它是一種表面光整加工工藝,用于改善工件的表面粗糙度和表面力學(xué)性能,而不用于對工件進(jìn)行形狀和尺寸加工總之,電解拋光能夠降低工件的表面粗糙度,提高工件的耐蝕性及抗污染能力。在加工過程中,表面前處理、工件表面狀況、冶金狀態(tài)均會影響拋光后的表面質(zhì)量,此外,電解拋光還受到拋光溫度、電位、時(shí)間、電流等多種因素的共同影響。因此,在實(shí)施過程中要綜合考慮各因素的作用,才能取得最佳效果。不銹鋼電解拋光是目前比較實(shí)用的金屬表面處理技術(shù)之一。不銹鋼電解拋光技術(shù)具有拋光效果好、出光快、成本低、操作簡便等特點(diǎn),經(jīng)過電解拋光的工件粗糙度低、光亮度高、抗腐蝕、抗污染。另外,對于化工容器類生產(chǎn)設(shè)備還有抗掛料、抗靜電等優(yōu)點(diǎn)。因此應(yīng)用電解拋光加工各種大型壓力容器、精細(xì)化工設(shè)備、干燥機(jī)和相應(yīng)的零配件以及管道的內(nèi)、外壁,可以取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。2.2流動磨料電解研磨復(fù)合加工工藝電解研磨復(fù)合加工是在進(jìn)行機(jī)械研磨的同時(shí),引入電化學(xué)陽極溶解的一種鏡面加工新技術(shù)。工件與直流電源正極相接,工具電極與電源負(fù)極相接,在工具電極上包覆一層彈性研磨材料,并控制工件與工具電極之間間隙為1~2mm。通電時(shí),兩極間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),工件表面金屬溶解并生成一層鈍化膜,從而使工件表面微觀平面度的波谷在鈍化膜的保護(hù)下不會繼續(xù)溶解,而波峰處的鈍化膜在磨料的作用下被刮除而露出新鮮金屬并再次生成鈍化膜,這樣隨著波峰處鈍化膜的不斷刮除,即可高效地實(shí)現(xiàn)鏡面加工,這一過程稱為選擇性陽極溶解——機(jī)械整平流動磨料電解研磨復(fù)合加工是一種效率較高,并且不產(chǎn)生加工應(yīng)力的鏡面加工工藝。該工藝是將極細(xì)的磨料混合到電解液中成為懸浮液送入加工區(qū),在工具電極上固定有彈性良好且不粘磨粒的拋光布,它將磨料滯留、并帶動其對工件表面進(jìn)行機(jī)械研磨以去除鈍化層,從而使工件表面處于鈍化、活化的反復(fù)狀態(tài),有利于選擇性溶解的進(jìn)行和表面凸峰的整平,同時(shí)研磨還加速了電解液及磨粒的遷移,使細(xì)小磨粒運(yùn)動軌跡的紊亂程度提高,有利于表面粗糙度值的降低。復(fù)合加工中,獲取鏡面光潔度的關(guān)鍵是電解作用與研磨作用的匹配,即磨粒的刮膜作用恰好與電解作用同步;具有刮膜作用與整平作用的研磨作用和磨料的粒度共同決定最終的表面粗糙度,金屬的去除主要由電解作用完成。在該工藝中,分散均勻的細(xì)小磨粒只是均勻地去除工件表面的鈍化膜,基本上避免了機(jī)械切削力對工件基體的作用,不會產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力,并且有可能將原有的表面變質(zhì)層部分或全部去除?？傊?流動磨料電解研磨復(fù)合加工工藝是一種高效率的鏡面加工工藝,它可用于平面、內(nèi)外圓柱表面及自由曲面的鏡面加工,被加工的材料除不銹鋼外,還可以是普通碳鋼及非鐵金屬。該工藝從根本上解決了加工效率和表面粗糙度之間的矛盾,同時(shí)作為一種無應(yīng)力加工工藝,可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中對金屬表面理化性質(zhì)完整性和零件尺寸長期穩(wěn)定性的要求,其優(yōu)越的加工性能為其它加工工藝所不及,另外,該工藝具有設(shè)備簡單,易操作,不會造成環(huán)境污染等諸多優(yōu)點(diǎn),這些必將促使該工藝得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。2.3復(fù)合式超硬磨料砂輪的工藝特點(diǎn)ELID磨削是在磨削過程中,利用非線性電解修整作用和金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪表層氧化物絕緣層對電解抑制作用的動態(tài)平衡,對砂輪進(jìn)行連續(xù)修銳,使砂輪磨粒獲得恒定的突出量,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控的磨削過程,尤其適用于對硬、脆材料進(jìn)行超精密鏡面磨削在ELID磨削加工中,金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪與電源正極相接作陽極,工具電極作陰極,在砂輪和電極的間隙中通過電解磨削液,利用電解過程中的陽極溶解效應(yīng),對砂輪表層的金屬基體進(jìn)行電解去除,從而逐漸露出鋒利的新磨粒,起到對砂輪的修整作用;同時(shí)在砂輪表面形成一層鈍化膜,抑制砂輪的過度電解,從而使砂輪始終處于最佳磨削狀態(tài)。由此可見,該技術(shù)將砂輪修整與磨削過程很好地結(jié)合在一起,在利用金屬基砂輪進(jìn)行磨削加工的同時(shí),復(fù)合以電解工藝對砂輪進(jìn)行修整,以實(shí)現(xiàn)對硬、脆材料的連續(xù)超精密鏡面磨削。在ELID磨削中,由于磨粒固著在結(jié)合劑中,對單個(gè)固著磨粒而言,其有效磨削尺寸很小,磨粒主要以微切削的方式去除材料;另一方面,砂輪表面形成具有一定厚度和彈性,且容納有脫落磨料的鈍化膜,成為一種具有良好柔性的研磨膜。精磨時(shí),由于進(jìn)給量很小,鈍化膜的厚度遠(yuǎn)大于磨料的外露高度,使砂輪基體表層磨料在磨削過程中不可能與工件直接接觸,砂輪上所覆蓋的鈍化膜將代替砂輪參與磨削。當(dāng)電解作用完全被抑制時(shí),鈍化膜完成對工件的光磨。所以,該工藝實(shí)際上是一種集磨、研、拋為一體的復(fù)合式精密鏡面加工技術(shù)。總之,ELID磨削技術(shù)是對金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪在線修整、修銳的復(fù)合加工技術(shù),具有穩(wěn)定可控,易于實(shí)現(xiàn)過程的最優(yōu)化;加工精度高,表面裂紋少,加工質(zhì)量好;適應(yīng)性強(qiáng),磨削效率高;以及裝置簡單,成本低,適