文档介绍：线型复合工具电化学-:电化学机械加工作为特种加工的一个重要手段,一直以来主要被用于光整加工。本文研制的线型复合工具电化学-机械加工方法,结合了电化学和机械加工的优势,增加了电化学加工过程的可控性,使电化学加工无需制作成型电极而可用于成型加工,拓展了电化学机械加工的领域。关键词:电化学-机械加工线型复合工具螺旋电极中图分类号:TG6620前言随着现代科学技术进步和工业的发展,由于机械产品及其零部件的使用性能要求越来越高,对机械材料提出了更高的要求,耐高温,耐磨损,抗腐蚀等。在这种情况下许多新金属材料被不断采用,这些金属材料具有优异的机械物理性能,但由于材料结构的特点,加工成型时遇到许多困难。难加工的原因一般是以下几个方面:①高硬度;②高强度;③高塑性和高韧性;④低塑性和高脆性;⑤低导热性;⑥有微观的硬质点或硬夹杂物;⑦化学性质活泼。在传统的加工方法中,新材料的这些特性一般都会使切削过程中的切削力加大,切削温度升高,***耐用度下降;有时还会出现使已加工表面质量恶化,切屑难以控制,最终使加工效率和加工质量降低等现象[1]。在电解加工过程中,材料主要是基于电化学的原理去除的,属于非接触式的加工,无电极损耗,无机械接触应力,从而能够实现硬脆材料精密细微零件、薄壁和弱刚性零件等的加工。电解加工虽然可加工范围广,加工速度快,但是其过程是很难控制的,而且一般用于成型加工时必须制作成型电极,限制了电解加工应用的范围[2]。本文提出的基于线型复合工具的电化学-机械加工工艺,在一定程度解决了电解加工难以控制和在成型加工过程中,必须制作成型电极的问题,通过线性复合工具拓展了电解加工的领域。1加工基本原理在电解加工过程中,如果采用的电解液是钝化性质的,在加工过程在工件阳极表面会产生一层致密的钝化膜。这层钝化膜很薄,只有一定强度和硬度,但远远低于金属基体,因电解液种类不同其膜厚度约为十微米~几微米以内,但是其电导率高,会使电解的速度变慢甚至会使电解加工进行[2]~[3]。因此,只要能够有效的控制钝化膜的去除,也就能从某种程度实现对电解加工的方向和形状的控制。我们所提出的线性复合工具通过在电解阴极的表面螺旋的电镀一层金刚石或者氮化硼磨粒,然后让磨粒接触工件并使复合工具旋转,而磨去钝化膜,使电解加工进一步进行。具体加工过程如图1所示。图1线性复合工具电化学机械加工过程示意图由于工件表面在微观上是凹凸不平的,因此突出的地方的钝化膜首先被磨去,同时也首先被电解,凹下的地方反之,因此,能够获得比较好的表面质量和加工精度,该工艺可用于金属零件的抛光和切割。工件与工具间的间隙是电解加工过程中核心的工艺参数,直接影响加工效率和加工质量。在线型复合工具加工过程中,加工间隙实际上是决定于磨粒的高度。因此,还可以通过调整磨粒的尺寸来进一步优化加工工艺。2线型复合工具的研制线型复合工具是由芯部的金属丝和外围螺旋的绝缘磨料层组成。芯部的金属丝可以是铜丝、钼丝、钢丝等适合电学化加工的电极材料。外围螺旋的磨料需要保证其绝缘,根据制作工艺的不同,可以采用不同的使其实现绝缘的方法。我们制作线型复合电极的方法主要有三种:第一种使用树脂粘结剂,磨粒为氮化硼,通过环氧树脂将氮化硼颗粒螺旋粘结在金属丝上,如图2a所示。用此方法做出的线型复合电极的优点,制作过程比较简单,环氧树脂能粘结金属和非金属材料,表面绝缘性能良好,而且价格比较便宜,可以在常温下固化。缺点是在实际的加工实验中,磨料层容易剥落,磨料层与金属丝基体的结合强度不够。第二种方法是采用钎焊的方法把金刚石磨粒按一定的间距均匀的焊接在金属丝基体上,然后为了实现其绝缘在磨粒表面在覆上绝缘胶泥,只露出金刚石磨粒的端部,再进行反电解处理获得最终的复合工具,如图2b。这种方法的优点是结合强度高,但是不适用单件的小直径的复合工具制作。第三种方法是使用电镀,如图2c此方法制作复合工具的优点在于成型简单,可制成外形复杂的工具;生产工艺简单而成熟,不需烧结时所用的模具,生产成本低;单件小批生产时也不会增加制造成本,适用于批量小的机械加工用。它的缺点在于但是只有一层镀层,并且电镀的复合工具的磨料层仍存在导电的可能性。在用电镀法制作复合工具的时候,我们主要参考了微蒸发镀覆法[4]、直接氧化法[5]和溶胶凝胶法[6],在电镀完磨料层后在磨料层表面刷上一层树脂改善磨料层的绝缘性,如图2d所示,基本上可以达到磨料层绝缘。(a树脂粘结法(b钎焊法(c电镀法(d树脂涂覆的电镀工具图2线形复合工具的制作3加工表面粗糙度理论模型根据加工状态,我们建立了基于线型复合工具的电化学-机械加工的粗糙度模型,并运用了Matlab的Simulate工具进行了仿真