电化学机械抛光技术与应用

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电化学机械抛光技术与应用
1、引言
模具是工业生产中的重要工艺装备，是工业产品批量生产的有效工具。目前模具的成型工艺，采用铣削、电火花、线切割、电铸等方法已经普及。但是加工出来的模具表面光洁度只有▽5至▽6，采用高水平的电加工机床也只能达到▽9至▽10级，有更先进的设备加工能基本达▽12以上，但它的机床设备昂贵并加工时间要数几倍。所以，抛光是制造型腔模具的一道重要工序。它的成本占模具成本的5%~30%，急需使用的模具往往在抛光时间跟不上要求。电化学机械抛光，同时结合SD1型独有的液体抛光技术，应用于各种复杂形状的金属模具的零件，收到了极佳效果。这项抛光技术得到北京市模具行业专家的一致好评。专家们认为这项抛光技术填补了国内空白，抛光效率高，效果好，型腔达到镜面要求，缩短模具制造周期，比手工抛光效率高十倍以上，解决了异型面、勾糟的抛光难关，为模具制造者带来了福音。
2、电化学机械抛光的原理。
化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。
) `$ M2 E6 C5 e7 U  a: ?3、用途。
电修磨抛光机可用来修磨抛光各种复杂开头的零件和模具，不受材料的硬度所限制。
* P9 d8 ]' t6 G( q) K" i（1）经电火花加工后的型腔模具，基表层产生由溶化层和热影响层组成的硬化层硬度高达60~70HRC。钳工手工打磨非常困难。电修磨抛光能有效地去除这层“硬化层”，并将原表现为Ra4~7um的粗糙度改善为Ra0.35~0.6um，生产率为每平方厘米3分钟左右。
: m1 R) W5 l; _4 T" ^（2）用它来修磨抛光复杂形状，特别是模具的窄缝、沟糟、角部、根部以及内孔等能明显地提高劳动生产率。
. l( h7 X$ @4 y9 h; S; m  i（3）用机械方法加工的各种注塑模具，其型面经锉刀、砂纸等打磨后残剩的很多划痕，用电修磨方法可迅速抛光划痕，获得无任何条纹的光滑表面，可提高注塑制品的外观质量。
（4）用它来修磨抛光各种复杂形状的金属零件并不受材料硬度所限制。它可修磨G类T类硬质合金和钢基硬质合金的各种粉末冶金制品。将原表面在▽4提高到▽7左右。修磨抛光磁钢可以从原表面▽4提高8左右。修磨抛光各类淬火钢和各种模具钢可从▽4~▽5提高到▽7~9。
（5）电修磨也可用来去除不锈钢和耐热合金复杂形状或薄壁零件机械加工后残剩的毛刺，并将其锐边倒平，提高表面光洁度。
（6）电解抛光在其表面产生一种极薄的一小层黑膜，再用8000~2000转、min的多功能软轴机械抛光器夹上适当的毡轮，略涂一点绿油膏进行表面抛光，即可产生光亮的表面。其光洁度还可提高二级以上。另外这种机械软轴手柄可夹上相应的工具进行钻、铣、磨、雕、切、抛光等作业，使用十分灵活方便。
+ z4 s; f- O  F! c1 X4、使用方法
+ ]/ b/ j3 r) T2 _6 O2 o( T利用国前DMP-12型电化学机械修磨抛光机。修磨抛光使用220V单相电源，输出电压0~30V无级可调，最大输出电流可达20A。设有电解液喷吸自动循环系统，水流量大小可调。
（1）将500g、包SD1型电解液晶体溶解在5000g自来水中（1：10）注意要整包一次性冲溶，不能分零调溶，充分搅均后倒入电解液控制循机箱的防腐槽内。
$ U1 l; |) f9 W4 D5 C$ X （2）把输出脉动电源的正极接到预抛光工件上（接触有磁钢自动吸住，把负极接到工作手柄上，有鳄鱼夹自动夹住），根据被抛工件的形状选择基本相似的造金钢石导电锉或导电石墨油石。
（3）按上开机电源，再按喷液开关，电解液即从导电锉中心小孔喷出，然后轻轻接触被抛工件或模具上作往复移动或打小孤圈运动。电流一般调节在7~8A。这样工件就产生阳极溶解，淬火高炭钢的什锦锉钢齿仅需几十秒钟就能抛得光亮而平整。
（4）电修麻抛光的去除量为加工电流和加工时间成正比。 <BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在一定的加工电流下，抛光时间较长表面粗糙度改善也较好。加工面积3cm2原始表面粗糙度Ra5~7um的T8试样为例：
大量试验和生产实践表明对于▽4~▽5的电火花加工表面，经过1分钟/cm2左右的电化学修磨抛光，硬化层已基本去除。但要提高到▽8左右必须3min/cm2左右。
5、注意事项
- M- \4 l  O$ m2 @/ l; I" E2 ^5 X# j4 T（1）防止在无液情况下将导电锉与工件通电接触，以免烧伤导电工具。（国产机有保护模具、工具自动跳闸装置，一般电流超过15A机器会自动关机）。
5 G! x8 n- j4 L+ r7 X% V2 ?$ `（2）电修磨抛光时，不能如普通机床、机械打磨抛光一样用力，只要轻轻接触往复或孤圈移动，运动速度不宜过快，压力不要过大，否则反而要抛出划痕来，抛光各区域经过的时间应大致相同，千万不能停留在一个部位致使区域形成凹坑。
8 R, J3 l: m; ?) x, L（3）在小间隙处进行电解抛光时，要将加工间隙拉大进行冲刷，从而使电解液得以充分更新，解决小间隙加工时排除电解产物、排热等问题。在凹型腔中加工时电解液不流失，要把吸管接近抛光区域及时把液体吸回，这样可防止二次电解或可观察加工部位情况。
# p( |! `4 x  {! ?（4）电解液循环系统是一种特种工艺设计。气泵把真空箱内空气抽掉，逼使液体随管道回真空箱。真空箱存水是有限的，要气泵停吸后，水才会慢慢回入储液箱。所以操作时要看盆内有水存就抽，没有水就停，要在较频繁的情况下进行。不然等大量的水积满操作盆后再长时间吸水，真空箱存水位接近吸水管，那液体就经过气泵在排气锭的喷出，影响机箱卫生，同时因气泵受湿易产生漏电现象，缩短机器使用寿命和操作安全。
（5）抛光操作用金钢石导电锉或导电石墨油石一定要按规定接至脉动电源的负极，极性接错很快会腐蚀导电工具。
（6）电解液配方。电化学抛光的基本原理 是电解作用，这旨阳极溶解的一个独特过程，其主要目的是整平零件表面，使其粗糙度降低并具有光亮表面。各种材质的抛光效果关键在于选择合适的电解液及相应的工艺参数。据有关资料统计，适用于单一金属村质电化学抛光的电解液有百余种配方。电解液虽然种类繁多，但真正有生产实用价值的并不多。由苏州电加工机床研究所孙炳华工程师研制的SD1型电解液抛光效果较为理想。溶液基本万分无毒、无污染，是一种中性盐类。该电解液使用寿命长，可循环使用，且范围广、节能、省电、省时、抛光成本低廉、配方药品易购、易保管、不变质。
（7）熟练的操作技术是抛光模具的关键。电化学抛光在表面会生成氧化膜（称黑膜），使其电流效率降低，其电流效率不是常数，它随加工电流密度而变。市场上的模具型腔是五花八门，千变万化的，它不是专门一个平面或一个圆可以机械化。所以视模具型腔手持掌握。加工表面各点因加工间隙不同导致电流密度不同，其阳极溶解的电流效率也随之不同。间隙大电流密度低，加工表面处于似抛或半抛状态，金属去除量小。相反间隙小，电流密度高，阳极溶解大幅度提高，金属去除量大。但过重压毫无间隙或掌握不当产生局部短路，机器有认别能力只好自动关机了。排除不当操作，再按上开关，即又正常使用。
所以如想抛光理想的模具，只要掌握得好，平的还是平的，圆的还是圆的。如操作者工具头浮浮触触，那就抛光的模具表面就会不够理想了。
6、结束语
模具抛光目前仍是一个难题。没有一种抛光速度快、精度又好，自动化程度又高的理想设备。在我国近年召开的国际国内模具设备展览会上，和各杂志的报道上，除锡山市长安通用机械设备厂生产“DMP-12型电化学机械抛光机”外，竟未有第二家厂家展出和报道生产。最近几年在北京、西安、大连、温州等先后有过电化学抛光技术的报道，但他们只是一种电解抛光工艺，没有生产专门电化学抛光机的设备。
随着电解加工新技术的应用，电解加工的精度和工艺将进一步提高，可逐步推广应用到各种型腔模具的加工中去。望各大专院校、科研单位或有丰富经验的工程师、专家和有关单位联合，共同开发或改进更先进的电解抛光设备投放市场，满足模具抛光行业的需要。