纺织机械零件脉冲电化学去毛刺工艺

rockston

1　引言
( L5 [" g$ ^: x/ `" B; Z　　在织布机中，织针、针布等小零件大部分都是由冲压成型的。在刀具的出口一侧，不同程度的会留有毛刺，织布时，这些毛刺会刮线，使布匹起毛，严重时会断线。这样布匹在印染时会染不均匀，因而，布匹的质量不高。目前，国内纺织品与国外产品的差距主要是由于这个原因造成的。
　　由于纺织机械零件比较小，而且用量大，国内还没有一种较好的工艺来解决该类零件去毛刺的问题。现在，有些厂家采用机械方法去毛刺，但效率较低。另外，金属一般具有一定的塑性，毛刺会随着磨具的运动而来回倒伏，有些折断后，留下尖锐的棱角，而有些会嵌在微小的沟槽里。织布时，在丝线的牵挂下，嵌在微小沟槽里的毛刺会重新出现。脉冲电化学去毛刺则可以使毛刺完全在根部去掉，并且使零件的整个工作部分成为完整的圆角。
　　本文以锯齿形针布为例，通过实验，探讨了纺织机械零件脉冲电化学去毛刺工艺的可行性，为将该工艺推向实际生产奠定了基础。
2　脉冲电化学去毛刺工艺的基本原理
9 }0 P- a; u7 |: y: v! x4 T　　脉冲电化学去毛刺工艺的基本原理如图1所示。
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图1　加工原理图

　　工件接脉冲电源正极，工具电极接电源的负极，将工具电极与工件有毛刺的一面相对应，并保持一定的加工间隙。加工时，先在加工间隙内通电解液，然后接通脉冲电源。两个电极间有电流通过时，由于电力线集中于毛刺部位（如图2），毛刺尖角处的电流密度总是高于它处，因此，毛刺溶解较快，而非毛刺部位溶解较慢。由于纺织机械零件本身的毛刺较小，用脉冲电化学去毛刺较快，因而对非毛刺部分去除量较小。

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图2　毛刺部位电力线分布

3　实验内容与实验结果分析
4 ^. h7 r- A) D6 |2 C! G　　本实验主要是探讨纺织机械零件脉冲电化学去毛刺工艺的可行性。着重研究了加工参数对毛刺去除效果的影响及加工后零件表面的几何形貌，分析了加工间隙对加工效率的影响。
3.1　实验内容
　　本实验以分梳辊用金属针布为样件进行了实验研究。工件材料为高碳钢，加工前，其形状如图3所示的锯齿形带状，每个锯齿的形貌如图4所示，图中照片为两种型号的零件a、b在立体显微镜下放大64倍的齿形照片。很明显，在锯齿边缘存在着毛刺，且边缘处为尖锐的棱角。

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图3　金属针布外形图

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图4　加工前金属针布齿形立体显微照片（放大64倍）

　　经过多次实验，优化选择了如下参数：
　　　　加工工件长度20cm；
. J3 }+ W2 ]- j( t  C1 U" B　　　　电解液为10%的硝酸钠溶液；
　　　　加工间隙为0.2mm;
　　　　脉冲周期1ms,脉冲间隔0.5ms;
) \. c' |/ K1 I0 o; ^# A$ i　　　　加工电流5A;
　　　　加工电压10V;
3 f" K5 l' i: R9 {" j; D* x　　　　加工时间5s。
　　实验所得零件锯齿部分加工后的照片如图5所示。由照片可知，零件边缘的毛刺被完全去除了，棱边为圆角，且工件尺寸形状变化不大。
6 O- J4 g4 H. d$ V% _$ ~) j5 M$ S3.2　实验结果分析
　　实验中发现，在毛刺大小一定的前提下，脉冲电化学去毛刺的时间与阴极和工件之间的间隙、加工电压、电解液的浓度等因素有关，而主要取决于加工间隙。

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图5　加工后金属针布齿形立体显微照片（×64）

　　设加工面积S,电解液的电导率为k,阴极与工件间的间隙为△,外加电压为U,电极电位分别为E阳极、E阴极，则外加电压与电极电位、电解液欧姆压降的关系为：
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R=△/kS

　　若令δE=E阳极-E阴极，则欧姆压降

UR=U-δE=IR

　　由此可以求出加工电流与加工间隙的关系：
/ ~+ @* {5 M: K' Q8 L: ?1 O) N, y

I=UR/R=kSUR/△

　　电流密度　i=I/S=kUR/△
2 p8 a3 i% R  n0 r: n' e　　由以上的推导公式可以看出加工电流与加工间隙成反比，即加工间隙越大则加工电流越小，即加工效率越低，因而一般采用较小的加工间隙，以提高生产率。另外减小加工间隙可以提高电压梯度，从而改善工件的表面质量。
6 u. h3 c% [* j( d2 s6 j, ?　　以直流电进行加工时，小间隙会带来以下问题，即电解产物及热量不宜从加工区域内排除。因此我们脉冲电流取代直流电流，通过脉冲电流的间歇扰动作用，及时将加工区域内的电解产物和热量带走，来改善加工区域内的流场和电场条件，因而可以得到理想的工件表面质量。
# X; X5 f, T2 H. v4　应用该工艺时应注意以下几点
　　（1）为减少杂散腐蚀，电解液的浓度不宜太大，如NaNO3溶液一般用10%的浓度，且加工电压不宜超过15V；
　　（2）电解液的流向应将去掉的毛刺冲离加工间隙，以免造成短路；
8 A" w" V3 J$ p% t5 l　　（3）应根据毛刺的实际大小选择合适的加工参数。
& m0 a9 E# \) j! Y' ?7 q9 ]/ l5　结语
　　由以上实验可以看出，纺织机械零件脉冲电化学去毛刺工艺有其优越性，即：
　　（1）生产效率高；
- _6 t. I+ |0 \% {. b　　（2）加工效果好，可以使零件外形轮廓得到理想的圆角和理想的表面质量。
　　（3）工艺过程简单，便于实际生产。
　　因此，利用脉冲电化学光整加工去除纺织机械零件的毛刺是完全可行的，而且是有效的。