CN101524777A - 一种金属模具的数控电解抛光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种新型的模具数控快速电解抛光方法和装置。该方法采用数控电解机床、电解抛光阴极、电解电源、电解液容器、超声波发生装置以及电解液组成的数控电解抛光装置，对金属模具表面进行电解抛光处理，实现快速抛光。在整个电解抛光过程中涉及到的发明装置是数控电解抛光设备，对金属模具表面进行精加工处理，抛光后的表面无波纹、光滑且所有方向一致，可以达到较高的抛光速度，改善金属模具表面粗糙度，提高模具等级，适用于大面积自由曲面，例如轿车外覆盖件模具的加工。

Description

一种金属模具的数控电解抛光方法及装置

技术领域

本发明属于制造业的先进制造技术领域，涉及一种金属模具的快速抛光方法及抛光装置。

背景技术

金属模具的形状精度及表面粗糙度直接影响着成形加工产品的质量。金属模具的传统加工工序主要包括铣削加工、研磨及抛光。其中研磨和抛光是决定金属模具质量的重要工序。这一工序当前在很大程度上依靠手工加工，在金属模具制造成本中所占比例也较大，抛光时间可达到整个金属模具加工周期的1/3，急需实现自动化以提高效率。

传统数控加工模具的表面残留着等间距进给的加工痕迹，研磨抛光加工的目的就是去除机械加工的残留痕迹，达到要求的较高的形状精度和表面粗糙度。研磨抛光加工作为铣削加工的后续工序，通常采用手工操作，对工人熟练程度要求较高。它要求在加工余量很小的条件下，修正形状误差，减小表面粗糙度值，达到加工要求。

对于金属板料拉延成型快速金属模具，比较成功的是电弧喷涂金属模具，金属电弧喷涂快速制模的母模一般是采用石膏等非金属模型，金属喷涂模具的表面质量完全取决于石膏母模的表面质量，而石膏属于低硬度、低强度材料，不可能达到金属表面质量，表面粗糙度一般在Ra10～30μm，金属型壳的复制工艺形成的特点决定了金属喷涂模具表面的粗糙度也在Ra10～30μm，这样的表面状态还不能作为高等级的汽车覆盖件模具使用。一般都是通过手工抛光的方法来改善模具的表面粗糙度。

因此，通过数控电解抛光工艺，对金属模具表面进行快速精加工处理，可快速改善金属模具表面粗糙度，提高模具等级。

中国专利ZL200710148276.4“用于电解抛光的电解液以及电解抛光方法”，内容为一种用于电解抛光的电解液，在施加低电压时可以提供具有高平整特性的加工表面，同时保证对导电材料较高的加工速率，并且可以去除不必要的导电材料并暴露阻挡膜，而不导致碟陷、过蚀或阻挡膜与金属导电材料之间的界面处的蚀刻。用于工件的表面导电材料的电解抛光的电解液由水溶液构成，其成分中包括至少一种有机酸或其盐、至少一种具有磺酸基的强酸、缓蚀剂和水溶性聚合物化合物。

美国Jumer，John F.专利，Method for containerless portableelectro-polishing(专利号US4330381)。该专利是对金属表面先进行机械打磨，然后对打磨过的金属表面进行电解抛光。

不论是使用手工进行抛光或者是先进行机械打磨后再使用电解抛光的加工方法，都存在抛光时间长，精度等级不高与效率低的问题，尤其是对于表面质量状况要求比较高的模具来说，更是难于满足需要。

发明内容

针对现有技术中存在的抛光时间长，精度等级不高与效率低，难于满足表面质量状况要求比较高的模具需要的情况，本发明提供一种新型的电解抛光工艺和装置。该方法使用数控电解抛光机床、电解抛光电源、软毡轮，电解液以及磨粒等工具，对金属模具表面进行电解抛光处理，实现快速抛光。

其技术方案如下：

一种金属模具的数控电解抛光的装置，该装置包括：数控电解抛光机床，抛光电源，电解抛光阴极，电解液容器及电解液，磨粒，设置在电解液容器底部的超声波发生装置，连接管路及操作系统，抛光电源通过导线与数控电解抛光机床与电解抛光阴极相连接，阴极连接软毡轮，电解抛光的软毡轮设置在可以在X、Y、Z三个方向上任意转动或者移动的数控电解机床的主轴上。

在电解液容器内盛有电解液，设置在容器底部的超声波发生装置，与容器内盛的电解液被容器的底部所隔开。

在超声波发生装置发出的高频振荡信号作用下的电解液中悬浮着掺入电解液中的磨粒。

进水管路一端连接电解液容器，另一端连接金属模具的型面，出水管的一端从电解液容器中一直延伸到被抛光模具表面的液体输出口上。

一种模具的数控电解抛光的方法，包括下列步骤：

1)电解液的配制：将电解质按重量百分比为15％的NaNO₃、2％的NaCl，其余为水的混合物搅拌溶解，加入240#绿碳化硅磨粒，重量百分比为1～5％，利用超声波发生装置使其240#绿碳化硅磨粒在电解液中呈现悬浮的状态；

2)阳极的准备对待抛光的模具表面或者零件进行手工打磨处理，去除表面残留的杂质或者锈迹，并对表面使用清水进行清洗；

3)阴极的准备阴极采用芯部为金属杆的软毡轮，并安装到电解抛光机床的主轴上；

4)电解抛光在金属模具表面，通过管道引入配置好的电解液，采用旋转软毡轮打磨模具表面或者零件表面，抛光时间视表面质量情况而定，进行电解抛光，并及时清理掉电解液；

5)后处理对经电解抛光后的模具表面或者零件表面用清水或酒精清洗，并立即烘干。

本数控电解抛光装置电解抛光质量好，速度高。相比传统的机械抛光和化学抛光，电解抛光的速率可以提升数倍乃至数十倍，缩短了抛光所需要的时间。使整个模具制造过程缩短1/3以上，且抛光后的工件表面粗糙度能够达到0.2μm以下。

附图说明

图1是自行开发的电解抛光装置及电解电源的示意图。

具体实施方法

下面，结合附图对本发明作进一步说明：

一种模具的数控电解抛光的装置，如图1所示，该装置包括：是数控抛光机床1，用于电解的抛光电源2，抛光阴极3，抛光电解液容器4，悬浮有磨粒的抛光电解液5，设置在电解液容器4底部的超声波发生装置6，电解液与抛光工作台的连接管道7、8，数控抛光机床的主轴9，对模具表面进行抛光的软毡轮10，需要抛光的金属模具11，是数控电解抛光机床工作台12。

在本发明的装置中，抛光电源2通过导线与数控电解抛光机床1与电解抛光阴极相连接，阴极连接软毡轮10，电解抛光的软毡轮10设置在可以在X、Y、Z三个方向上任意转动或者移动的数控电解机床的主轴9上。电解抛光阴极3与抛光的软毡轮10相连接，在本发明的装置中，还包含有操作系统。在电解液容器4内盛有电解液5，设置在容器4底部的超声波发生装置6，与容器内盛的电解液被容器4的底部所隔开。在超声波发生装置6发出的高频振荡信号作用下的电解液5中悬浮着掺入电解液中的磨粒。需要抛光加工的模具11被固定在数控电解抛光机床工作台12上。

进水管路7一端连接电解液容器4，且接近电解液容器的底部，另一端连接金属模具的型面或者工作台12的出水口；出水管8的一端从电解液容器4中接近底部位置一直延伸到被抛光模具侧面的液体输出口上。设置于主轴9上的软毡轮10用于吸附抛光加工过程中使用的电解液，起到通电腐蚀效果，同时它的旋转可以打破钝化膜，保证抛光效果；

电解液：针对不锈钢及碳钢类材料选用盐液类抛光液，针对锌及锌基合金类材料选用酸液或碱液；

磨粒：一般选用碳化硅或刚玉抛光粉，粒度一般为120～480目。

超声波发生装置：由超声波发生装置6发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，使磨粒在电解液中悬浮。

数控抛光机床的工作台12上摆放需要电解抛光的金属模具11，在金属模具11的周围安装有电解液收集装置。抛光电源2提供稳定的电流和电压，阴极3连接软毡轮10，阳极连接待抛光金属模具11。抛光电解液容器4中盛放电解液5和磨粒，容器下为超声波装置6，保证磨粒在电解液5中的悬浮，液泵将电解液5抽取通过管道7引入到软毡轮10的边沿及模具表面，使用过的电解液5通过管道8返回到电解液容器4中。数控抛光机床1的三轴工作台12保证软毡轮10沿着被抛光金属模具11的表面曲线进行抛光。

一种模具的数控电解抛光的方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)电解液的配制：将电解质按重量百分比浓度为15％的NaNO₃、2％的NaCl，其余为水的混合物搅拌溶解，加入240#绿碳化硅磨粒，其重量百分比为1～5％，利用超声波发生装置保证使其240#绿碳化硅磨粒在电解液中呈现悬浮的状态；

2)阳极的准备对待抛光的零件进行手工打磨处理，去除表面残留的杂质或者锈迹，并对表面采用清水进行清洗；

3)阴极的准备选用芯部为金属杆的软毡轮，并安装到电解抛光机床的主轴上；

4)电解抛光在金属模具表面，通过管道引入配置好的电解液，采用旋转软毡轮打磨零件表面，抛光时间视表面情况而定，进行电解抛光，并及时清理掉电解液；

5)后处理对抛光后的表面用清水或酒精清洗，并立即烘干。利用本发明的方法对模具表面进行电解抛光处理，在电解和磨粒的作用下，对金属模具表面进行精加工处理，抛光后的表面无波纹、光滑且所有方向一致，可以达到较高的抛光速度，改善金属模具表面粗糙度，提高模具等级，适用于大面积曲率变化不大的自由曲面，例如轿车外覆盖件模具的加工。

Claims (5)

1.一种金属模具的数控电解抛光的装置，该装置包括：数控电解抛光机床(1)，抛光电源(2)，电解抛光阴极(3)，电解液容器(4)及电解液(5)，磨粒，设置在电解液容器(4)底部的超声波发生装置(6)，连接管路(7、8)及操作系统，抛光电源(2)通过导线与数控电解抛光机床(1)与电解抛光阴极(3)相连接，其特征在于：阴极(3)连接软毡轮(10)，电解抛光的软毡轮(10)设置在可以在X、Y、Z三个方向上任意转动或者移动的数控电解机床的主轴(9)上。

2.根据权利要求1所述的金属模具的数控电解抛光装置，其特征在于：在电解液容器(4)内盛有电解液(5)，设置在电解液容器(4)底部的超声波发生装置(6)，与容器内盛的电解液(5)被容器(4)的底部所隔开。

3.根据权利要求1所述的金属模具的数控电解抛光装置，其特征在于：在超声波发生装置(6)发出的高频振荡信号作用下的电解液(5)中悬浮着掺入电解液(5)中的磨粒。

4.根据权利要求1所述金属模具的数控电解抛光装置，其特征在于：进水管路(7)一端连接电解液容器(4)且接近电解液容器的底部，另一端设置在金属模具(11)的型面，且出水口接近电解抛光的软毡轮(10)；出水管(8)的一端从电解液容器(4)中一直延伸到被抛光模具侧面的液体输出口上。

5.一种金属模具的数控电解抛光的方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)电解液的配制：将电解质按重量百分比为15％的NaNO₃、2％的NaCl，其余为水的混合物搅拌溶解，加入240#绿碳化硅磨粒，重量百分比为1～5％，利用超声波发生装置使其240#绿碳化硅磨粒在电解液中呈现悬浮的状态；

2)阳极的准备  对待抛光的模具表面或者零件进行手工打磨处理，去除表面残留的杂质或者锈迹，并对表面使用清水进行清洗；

3)阴极的准备  阴极采用芯部为金属杆的软毡轮，并安装到电解抛光机床的主轴上；

4)电解抛光  在金属模具表面，通过管道引入配置好的电解液，采用旋转软毡轮打磨模具表面或者零件表面，抛光时间视表面质量情况而定，进行电解抛光，并及时清理掉电解液；

5)后处理  对经电解抛光后的模具表面或者零件表面用清水或酒精清洗，并立即烘干。

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