CN109097818A - 钨合金制品的电化学辅助加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学辅助加工领域，提供一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，该方法首先利用钨合金的阳极电化学反应，选择性的去除钨合金中晶粒粗大、硬脆的钨，在钨合金表面留下一层疏松多孔的腐蚀层；再利用切削、磨削等加工方法去除掉腐蚀层。即把钨合金中的钨与其他成分分开加工，采用电化学方法去除难以加工的钨成分，其余成分用机械方法去除，实现对钨合金的高效率、高质量加工。本发明加工效率高、切削力小、可减少刀具磨损，通过调节电化学参数可以改变腐蚀层厚度，更适用于加工对面型精度要求高的曲面工件。

Description

钨合金制品的电化学辅助加工方法
技术领域
本发明属于电化学辅助加工领域，涉及一种合金特别是钨合金的电化学辅助加工技术。
技术背景
钨及其合金具有良好的物理化学性质，主要表现为高熔点、高强度、高弹性模量、低膨胀系数以及良好的耐磨性等；钨合金在国防工业、航空航天、集成电路、化学工业、矿山开采及极端环境等中有广泛的应用。
但是由于钨合金材料具有脆性大、硬度高的特点，传统机械加工难以实现钨合金高效率、高质量加工，限制了钨合金在更多领域的应用。专利CN102145403B介绍了一种钨合金靶材铣削加工方法。该方法使用PCBN刃面铣刀加工钨合金靶材平面，使用钨钢立铣刀加工钨合金靶材侧面，冷却方式采用空冷。相比于常用的电火花切割结合磨削的加工方法，该方法提高了加工效率，铣削力均匀可防止“掉角”。但需要空冷步骤，且为防止崩刀，钨钢立铣刀只能采用较低的进给速度。若采用直径较大的钨钢立铣刀会使切削力增大而发生掉块。这些缺点限制了此加工方法的加工效率和质量。
电化学辅助加工是将电化学作用和机械作用相结合的加工方法。相比于传统的机械加工以及单纯的电化学加工，电化学辅助加工集合了二者的优点，能实现高去除率、高加工质量、低刀具磨损。专利CN103769957A介绍了一种电化学成型砂轮磨削加工方法。利用通过电化学方法形成钝化膜再由磨料去除钝化膜的方法实现了加工效率高、砂轮使用寿命长、无毛刺的加工效果。但钨合金材料钝化后生成的钝化膜极薄，难以利用去除钝化膜的方法实现高效率高质量的加工。
为了克服现有方法的缺点，本发明提供了一种不同于以往利用钝化膜进行电化学辅助加工的新加工方法。利用电化学作用先将钨合金中粗大的钨晶粒去除，实现脱合金化。再用机械加工方法去除剩下部分。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种能克服现有技术不足，能实现钨合金制品高效率、高质量制造的电化学辅助加工方法。利用钨合金的阳极电化学反应，选择性的去除钨合金中晶粒粗大、硬脆的钨，在钨合金表面留下一层疏松多孔的腐蚀层。钨合金原始表面与钨晶粒去除后的表面如附图1所示。再利用切削、磨削等加工方法去除掉腐蚀层。即把钨合金中的钨与其他成分分开加工，难以加工的钨成分采用电化学方法去除，其余成分用机械方法去除，从而实现对钨合金的高效率、高质量加工。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下(如附图2所示)：
一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，包括以下步骤：
第一步，阳极电化学处理
将钨合金工件接脉冲电源正极，脉冲电源负极连接纯铜导体。工件与阴极导体之间的间隙控制在0.25mm～1.25mm范围内，在两极之间通入质量分数5％～25％的Na2CO3溶液作为电解液；接通电源，控制电源输出电流范围是1～7A，通电时间10～100s，使钨合金工件表面生成需要厚度的腐蚀层，厚度范围30～60μm。形成腐蚀层的原理是在电解液作用下，W转化为WO4 2-进入溶液，仅留下材料中易加工的镍铁成分。
第二步，机械加工
采用车削、铣削、磨削等机械加工方式去除阳极电化学处理产生的腐蚀层，达到最终加工要求。切削深度与腐蚀层厚度一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)加工效率高：由于钨合金的硬脆性，使用传统机械加工方法时如果采用较大切削用量，难以保证加工质量。经电化学处理后，钨合金中的钨被去除，留下的腐蚀层容易加工，调节电化学处理参数可以获得较厚的腐蚀层，从而提高加工效率。
(2)切削力小：切削力大小与加工质量息息相关，相比于钨合金基体，腐蚀层能显著降低切削力。
(3)调节电化学参数可以改变腐蚀层厚度，相比于以往利用极薄的钝化膜来辅助加工的方法更便于控制，更适用于加工对面型精度要求高的曲面工件。
(4)可减少刀具磨损。
附图说明
图1(a)为原始表面，图1(b)为电化学处理后表面；
图2为本发明技术方案流程图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明。
使用本发明所述方法加工直径15mm钨镍铁合金圆柱端面的具体步骤如下：
1)配置足量质量分数为20％的Na2CO3溶液，作为电解液；
2)将工件连接至电源正极，并选取与工件尺寸相匹配的导体作连接至阴极，工件与阴极导体之间的间隙为1mm；
3)在工件侧壁密封保护状态下，将电解液通入工件与阴极导体之间，使间隙充满电解液；
4)通电60s后断电，可在钨镍铁合金表面得到钨被腐蚀掉留下镍铁的腐蚀层，厚度约为30μm；
5)将工件装夹至精密车床上，对刀；
6)以切深30μm车削工件，实现高效率加工；
7)再以切深1μm进行车削，达到最终加工精度需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改性等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，其特征在于以下步骤：
第一步，阳极电化学处理
将钨合金工件接脉冲电源正极，脉冲电源负极连接纯铜导体；工件与阴极导体之间的间隙控制在0.25mm～1.25mm范围内，在两极之间通入Na2CO3溶液作为电解液；接通电源，控制电源输出电流范围是1～7A，通电时间10～100s，使钨合金工件表面生成需要厚度的腐蚀层；在电解液作用下，W转化为WO4 2-进入溶液，腐蚀层中仅留下材料中易加工的镍铁成分；
第二步，机械加工
采用机械加工方式去除阳极电化学处理产生的腐蚀层，达到最终加工要求；且切削深度与腐蚀层厚度一致。
2.根据权利要求1所述的一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，其特征在于，所述的腐蚀层的厚度范围为30～60μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，其特征在于，所述的Na2CO3电解液的质量分数5％～25％。
4.根据权利要求1或2所述的一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，其特征在于，所述的机械加工方式包括车削、铣削、磨削。
5.根据权利要求3所述的一种钨合金制品的电化学辅助加工方法，其特征在于，所述的机械加工方式包括车削、铣削、磨削。
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