CN109420936A - 硬金属电化学研磨方法 - Google Patents

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CN109420936A CN201710777728.9A CN201710777728A CN109420936A CN 109420936 A CN109420936 A CN 109420936A CN 201710777728 A CN201710777728 A CN 201710777728A CN 109420936 A CN109420936 A CN 109420936A
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杨理文
陈小硕
陆苏
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Abstract

一种硬金属电化学研磨方法，包括砂轮及硬金属工件，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02‑0.1mm，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。本申请能够快速对硬金属进行加工，提升了效率。

Description

硬金属电化学研磨方法
技术领域
本申请涉及金属加工领域，尤指一种硬金属电化学研磨方法。
背景技术
目前，手机等移动终端外壳，一般采用镁或铝等轻金属合金作为外壳，该等镁或铝合金硬度较低，在加工过程中，一般会采用锻或压铸，再通过CNC切削进行精加工。
随着手机市场的发展，对外壳的质感、硬度的要求都在增加。目前，市场上开始采用不锈钢等超硬材料作为手机壳体，但是不锈钢等超硬材料的加工难度非常大，需要更多的刀具、更长的时间去进行加工。采用传统CNC工艺对不锈钢等超硬材料进行加工将导致产品成本高企，无法满足客户要求。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种加工成本较低、加工效果较好的硬金属电化学研磨方法。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种硬金属电化学研磨方法，包括砂轮及硬金属工件，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
优选地，所述硬金属工件为不锈钢。
优选地，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液与所述工件的待研磨表面产生如下化学反应：
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
优选地，所述处理液的与所述工件待研磨面的接触速度为1-3m/s。
优选地，所述处理液喷洒于所述砂轮上，通过所述砂轮转动所产生的离心力使所述处理液以1-3m/s的速度流向所述工件的待研磨面。
优选地，所述砂轮的基体为铜基体，所述砂轮通过所述铜基体与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
优选地，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种硬金属电化学研磨方法，包括砂轮及硬金属工件，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述处理液在所述工件待研磨面上的流动速度为1-3m/s，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
优选地，所述硬金属工件为不锈钢。
优选地，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
优选地，所述处理液与所述工件的待研磨表面产生如下化学反应：
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
优选地，所述处理液喷洒于所述砂轮上，通过所述砂轮转动所产生的离心力使所述处理液以1-3m/s的速度流向所述工件的待研磨面。
优选地，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm。
优选地，所述砂轮的基体为铜基体，所述砂轮通过所述铜基体与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
优选地，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。
本申请相较于采用CNC刀具加工的方式，结合电化学腐蚀所述硬金属的待研磨面，在通过砂轮的砂粒摩擦加速所述腐蚀层的磨削，大大提升了加工效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请硬金属电化学研磨方法实施例一的示意图；
图2为本申请硬金属电化学研磨方法实施例二的示意图；
图3为本申请实施例三硬金属电化学平面研磨设备的立体图；
图4为图3所示研磨设备的剖视图；
图5为图4所示虚线圈的局部放大图；
图6为本申请实施例三硬金属电化学平面研磨设备的工件夹持机构的立体图；
图7为本申请实施例三硬金属电化学平面研磨设备的工件夹持机构的立体图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
请参阅图1所示，本申请硬金属电化学研磨方法包括砂轮21、及工件40，所述砂轮21包括基体211及分布于所述基体211表面上的砂粒212。所述砂轮21的基体211为导体可以传输电流，所述砂粒212为绝缘体，不能传输电流。所述砂轮21采用铜基体(即前述基体211)与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
本申请的硬金属以不锈钢为例，加工过程包括如下步骤：
S1、装夹工件40，使工件40的待研磨表面朝向所述砂轮21；使所述砂轮21的砂粒212接触所述工件40的待研磨表面，所述砂轮21的基体211与所述工件40的待研磨表面之间保持0.02-0.1mm的间隙，即所述砂粒212的高度介于0.02-0.1mm之间，随着研磨损耗，所述砂粒212的高度会越来越小。
S2、向所述工件40的待研磨表面喷洒处理液；
所述处理液的喷洒速度为1-3m/s，所述处理液的喷射速度可以通过所述砂轮21的转动向外抛洒处理液而形成喷射速度。
所述处理液按质量比重如下：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水；
优选地，所述处理液按质量比重如下：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水；
优选地，所述处理液按质量比重如下：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
S3、将所述砂轮21连接直流电源的负极，所述工件40连接直流电源的正极，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。在此步骤中，不锈钢中的金属元素产生化学腐蚀，使工件40的待研磨表面产生腐蚀层，所述工件40相对所述砂轮21的导电基体211一定距离内的待研磨面上产生如下化学反应：
Mn-3e＝Mn3+
Mn-2e＝Mn2+
Cr-2e＝Cr2+
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+
Fe2++e＝Fe3+
Cr-3e＝Cr3+
Fe-2e＝Fe2+
Cr2+-e＝Cr3+
Ni-2e＝Ni2+
Fe-3e＝Fe3+
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+
2Cl--2e＝Cl2(g)↑
S4、转动所述砂轮21，移动所述工件40使所述砂轮21与所述工件40的所有待研磨表面之间产生摩擦，去除所述工件40待研磨表面上的腐蚀层，所述砂轮21或所述工件40的一次进给量为0.005-0.1mm，循环研磨，直至研磨的厚度达到预定要求。
实施例一中在所述砂轮21的径向外侧面设置砂粒212，利用所述砂轮的转动研磨。
请参阅图2所示，实施例二中也可以采用在所述砂轮21的轴向外表面设置砂粒212，利用所述砂轮21的转动，通过所述轴向外表面对所述工件的待研磨面进行研磨，如此可以加大所述砂轮21的研磨面积。
本申请相较于采用CNC刀具加工的方式，结合电化学腐蚀所述硬金属的待研磨面，在通过砂轮21的砂粒摩擦加速所述腐蚀层的磨削，大大提升了加工效率。
请参阅图3至图7所示，为本申请实施例三的硬金属电化学平面研磨设备的附图，实施例三采用实施例一或实施例二所述的硬金属电化学磨削工艺对硬金属进行加工。
实施例三的硬金属电化学平面研磨设备包括机台10、设于所述机台10上表面的砂轮组件20及设于所述砂轮组件20四周的若干工件夹持机构30。
所述机台10包括机架11及设于所述机台10上表面的水槽12，所述水槽12在俯视角度的投影为圆形。
所述砂轮组件20包括安装于所述水槽12内的砂轮21、设于所述机台10内的驱动机构22及连接所述驱动机构22与所述砂轮21的驱动轴23。所述驱动机构22为驱动电机，所述驱动电机通过所述驱动轴23驱动所述砂轮21旋转，所述砂轮21的转速为15-60rad/min，优选为28-32rad/min。所述砂轮21的外径小于所述水槽12的内径，所述砂轮21与所述水槽12为同轴心设置。所述砂轮21如实施例二所述，所述砂轮21的轴向外表面设置砂粒，通过砂轮21的轴向外表面与工件40进行研磨。
若干工件夹持机构30均匀分布于所述圆形水槽12的外周，所述工件夹持机构30包括固定于所述机台10上表面的固定座31、设于所述固定座31朝向所述水槽12方向的移动块32、设于所述固定座31顶端的动力机构33、及用于夹持所述工件40的夹具(图未示)。所述动力机构33为伺服电机或气缸。所述固定座31内设有轴杆311、所述固定座31上还设有导轨312，所述移动块32包括主体部321、与所述固定座31的导轨312配合的导槽322、朝向所述固定座31凸出的突出块323及安装于所述突出块323并套设于所述轴杆311上的轴套324。所述夹具固定于所述移动块32上并延伸至所述砂轮21的轴向上表面上方，所述工件40夹持于所述夹具上并位于所述砂轮21的轴向上表面上方，所述工件40与所述夹具之间通过转动轴(图未示)连接，即所述工件40可绕所述转动轴转动。在所述动力机构33的驱动下所述移动块32可在上下方向移动。
所述处理液直接喷洒于所述砂轮21的上表面上的中心位置，通过所述砂轮21的转动产生离心力，使所述处理液以一定的速度侵入所述40的待研磨面上。
本申请硬金属电化学平面研磨设备的工作原理如下，所述硬金属工件40通过所述夹具固定于所述移动块32上，使所述工件40紧贴所述砂轮21的轴向上表面并接触所述砂粒212。喷洒处理液至所述砂轮21的轴向上表面上，而后，所述砂轮21的铜基体211接通直流电源负极，所述工件40接通直流电源的正极，启动所述驱动机构22使所述砂轮21旋转，启动所述动力机构33使所述工件40的待研磨面贴紧所述砂轮21上表面上的砂粒212，所述砂轮21转动时，同时带动所述工件40绕所述转动轴反方向旋转以加快研磨的速度，所述工件40的自转速度大于所述砂轮21的转速。
本申请的硬金属电化学平面研磨设备通过在砂轮21的四周设置若干工件夹持机构30，实现一次研磨多片工件40，大大提升了效率。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (20)

1.一种硬金属电化学研磨方法，其特征在于，包括砂轮及硬金属工件，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
2.如权利要求1所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述硬金属工件为不锈钢。
3.如权利要求2所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
4.如权利要求3所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
5.如权利要求3或4任一项所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
6.如权利要求5所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液与所述工件的待研磨表面产生如下化学反应：
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
7.如权利要求5所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液的与所述工件待研磨面的接触速度为1-3m/s。
8.如权利要求7所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液喷洒于所述砂轮上，通过所述砂轮转动所产生的离心力使所述处理液以1-3m/s的速度流向所述工件的待研磨面。
9.如权利要求1所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述砂轮的基体为铜基体，所述砂轮通过所述铜基体与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
10.如权利要求1所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。
11.一种硬金属电化学研磨方法，其特征在于，包括砂轮及硬金属工件，所述砂轮包括基体及设于所述基体表面的砂粒，所述基体为导体，所述砂粒为绝缘体，所述工件的待研磨面接触所述砂粒，所述砂轮的基体接直流电源的负极，所述工件接直流电源的正极，向所述工件的待研磨面喷洒处理液，所述处理液在所述工件待研磨面上的流动速度为1-3m/s，所述处理液与所述工件待研磨面产生化学反应并腐蚀，所述砂轮或/和所述工件转动使之相互摩擦以去除所述工件待研磨面的腐蚀物质。
12.如权利要求11所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述硬金属工件为不锈钢。
13.如权利要求12所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：3-7％的硝酸钠、2.5-5％的氯化钠、1-3％的磷酸氢二钠、0.1-1％的甘油、大于80％的水。
14.如权利要求12所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：4-6％的硝酸钠、2.8-3.2％的氯化钠、1.8-2.2％的磷酸氢二钠、0.3-0.7％的甘油、大于80％的水。
15.如权利要求13或14任一项所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液按质量比重包括：5％的硝酸钠、3％的氯化钠、2％的磷酸氢二钠、0.5％的甘油、大于80％的水。
16.如权利要求15所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液与所述工件的待研磨表面产生如下化学反应：
Mn-3e＝Mn3+；
Mn-2e＝Mn2+；
Cr-2e＝Cr2+；
Si+2H2O-4e＝SiO2(s)↓+4H+；
Fe2++e＝Fe3+；
Cr-3e＝Cr3+；
Fe-2e＝Fe2+；
Cr2+-e＝Cr3+；
Ni-2e＝Ni2+；
Fe-3e＝Fe3+；
4OH--4e＝2H2O+O2(g)↑；
Mn2++2H2O-2e＝MnO2(s)↓+4H+；
2Cl--2e＝Cl2(g)↑；
17.如权利要求15所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述处理液喷洒于所述砂轮上，通过所述砂轮转动所产生的离心力使所述处理液以1-3m/s的速度流向所述工件的待研磨面。
18.如权利要求11所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述工件待研磨面与所述砂轮基体之间的距离为0.02-0.1mm。
19.如权利要求18所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述砂轮的基体为铜基体，所述砂轮通过所述铜基体与粒度为80-400目的砂粒烧结而成。
20.如权利要求11所述的硬金属电化学研磨方法，其特征在于，所述直流电源是频率为30KHz-100KHz的高频开关电源，工作电压为1-10V。
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