CN110394517B - 利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法，属于特种加工领域。本发明的特征在于将电解液与磨粒的混合溶液冻结成冰盘，实现电解与磨削复合抛光加工。电解液冰盘在主轴的带动下，固结在冰盘上的磨粒对金属表面的氧化层起到摩擦去除作用，同时摩擦产生的热量会使冰盘表面微量融化，从而在金属工具和冰盘之间形成很薄的电解液膜，利用液膜中的电化学作用，加速阳极工件的溶解，实现金属工件的电解机械复合抛光。冰盘所产生的低温，将使电化学作用的定域性加强，有望抑制杂散腐蚀等加工缺陷，提高复合抛光的加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及电解机械复合抛光加工，属于特种加工领域，具体是一种冰冻电解液固结磨粒导电冰盘及制备方法与应用。
背景技术
近年来，机械零件的精整和光饰加工技术在国内各行各业应用得十分广泛。随着我国机械装备制造业的迅速发展，抛光技术的需求越来越高。
除传统机械抛光方法外，近年来化学抛光、电解抛光、超声波抛光等应用也十分广泛。
2018年9月25日，中国发明专利CN108570705A公开了一种不锈钢内壁的电解抛光装置，其在钢管中设置柔性阴极，通过全自动主机和高频脉冲整流器实现内壁的电解抛光加工。
2018年12月7日，中国发明专利CN208195864U公开了一种振动电解磨削机构，其通过中空机床内设振动发生腔和电解腔，加工过程中，电解槽受振动腔作用发生来回振动，实现振动电解磨削加工。
杭州诺贝尔集团有限公司方伟文提出掺粉电解复合抛光工艺实验研究（广东技术师范学院学报2013（7）：70~74），其通过将微细磨料掺入电解液中，对工件进行“软磨削”以去除钝化层，并对工艺参数进行了研究。南京航空航天大学的朱荻等提出一种磨削和电化学蚀除复合的小孔精密加工方法（CIRP Annals - Manufacturing Technology，2011，60（1）：247-250），其利用高速旋转的涂覆磨具作为阴极，进行小孔加工，得到锥度和质量较好的小孔。
发明内容
本发明旨在提高电解抛光的精度和质量，提出一种较为稳定，低成本，实现方便的冰冻电解液固结磨粒导电冰盘及制备方法与应用。
一种冰冻电解液固结磨粒导电冰盘，其特征在于：由导电冰盘主体和均匀分布于导电冰盘主体中的磨粒组成，其中导电冰盘主体是由电解质溶液冰冻制成。这种的冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的制备方法，其特征在于包括以下过程：将电解液倒入容器中，混合入磨粒，低温制成导电冰盘。如此冰盘可以导电，加工过程中通电作为电解加工的阴极，同时磨粒在冰盘中均匀分布，在加工中起到磨削去除作用。
利用所述的冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光方法，其特征在于：
步骤一、采取低温措施，为低温电解复合抛光加工提供低温环境，低温下的电解加工有效减弱杂散腐蚀现象，易于得到表面质量较好的抛光层；
步骤二、在低温环境下，对导电冰盘与工件通电，进行电解磨削复合抛光加工；磨削作用主要用来去除金属表面的钝化膜，在磨削的过程中，因磨削加工而产生的热量使得导电冰盘不断融化，在与工件接触区形成液膜，实现电解液“自供液”，为电解加工提供良好的前置条件；加工过程中导电冰盘的融化也使得新磨粒裸露，产生“自砺”作用，为磨削提供良好条件；
电解作用主要用来去除表面缺陷，实现抛光加工；同时因为磨削作用主要发生在工件表面的“凸点”，相应的液膜也集中在这些凸点附近区域，电解作用主要发生在这些区域，起到整平工件表面的效果；当金属表面的钝化膜去除、裸露表面得到电解抛光后，钝性电解液再次诱使金属表面生成钝化膜，如此往复，
最终使得表面质量达到要求；
导电冰盘在主轴的带动下高速旋转，产生的离心力使得电解液膜被甩离加工区域，带走加工产物和杂质，使得电解加工顺利进行；
步骤三、加工结束，提高环境温度即可。
以上所述的低温电解复合抛光加工方法，其特征在于：步骤一中所述的低温环境，其温度范围为-20℃~0℃，制冷措施为空气压缩制冷。所述导电冰盘的融化速度与环境温度和加工参数有关，环境温度越低，冰盘转速越慢，冰盘融化速度越慢，根据上述原则对冰盘融化速度进行控制与调节。利用可控温的低温冷风箱将封闭的加工环境温度维持在给定温度范围之间，保证冰盘融化速度在需要的氛围内。同时可以根据真实的加工环境，改变加工参数如冰盘转速和进给量，控制冰盘融化速度。
本发明的有益效果在于
本发明能够在提高加工效率的前提下，抑制杂散腐蚀，得到表面质量较好的抛光层。传统的电化学抛光，当金属表面存在钝化膜时，若采用非钝性电解液，最后的抛光层质量特别差，若采用钝性电解液，则加工过程异常缓慢。本发明基于电解机械复合抛光加工原理，通过预加磨粒的电解液导电冰盘，一方面通过冰盘磨具上的磨粒，依靠磨削作用去除金属表面的钝化膜，使得新鲜的金属机体裸露，为电解抛光作用提供前置条件；另一方面，磨削过程中，冰盘局部融化，形成导电液膜，在其间发生电化学作用，对裸露的金属机体进行电解抛光加工。相较于传统的电解磨削，本发明的电解加工时在低温下进行，导电液膜和工件都处在低温状态下，杂散腐蚀现象得到有效的抑制，所得到的抛光层质量较好。
本发明能实现冰盘“自供液”，利用旋转作用去除加工产物和杂质，并产生磨具的“自砺”作用。冰盘是由电解质溶液制成，磨粒在其中均匀分布。导电冰盘使得工件始终处于低温状态，保证电解加工在低温下进行；同时在磨削的过程中，冰盘不断融化，在工件表面形成液膜，实现“自供液”；冰盘旋转的离心力使得电解液膜被甩离加工区域，带走加工产物和杂质。因为冰盘在加工中不断的微量融化，已经参加磨削加工的破损的磨粒一并进入电解液膜，并被离心力甩出加工区域，新的尖利的磨粒裸露出来，完成磨具“自砺”。
本发明能有效整平工件表面，得到表面质量良好的表面。平整的电解液导电冰盘总是先磨削工件表面上凸出的高点，相应的电解液膜也集中在这些高点附近，电解作用主要发生在高点附近，可以实现对工件表面有效的整平。
本发明实现起来较为方便。在传统电解磨削加工中，砂轮只是起着磨削去除钝化膜的作用，电解作用要依靠外部向加工区喷射电解液才能实现。本发明采用电解液制成的冰盘，在磨削过程中融化，形成电解液的液膜，为电解加工提供条件。在加工中只需要一个导电冰盘就能实现电解磨削复合加工。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图中标号代表如下:1.机床主轴；2.电解液冰盘；3.冰盘中均匀分布的磨粒；4.加工区域裸露的磨粒；5.工件；6.工件残余的钝化膜；7.加工产物；8.电解加工生成的氢气泡。
具体实施方式
下面结合原理图，具体阐述加工的微观过程：首先，冰盘2在机床主轴1的带动下高速旋转，裸露的磨粒4通过磨削作用去除工件表面的钝化膜6，磨削过程产生一定的磨削热，导电冰盘在磨削过程中吸收磨削热融化形成液膜，包覆在工件表面，通电的冰盘与工件在液膜间发生电解作用，产生加工产物7和氢气泡8。低温下离子活性降低，杂散腐蚀等缺陷得到很好的抑制，于是获得表面质量符合要求的工件。冰盘随着主轴旋转，产生的离心力把边缘的液膜甩出加工区域，同时带走加工产物和破碎的磨粒等杂质，保证加工的顺利进行。
Claims (4)
1.利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法，所述冰冻电解液固结磨粒导电冰盘，由导电冰盘主体和均匀分布于导电冰盘主体中的磨粒组成；其中导电冰盘主体是由电解质溶液冰冻制成；其特征在于：
步骤一、采取低温措施，为低温电解复合抛光加工提供低温环境，低温下的电解加工有效减弱杂散腐蚀现象，易于得到表面质量较好的抛光层；
步骤二、在低温环境下，对导电冰盘与工件通电，进行电解磨削复合抛光加工；磨削作用主要用来去除金属表面的钝化膜，在磨削的过程中，因磨削加工而产生的热量使得导电冰盘不断融化，在与工件接触区形成液膜，实现电解液“自供液”，为电解加工提供良好的前置条件；加工过程中导电冰盘的融化也使得新磨粒裸露，产生“自砺”作用，为磨削提供良好条件；
电解作用主要用来去除表面缺陷，实现抛光加工；同时因为磨削作用主要发生在工件表面的“凸点”，相应的液膜也集中在这些凸点附近区域，电解作用主要发生在这些区域，起到整平工件表面的效果；当金属表面的钝化膜去除、裸露表面得到电解抛光后，钝性电解液再次诱使金属表面生成钝化膜，如此往复，
最终使得表面质量达到要求；
导电冰盘在主轴的带动下高速旋转，产生的离心力使得电解液膜被甩离加工区域，带走加工产物和杂质，使得电解加工顺利进行；
步骤三、加工结束，提高环境温度即可。
2.根据权利要求1所述的利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法，其特征在于：步骤一中所述的低温环境，其温度范围为-20℃~0℃。
3.根据权利要求1所述的利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法，其特征在于：步骤一中所述的低温措施为空气压缩制冷。
4.根据权利要求1所述的利用冰冻电解液固结磨粒导电冰盘的电解磨削复合抛光法，其特征在于：所述导电冰盘的融化速度与环境温度和加工参数有关，环境温度越低，冰盘转速越慢，冰盘融化速度越慢，根据上述原则对冰盘融化速度进行控制与调节。
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