一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法

摘要

本发明是一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法,它沿用现有工序将原始坯料外廓加工、预孔加工、淬硬处理后,采用高频、窄脉冲电流电解加工型腔一次成型,然后局部抛光转接处。利用本发明方法加工气门锻模,精度高,质量好且稳定,加工效率高,生产周期短,成本低且生产的气门锻模使用寿命长,非常适合气门模具多品种、小批量生产的特点,具有较高的应用和推广价值。

说明书

本发明是一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法，属于气门模具加工技术领域。

气门是影响汽车发动机性能的关键性零件之一，易损耗、用量大、质量要求高，因而用于生产气门的锻模日益向精密锻件方向发展，模具材料也向高硬度方向发展。目前的气门模具生产主要采用数控切削加工和电火花成型加工两种工艺方法。数控切削加工的工艺流程为：将原始坯料外廓加工和预孔加工，然后进行型腔粗车、淬硬处理、精修变形，最后将型腔精车和抛光。电火花成型加工的工艺流程为：将原始坯料外廓加工和预孔加工，然后进行淬硬处理和电火花成型加工型腔，最后将型腔抛光。但这些传统的加工方法均存在气门模具型腔质量不够稳定、加工效率较低、生产周期长、成本高等问题。

本发明的目的是提供一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法，在保留将原始坯料外廓加工、预孔加工、淬硬处理、局部抛光等现有工序的基础上，通过采用高频、窄脉冲电流电解工艺，克服现有技术中存在的气门模具型腔质量不稳定、加工效率低、生产周期长、成本高等缺陷。

本发明的一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法，包括现有工艺中原始坯料外廓加工、预孔加工、淬硬处理、局部抛光工序，其特征在于，在淬硬处理与局部抛光工序之间进行电解加工型腔，该工序的工艺条件为：脉冲电流采用矩形波，脉冲参数具体为：频率0.5～30KHz，脉宽10～500μs，占空比≤0.5，电流密度为35～100A/cm²，电解液采用含氧酸盐溶液或者卤素族的钠盐、钾盐溶液，或者上述各种盐的混合溶液，溶液质量百分比浓度为8～20％，电解液温度控制在15～40℃，电解液压力为3～10×10^-1MPa，电解液的流动方式为正流或者反流，工具阴极为型腔的对应等矩面，采用旋转电极，转数为1000～3000转/分。

本发明的一种高频、窄脉冲电流电解加工气门锻模的方法具有以下优点：

1.采用本发明方法加工气门锻模，精度高，质量好且稳定。模具成型精度达0.05～0.10mm，内圆角≤0.10mm，棱角保持尖角而且无毛刺；表面粗糙度可达Ra0.60μm，无冷、热变形层，无显微裂痕；由于工具无损耗，加工变形小，因而加工一致性好，重复精度高，质量稳定。同时，由于表面质量好以及热处理位于型腔加工之前，因而可以消除现有技术中因中间热处理变形引起的型腔与预孔的偏移，从而避免了型腔与预孔转接处的锻造拉伤。

2.由于本发明方法中的电解加工成型是全型加工、一次成型，且所采用的高频、窄脉冲电流的蚀除速度较快，因而尺寸成型工序的时间短，又仅需要局部抛光转接处，节省了大量的手工抛光工作量，加工效率大大提高，是现有工艺的2～5倍。

3.由于本发明方法中的电解加工不受材料硬度、韧性、强度的限制，可以从淬硬的模块上直接加工，一次成型达到最终尺寸，因而工序少、工艺装备制造量小、工具不易损耗，且高频、窄脉冲电流电解加工可以采用CAD/CAM设计制造工具阴极，生产周期大为缩短，仅为现有工艺的1/3，而且成本较低。

4.采用本发明方法生产的气门锻模，由于高频、窄脉冲电流电解加工的表面质量明显优于现有工艺，其耐磨损、耐高温疲劳强度、屈服强度高，锻件的出模时间短，回火软化缓和，因而使用寿命较现有工艺生产的气门锻模可延长5倍。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一

工具材料选用不锈钢，首先沿用现有工序将原始坯料进行外廓加工、预孔加工和淬硬处理，然后进行电解加工型腔，脉冲电流参数为：频率10KHz，脉宽40～50μs，占空比≤0.5，电流密度为40～50A/cm²，电解液采用质量百分比浓度为8％的NaNO₃溶液，电解液温度控制在15～20℃，电解液压力为5×10^-1MPa，电解液的流动方式为正流式，工具阴极采用旋转电极，转数为2000转/分；将电解加工后的型腔局部抛光转接处。如上所述，即可较好地生产出小型精密气门锻模。

实施例二

工具材料选用铜钨合金，首先沿用现有工序将原始坯料进行外廓加工、预孔加工和淬硬处理，然后进行电解加工型腔，脉冲电流参数为：频率30KHz，脉宽10～15μs，占空比≤0.5，电流密度为80～100A/cm²，电解液采用质量百分比浓度为15％的NaBr溶液，电解液温度控制在30～40℃，电解液压力为3×10^-1MPa，电解液的流动方式为正流式，工具阴极采用旋转电极，转数为1000转/分；将电解加工后的型腔局部抛光转接处。如上所述，即可较好地生产出小型精密气门锻模。

实施例三

工具材料选用青铜，首先沿用现有工序将原始坯料进行外廓加工、预孔加工和淬硬处理，然后进行电解加工型腔，脉冲电流参数为：频率1～5KHz，脉宽100～500μs，占空比≤0.5，电流密度为50～70A/cm²，电解液采用质量百分比浓度分别为10％的NaNO₃和5％的NaClO₃混合溶液，电解液温度控制在15～25℃，电解液压力为8×10^-1MPa，电解液的流动方式为正流式，工具阴极采用旋转电极，转数为2000转/分；将电解加工后的型腔局部抛光转接处。如上所述，即可较好地生产出中型气门锻模。

实施例四

工具材料选用不锈钢，首先沿用现有工序将原始坯料进行外廓加工、预孔加工和淬硬处理，然后进行电解加工型腔，脉冲电流参数为：频率1～5KHz，脉宽100～500μs，占空比≤0.5，电流密度为40～50A/cm²，电解液采用质量百分比浓度分别为2％的NaCl和6％的NaNO₃混合溶液，电解液温度控制在20～25℃，电解液压力为10×10^-1MPa，电解液的流动方式为反流式，工具阴极采用旋转电极，转数为2500转/分；将电解加工后的型腔局部抛光转接处。如上所述，即可较好地生产出大型气门锻模。

实施例五

工具材料选用青铜，首先沿用现有工序将原始坯料进行外廓加工、预孔加工和淬硬处理，然后进行电解加工型腔，脉冲电流参数为：频率0.5～3KHz，脉宽200～500μs，占空比≤0.5，电流密度为35～45A/cm²，电解液采用质量百分比浓度为20％的KBr溶液，电解液温度控制在25～35℃，电解液压力为7×10^-1MPa，电解液的流动方式为反流式，工具阴极采用旋转电极，转数为3000转/分；将电解加工后的型腔局部抛光转接处。如上所述，即可较好地生产出大型气门锻模。