基于双峰脉冲电流电化学复合机械的平面形金属表面的光整加工方法

摘要

基于双峰脉冲电流电化学复合机械的平面形金属表面的光整加工方法，涉及平面形金属表面的加工技术领域。将金属工件接脉冲电源的正极，在金属工件的待加工平面和阴极导电体之间通以中性电解液，在金属工件的待加工表面设置抛光工具，脉冲电源的脉冲频率为6KHz～10KHz，在每个脉冲周期输出两个脉冲峰值，金属工件的待加工平面与阴极导电体之间作相对匀速的往复运动，以使阴极导电体能够以有规律地均匀扫过金属工件的表面。本发明可将平面形金属表面直接抛光至镜面，不需进行半精磨和精磨，可分别实现对平面形金属表面的可控电解及加速溶解，抛光效率远高于单纯的精磨、砂带磨削或者超精加工。

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面加工技术，特别是平面形金属表面的精密镜面光整加工技术领域。

背景技术

常规平面形金属表面抛光一般是先进行打砂或磨削，然后用研磨液通过抛光设备在平面形表面上进行抛光，使表面光度像镜子一样清晰，以降低摩擦系数或用于装饰、装潢。

研磨过程可以分为普磨和精磨两种方式。一般而言，用机械抛光机进行加工处理时，其行进的速度越慢，磨的组数越多，抛光的效果会越好。这个过程加工时间较长，而且研磨必须很精细，需要更换从粗到细的磨料，更换时必须保证表面处理干净，不能留下一点磨料，工艺较繁琐。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种能克服现有技术以上缺陷，能提供快速精密镜面抛光的基于双峰脉冲电流电化学复合机械的平面形金属表面的光整加工方法。

本发明技术方案是：将金属工件接脉冲电源的正极，在所述脉冲电源负极接阴极导电体，在金属工件的待加工平面和阴极导电体之间通以中性电解液，在金属工件的待加工表面设置抛光工具，所述脉冲电源的脉冲频率为6KHz～10KHz；其特征在于：所述脉冲电源在每个脉冲周期输出两个脉冲峰值，金属工件的待加工平面与阴极导电体之间作相对匀速的往复运动，以使阴极导电体能够以有规律地均匀扫过金属工件的表面。

抛光时，脉冲电源以一定频率输出脉冲电流，每个周期输出两个不同峰值的脉冲电流I₁和I₂（如图4所示），其中，脉冲电流I₁使工件表面处于钝化保护状态（图2的CD段），脉冲电流I₂使工件表面处于超钝化溶解状态（图2的DE段）；当工件表面在脉冲电流I₁作用下处于钝化保护状态时，会在工件表面生成一层钝化膜，该钝化膜有保护工件表面不被电流溶解的作用，当工件平面被外侧的抛光工具刮去表面尖峰的钝化膜时，由于表面尖峰处不被保护，而实现电化学溶解；当脉冲电源输出脉冲电流I₂时，在合适的工艺参数条件下，表面尖峰可以在脉冲电流I₂作用下实现超钝化的脉冲电化学溶解和抛光，该过程的溶解和抛光效率远高于单纯的电化学机械抛光、脉冲电化学抛光和脉冲电化学机械抛光；同时，由于脉冲电流I₂的超钝化溶解抛光作用，抛光过程对机械作用的依赖程度低。

本发明具有如下优点：

1、抛光效率高：可将平面形金属表面直接抛光至镜面，不需进行半精磨和精磨；并且由于使用了两个不同峰值的脉冲电流，可分别实现对平面形金属表面的可控电解及加速溶解，抛光效率远高于单纯的精磨、砂带磨削或者超精加工。

2、抛光效果好：可使平面形金属表面直接被抛光至Ra0.1 μm以下，优化工艺参数条件下，可抛光至Ra0.02 μm以下，从而加工出镜面效果。

3、抛光过程不受钢材硬度的限制，抛光过程中不产生磨削力和磨削热，不产生附加应力，抛光表面也不会产生磨削烧伤和裂纹。

4、抛光成本低。

5、抛光过程易于实现自动化生产，适用范围广泛。

6、使用中性电解液，对环境不产生污染，是一种绿色制造方法。

另外，本发明所述两个脉冲峰值分别的脉冲电流为脉冲电流I₁和脉冲电流I₂；脉冲电流I₁的电流值为120 A～150 A，脉冲电流I₂的电流值为300 A～350 A，使得金属工件在抛光时分别处于钝化状态和超钝化状态，钝化状态时与机械作用配合，实现电化学机械复合抛光，超钝化状态时，实现脉冲电化学溶解和抛光，这两个过程的合理匹配，使得抛光效率远高于单纯的电化学机械抛光、脉冲电化学抛光和脉冲电化学机械抛光，并且对机械作用的依赖程度低。

为了分别实现金属工件的电化学机械复合抛光和脉冲电化学抛光，所述脉冲电流I₁作用时间与脉冲电流I₂作用时间比值为1:1。

在所述中性电解液总质量中，15%～35%为NaNO₃，10%～20%为NaCL，5%～10%为NaCLO₃，1%～2%为NaSO₄，其余为水。

以往的中性电解液由NaNO₃和NaCL组成，本发明加入NaCLO₃和NaSO₄，使得电解液的非线性更加明显，钝化阈值和超钝化阈值降低，更有利于提高抛光效率。

    所述抛光工具为砂轮或砂带或超精油石。

附图说明

图1为电化学机械抛光使用的直流电流波形图。

图2 为阳极表面极化曲线图。

图3 为单峰脉冲电流波形图。

图4 为双峰脉冲电流波形图。

图5为例一的加工状态示意图。

图6为例二的加工状态示意图。

图7为例三的加工状态示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明做进一步说明。

配制电解液：以NaNO₃、NaCL、NaCLO₃、NaSO₄和水配制不同的中性电解液，并使各占比为：15%～35%为NaNO₃，10%～20%为NaCL，5%～10%为NaCLO₃，1%～2%为NaSO₄。

                                        单位：kg

 NaNO₃NaCLNaCLO₃NaSO₄水配方一1210.25.8配方二1.51.510.25.8配方三210.70.16.2配方四310.50.15.4

一、例一：

如图5所示，将待加工的不锈钢板2放在工作台1上，不锈钢板2接脉冲电源的正极，脉冲电源的负极接一阴极导电体4，阴极导电体4可置于不锈钢板2的上方，并使不锈钢板2与阴极导电体4之间以一定速度作相对往复运动。

在不锈钢板2与阴极导电体4之间以喷头3喷淋上述中性电解液，在不锈钢板2上方的一侧设置旋转的砂轮5，使砂轮5可对不锈钢板2的上平面作磨削抛光。

对于原始表面粗糙度为Ra0.24μm的Φ100×1000mm轧制不锈钢板2，材质为304不锈钢，使用如下工艺参数的双峰脉冲电流电化学复合磨削光整加工技术进行抛光：脉冲频率6000Hz，脉冲电流I₁取140 A，脉冲电流I₂取350 A，脉冲电流I₁作用时间与脉冲电流I₂作用时间比值为1:1，经过2分钟左右，可将不锈钢板表面抛光至Ra0.025 μm的镜面。

二、例二：

如图6所示，其它条件同上例，所不同的是：采用超精油石5浮动地压在不锈钢板2上进行研磨。

对于原始表面粗糙度为Ra0.28μm的Φ100×1000mm轧制不锈钢板，材质为316不锈钢，使用如下工艺参数的双峰脉冲电流电化学复合磨削光整加工技术进行抛光：脉冲频率7000Hz，脉冲电流I₁取150 A，脉冲电流I₂取300 A，脉冲电流I₁作用时间与脉冲电流I₂作用时间比值为1:1，经过1.5分钟左右，可将不锈钢板表面抛光至Ra0.025 μm的镜面。

三、例三：

如图7所示，其它条件同上两例，所不同的是：采用砂带研磨系统5浮动地压在不锈钢板2上进行研磨。

对于原始表面粗糙度为Ra0.22μm的Φ100×1000mm轧制不锈钢板，材质为316L不锈钢，使用如下工艺参数的双峰脉冲电流电化学复合磨削光整加工技术进行抛光：脉冲频率10000Hz，脉冲电流I₁取120 A，脉冲电流I₂取340 A，脉冲电流I₁作用时间与脉冲电流I₂作用时间比值为1:1，经过1分钟左右，可将不锈钢板表面抛光至Ra0.025 μm的镜面。