一种新型电化学机械光整加工方法

！堑二：盐堑型垫垡堂垫垫垄鳌垄三查造一。

．一种新型电化学机械光整加工方法山尔］：程学院（２５５０１２）张明大连理Ｔ大学（１１６０２３）周锦进摘要介绍了夹心式屯“洋机械光整加工裴置核心部件设计方案、工作原理及工艺特点，并应用这种新型加工方武对轧辊外固表面和平面进行了加工质量和加工效率方面的试验研究。

关键词电化学机械光争表面质量１引言电化学机械光整加：（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｉｎｉｓｈｌｎ卫，即：ＥＣＥＦ）是电化苎＋加工与机械加工组合在一起的复合加丁技术．是八十年初研’：、发展起柬的一项新Ｔ：艺、呵以对各类导电材料制成的零件ｊ＇＿．行表卣光整加工。

尽管电化学机械光整加工的研究历史还不【、，但已成为模具、化ｒ机械、冶金机械、液压机械、食品机讹、轻工机械叶１某些重要零件表面光整加工的重要手段。

电化学机械光整加』二中，Ｅ要靠电化学阳极溶解去除金属，机械研磨作用是为了去除…极在电化学反应叶－产生的饨化膜，更好地加速阳极溶解过程，二者作用均街，刑于加』‘质鼍和加Ｔ效率是至关重要的。

电化学机械光整加Ｌ：包括许多具体的方式方法，本文提出了一种新型加丁装置一夹心式电化学机械光整加工设计方案，用个，、心式复台上具头同时完成电化学作埘和机械研群作用，并对止进干ｊ‘了试验研究，取得了良好的工艺效果。

２夹心式电化学机械光整加工装置目Ｉ为用丁加丁外同表面的少心式电化学机械光整加一Ｌ：装置示意图。

加上过程中，工件绕甘身轴线匀速回转．通过集流装置使零件与直流电源正极柏连１‘件‘侧ｉ殳有夹心式复合甜极．与直流电源负极相接。

阴极主体一般以黄铜或石墨制造，上面开有电解液喷孔．阴极与零件之间留彳ｊ一定间隙，电解液可以从巾通过。

阴极上镶有用丁机械研磨的软髀条，在弹簧弹力作用下，软磨条以适当的币力爪在上件表面上。

加Ｔ。

时．通过电解液喷孔将钝化性电解液咄八加工区，从加工区出来的电解液流入水槽，经沉淀、过滤厉，循环使用。

夹心式复合阴极可以沿工件轴线往复运动。

软群条硬度、磨粒粒度等则根据具体的加工要求确定。

图２为用于平面加工的夹心式电化学机械光整加工装置，其主要结构与斟１所示的臾心式复合阴极相似。

直流电游桃工件（匀速刚转）（沿轴向祉复运动）图ｌ用于加１＝外圆表面的夹心式电化学机械光整加工装置电解Ｔ件『＋）图２用于加工平面的夹心式电化学机械光整加工装置３工作原理３１电化学机械光整加工原理加工过程中，一［件绕自身轴线匀速回转．＿Ｌ件表面困电化学作用而发生阳极溶解√氯化反应，金属原子失去电子进入溶液而成为正离子，并与溶液中的氧氧撤结合，生成Ｆｅ（ＯＨ）３沉淀。

在阴极处将发生还原反应，溶液中的氧离子从阴极得到电子而成为氧气。

这一电化学反应过程可用化学反应式表达为：阳极（１件）：矗一３Ｐ＿十凡“Ｆｅ“＋３０１ｆ－÷Ｆｅ（。

Ｈ）３‘阴极：２月’＋２Ｐ—Ｈ２Ｔ在＿ｊｆｉ投金属溶解过程中，会属溶解速度服从法拉第定律，即：ｖ＝＂∞ｌｖ为阳极某点的溶解速度，沩通过该点的电流密度，昭为电流效率，甜为体积电化学当量，对刷一种金属来说．ｍ为一常数。

电化学Ｔ作波成分、浓度及加］＿温度确定后，电流效率取决于屯流密度。

所以，ｍ板（零件表面）某点的溶解速度取决于通过该点的电流密度。

由丁经机臧加【的工件表面上留有切削造成的尖峰状凸起和凹谷，使微观屯场分布是现非均匀性，尖峰处电力线集中而形成较大的电流密度．电化学反应速度较快，金属溶解速度也较快，存巴ｉ谷处，电化学反应速度则相对较慢。

由于采用了钝化性电解液，尢阳极金属发生电化学溶解的同时．阳极表面还会形成钝化膜，饨化膜将会阻止阳极溶解的进一步进行。

金属材料的新鲜表血钝化膜成膜时间约存０．ＯＩ－０．１秒之问，膜的厚度一般在０Ｏｌｐ１１１以下。

由丁电化学机械光整加工是在低电流密度下工作的，钝化膜很难咀电解的方式去除，釜三丛垂亟兰墨垦堕全垫迨塞苤！！！但钝化膜强度远低于金属摹体，容易被机械刮陈。

通过软辟条对Ｔ件表面的机械研磨作＿【｛ｊ，ｌ一件袁面微观高点处的饨化膜被荆除，商点处露出的新的金属表面将会继续受到电化学溶解。

通过多次重复溶解．钝化一活化这加Ｅ过程，使工件表面微观高点处的材利被不断去除，在表血微观低点处，钝化聪小易被机械研群刮际，山于钝化丹奠的保护作用．金属溶解缓慢，使丁件表面得到光整加工。

电化学机械光整加工中，主要靠电化学作用去除金属．机械研糜作刚是为丁更好地加速这一过程，二者作，ｒｌ３均衡，刑０一提高加』：质量和加Ｔ效率是歪关嚣要身ｇ。

机械研磨作用过慢．钝化摸残留过多，会影响电化学作用的发挥。

而机械研磨作用过强．也会带来一牡机械加工的缺陷，如表面划伤、烧伤、骑条磨损过快、堵塞等，达不到光整的日的，也不会得剑高的加工速度。

所以．恰当控制电化学作Ｈｊ和机械研磨作用的速度，使电化学溶解．成膜作用和机械刮膜一活化作硝达到良好的匹配．ｎｊ以存获得高质量表面的同时，获得较高的生产效率。

３２电化学机械光整加工特性电化学机械光整加工以提高被加工零件表面质量、降低微观几何小平度为主要目的。

而不以苦除多余材料，提高零件尺寸精度、形状精度、位置精度为主耍日标，这是它与其他机槭加＝ｆ＿＾法（如：车削、磨削、铣削等）和特种加］：力法（如：放电加工、超声加工等）的主要医别。

电化学机械光整加Ｌ材料去除量很小，主除的金属层厚Ｊ芟与加Ｉ。

前表面的原盘厶｝Ｈ糙度为同一量级，一般在０．００５—００５ｒａｍ范同内。

电化学机械加』：中软磨条采用掉性进给，所以不能提高零件的精度。

但田采用了群粒粒度极细的磨条和钝化性电解液，也小会破坏其原柯精度．对波纹度及椭圜度有纠Ｊ【作川，所以零件的尺ｌＪ精度和形状槠度应由前面的磨削：ｆ序保证：电化学机械光整加』二适Ｊ｝ｊ范围ＪＬ泛，它主要由电化学作用左除零件袁面金属，所以不受材料自身强度、硬度等机械陆质的限制，可以对其它咒嫠方法不易加工的材料工芷｛ｒ光整加工，如硬质台金、耐热台金等的光嫠加上。

ＩＵ，／ｔ学机械光牲加Ｉ‘生，。

效率高、表面质量好，｜般努聿且蜡加：Ｌ后的零件表ＩＩ【｜粗糙艘在Ｒａ０４—０８ｕｍ之闸．在此基础卜进行次ｒ｛王化学饥械光整加Ｉ（一道ｌ序，一次安装），即可仕表面粗楗度降垒Ｒａ≤ｏ（１５ｕｍ，表面没有机械划痕，没有加［硬化层、变质层、残余应力等。

４夹心式电化学机械光整加工装置工艺特点在各种【包化学机械光整加Ｉ：方法巾，电化学作用方式摹本相同，机械研磨作用力式则各有白已的特点。

以往的复合武ｆ岜化学机械光整加．１＿Ｌ县头，郁是将牿有磨料的无纺布粘在钻玎屯解液喷孔的阴械卜，阴碳后面装有弹簧．行弹性力的作垌卜．无纺布ｒ『三存工件Ｅ，两者桐兀运动州，划擦Ｌ件表血，达到柔肚适应Ｌ件表面形状，并刮除钝化膜的目的。

这样的机槭研龋装旨在实际使Ｊ打中存在很多弊端，是无纷布上粘有的蹭料数量｛ｔ千ｔ损少，难以完仝刮除钝化膜，影响加１效率，当无纺布使用一段时闻后，问题更加突出：二是电解漓通过阴极嗡孔，透过无纺布弓ｌ一件接触，流鲢很小，难以将Ｉ乜化学产物仝部带走，进步ｘ，Ｊｉ９ｌＪｌ效率造成小良影响：另外，无纳衍ｉ在爪力作Ｈｊ下发生变形，压力越大，变形越大，州极与ｒ件州的间距难以精确控制。

而存图ｌ、圈２所１；的夹心式电化学机械光整由¨Ｊ，装置中，采用了软蚺条竹．为研磨工具，机械刮聪作川增强，阴｝鹱与ｊ件问的Ｍ距也便于精确拧制。

软磨条是高温钮陀销（Ａｔ：０；）或碳化硅（ＳＩＣ）膊料使』｛ｊ陶瓷结合剂经高饵烧纬而成们膳条，由Ｊｉ在其结台剂啤・，粘ｊ冶量相对较高，磨条硬度鞍低．硬度等级般在软２级（田标代号ｌ【）以卜．其使用性能与一般常用的龋条或油石（硬度等级存中软１级（吲标代号Ｋ）蚍下）有很夫币同。

是软磨条略带弹性，易于位群条与工件接触均匀，吸振性能也好；其次是结合剖的粘接强度较低．磨粒易丁脱落，磨条自锐性能好。

５试验研究粟刖剀２所示夹心式电化学机械光磐加Ｌ装置，剥ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ习；锈钒进行电化学机械光整加』，加工回彤：５０ｃｍ２，原始粗糙皮Ｒａ３．６ｐ１１１，阴极１作面４：，ｔｔ８ｃｍ２，电解液为浓度２０％的ＮａＮＯ。

水溶液，加工电流密度５Ａ／ｃｒｎ２，阳极吲珥丰厦１１日的】１；｛ｊ距ｕ股取０８ｒａｍ，软磨条由高温氧化铝踏料偿料粒度Ｗ７）使ｊ｛Ｊ陶瓷结台刹经高温烧结而成。

单位面积阴极埘府的金属击除量ｖ（ｍｍ３／ｃｍ：）矛口］．件表面粗糙度Ｒａ｛ｕｍ１髓叫问而变化的趋势见矧３。

Ｒａｆ¨ｍ、加工叫０ｌｊ“ｍｌｎ）△：Ｐａｌｕｍｌ０－ｖｆｍｍ＇／ｃ一１罔３粗糙鹰和去晾量随叫问变化晴况冷轧机剐轧辊～般由合金钢（倒如９Ｃ］）ｌ“成，淬火！箜．二壁堑型鱼垡堂垫垫垄鳖垄三查生一后进行磨削加工，表面硬度约为ＨＲＣ６４７—６７，襄面粗糙度Ｒａ０８．Ｒａ０．４ｕｍ。

由于轧辊尺寸较大．强度和硬度较高．给光整加工带来许多困难。

叫前常用的光檀方法主要超精机械研磨，该加１‘方法的缺点是生产效率低，难以满足生产需要，加工质量不稳定。

加』。

枇的轧辊需要两班（ｔ６ｄ、时）才能完成，油石极易堵塞，需绛常更挽，加［石轧辊表面＿ｌ！Ｈ糙度可达Ｒａ０．０５“ｍ。

将图１所示的夹心式电化学机械光整加工装置应用于轧辊０２５皿粗糙度日舡时间图４加工效率和表面质量的对Ｌ｜二光整加工，可以较高的生产效率对轧辊进行精密光整加工，轧辊表面质量大幅度改善，经过道；ＥＪ芋－的加工，仅需工具头六次走刀（三次往复），加ｒ时间大约４０分钟，轧辊表面粗糙度可达Ｒａ００２ｕｍ以下，使用这些轧辊轧制的钢带表面粗糙度达Ｒａ０．０５ｕｍ咀下。

轧辊表向质鞋和生产效率都远远高于超精机械研磨，目４为分别来用也化学机械光整加工和超精机械研磨，加工一根的轧辊．加工效率和表面质量的刘比情况。

６结语夹心式电化学机械光整加』：装置结构紧凑、易于操作。

加工过程中．可以通过选定磨粒粒度和研磨压力对机械研磨力度进｝ｊ调节；阴极与阳极问的间距选定后，不受其它因素的影响，基本恒定不变；屯解液流量充足，可迅速带走电化学产物，加速电化学反应，这一切均使得加工过程的可控性和可调性增加，提高了加丁效率。

参考文献ＩＪｅｏｎｇ－ＤｕＫｉｎｋＹａｈ－Ｍｃ雌ＸｕＹｏｕ『卜ＮｅｅＫａｎ“ＳｔｕｄｙｏｎＩ№ｃｈａｒａｃｔｏｒｉｓｒｉｃｓ耐ｒｎａ口℃【ｍｅＩｅｃ“ｏｌｖｔｍｍｂ啪ｆ”ｐｏｈｓｈｉｎｇ，ｂｖｕｓｍＨｔｈｅｉ℃ｗｌｙｄｅｖｏｌｏｐｅｄｉ［ｍＲｖ，，ｏｖｅｌｌ・ａｂｒａｓｉｒｅ１Ｈｄｓ．ＩｎｔｅｎｌａｌｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭ洲ｉａｉＴｏｏｌｓ＆ＭⅢｗ觚ｕ【亡３耕１９ｅ始）１０３】－】０４３２前烟英彦．田宫胜恒，电解复合研ｆ暗．机槭技术．ｖｏｌ４４Ｎｏｌ（１９９６１１３帐明，周锦进，埠管轧辊也化学机械光整加工．电加Ｔ．１９９９２（Ｉ）；。