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304不锈钢微型环槽的微细电解铣削加工技术研究

来源:至德钢业 日期:2018-12-04 23:55:49 人气:165

针对304不锈钢薄壁件微小结构采用传统加工方法会产生变形的加工难题,基于分层铣削思想利用微细电解铣削加工技术对304不锈钢材料进行了微型环槽的加工实验,加工出了297×105×30μm的微型环槽结构,为金属材料薄壁件微小结构的加工制造提供了一种思路。

304不锈钢具有优异的加工性能以及较高的韧性,被广泛应用于汽车配件、医疗器械等行业,同时各种零件上的微小结构需求日益增加[1]。微小结构的传统加工方法存在精度难保证、零件易变形以及存在残余应力等问题。微细电解加工技术以离子形式对工件材料进行去除,具有刀具无损耗、表面无变质层、无残余应力、不受加工材料硬度限制等优点,是加工薄壁件微小结构的理想技术。本文针对304不锈钢材料采用微细电解铣削加工技术进行微型环槽加工。

1原理与装置

微细电解铣削加工技术将数控技术和微细电解加工技术结合,通过计算机控制工具电极的运动路径,以离子形态进行材料去除,来实现微细电解铣削加工。其原理如图1所示。

微细电解加工系统主要由大理石床身、气浮平台、机床本体、纳秒级脉冲电源和运动控制等部分组成,如图2所示。机床XYZ轴定位精度为0.1μm

2微细工具电极的在线制备

为了减少安装带来的误差,采用在线制备的方法加工实验所需的微细工具电极。利用加工有直径为500300100μm等三个圆形通孔的不锈钢板作为阴极,对直径为300μm的校直钨丝进行加工,得到直径为30μm的微细工具电极,如图3所示。具体参数为:电压为6V、脉冲宽度为1μs、占空比为0.5,电解液为2mol/LKOH溶液。

3实验与结果

为了在304不锈钢上加工如图4所示的微型环槽,利用分层加工思想,制定了微型环槽的微细电解铣削加工方案。阴极从A点开始加工,沿箭头所示方向铣削一圈,回到A点;然后微细工具电极向下进给15μm(一个铣削层的厚度),继续按照箭头方向进行铣削,完成分层铣削;沿铣削轨迹进行静削,完成最终加工。铣削运动轨迹如图5所示。

利用500μm厚的304不锈钢片作为阳极,在线制备的微细工具电极为阴极,进行微型环槽铣削加工实验。加工参数为:电压为6.5V,脉冲宽度为500ns,占空比0.5;加工速度为4μm/s;铣削层深度为15μm;电解液为0.2mol/L的稀H2SO420g/LNaNO3(体积比为1:1)混合溶液。实验准备工作做好后,打开并运行加工系统。在实验过程中观察监测系统中的电流和加工区域的状态变化,以防止因短路而烧毁微细工具电极。加工完成后,关闭系统并对实验结果进行记录分析。

实验加工的微型环槽如图6所示。环槽外边宽度为297μm,内边宽度为105μm,铣削深度为30μm

所加工的环槽结构清晰,四边平直,加工表面质量符合预期要求。只是内腔凸台尺寸在精度允许范围内出现微小波动,经分析可知:脉冲电源为电解液更新提供了间断时间,但静液环境中电解产物更新速度较慢,导致加工区域发生二次腐蚀。

4结论

利用微细电解铣削加工技术在304不锈钢上加工出297X105X30μm的微型环槽结构。研究表明:微细电解铣削加工技术以离子态、非接触形式去除零件多余材料的独特优势,是实现金属材料微小结构加工制造的一种理想技术,为金属材料微结构的加工成形提供了一种思路。

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