304不锈钢微型环槽的微细电解铣削加工技术研究

 浙江至德钢业有限公司针对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。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。

一、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X、Y及Z轴定位精度为0.1μm。

二、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500、300和100μm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。

三、实验与结果

 为了在304不锈钢上加工如图所示的微型环槽，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H2SO4和20g/L的NaNO3（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。

四、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。