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1、A 工具（-） 毛刺 工件V电 解（+） 液PExperimental Study on Electrochemical Deburring of Miniature Hole大连理工大学 徐文骥 余自远 孙 晶 魏泽飞 摘 要 采 用 电 化 学 方 法 对 不 锈 钢 管 壁 上 钻 削 的微 小 孔 与 不 锈 钢 管 内 壁 相 贯 处 难 到 达 区 域 的 毛 刺 进 行 去 除。 实 验 研 究 了 加 工 时 间、 电 解 液 成 分 与 浓 度、 电 解 液流 动 方 式 对 微 小 孔 毛 刺 去 除 质 量 的 影 响 以 及 相 应 条 件下阴阳极极间电压 的变化规律。
2、研究结果表明： 在优 选的加工工艺参数条件下 ，可有效地去除微小孔毛刺。 关键词： 电化学去毛刺 微小孔 极间电压ABSTRACT The electrochemical deburring (ECD) is adopted to remove burrs which exist in the in- tersections of the miniature drilling holes and the inner wall of stainless steel pipe. By processing experiments, the influences of the machining p
3、arameters on the deburring quality and the change law of the voltage between the elec- trode and workpiece are explored, such as process time, electrolytic composition and concentration, flow forms of electrolyte.The ECD results show that the burrs can be re- moved with good quality and efficiency i
4、n the condition of optimal selecting parameters.Keywords: ECD Miniature hole Voltage be-tween electrode and workpiece方 法 加 工 过 程 无 机 械 力、 可 到 达 性 好， 适 用 于 强 度 较 低及 传 统 方 法 难 以 到 达 的 区 域， 如 交 叉 孔 处 的 毛 刺， 目 前 在去 除 清 除 直 径 2mm 以 上 的 孔 毛 刺 方 面 已 较 为 成 熟。 总体 看， 目 前 精 密 零 件 的 微 小 孔 去 毛 刺， 特 别 是 去 除 难 到达区
5、域的毛刺还是一个难题。本 文 将 针 对 直 径 1mm 以 下 的 微 小 孔 毛 刺 （尤 其 是 因 受 零 件 尺 寸、 形 状 等 限 制 难 以 到 达 区 域 的 毛 刺 ，研 究 电化 学 去 除 的 关 键 问 题， 重 点 研 究 加 工 条 件 对 微 小 孔 毛 刺去 除 质 量 的 影 响 规 律。 鉴 于 加 工 过 程 中 极 间 电 压 的 变化 可 以 在 一 定 程 度 上 反 映 微 小 孔 毛 刺 的 去 除 程 度， 本 文还分析了不同加工条件下极间电压的变化规律。1 电化学去毛刺基本原理电 化 学 去 毛 刺 是 利 用 电 能、 化 学 能 进 行
6、 阳 极 溶 解 去 毛 刺 的 方 法， 其 基 本 原 理 如 图 1 所 示， 零 件 与 电 源 的 正 极 相 连， 构 成 阳 极， 成 形 工 具 与 直 流 电 源 的 负 极 相 连， 构 成阴 极。 两 极 之 间 保 持 一 定 的 间 隙， 其 间 充 满 流 动 的 电 解液， 接 通 电 源 后， 电 化 学 反 应 开 始 进 行。 工 件 阳 极 表 面将发生氧化反应， 工具阴极表面将 发生还原反应。随 着 科 学 技 术 的 发 展， 越 来 越 多 的 工 业 产 品 向 微 型化 和 精 密 化 方 向 发 展， 直 径 在 1mm 以 下 的 微 小 孔
7、 的 应 用 越 来 越 广 泛， 如 航 空 发 动 机 高 压 涡 轮 工 作 叶 片、 导 向 叶片、 燃 烧 室 的 气 膜 冷 却 孔、 燃 料 喷 油 嘴、 汽 化 器、 惯 性 陀 螺仪 中 的 仪 表 元 件 以 及 微 型 传 感 器 等。 钻 削 是 微 小 孔 加工 中 最 常 用 的 方 法， 但 钻 孔 时 会 在 孔 的 出 口 处 产 生 细 小的 毛 刺 1。对 于 精 密 零 件 来 说， 加 工 后 的 毛 刺 将 会 严重影响零件的精度 、质量和使用性能， 因此必须去除。 目 前 去 除毛 刺 的 方 法 主 要 有 机 械 式 抛 光 法、 磁 力 研
8、磨 法、 化 学 抛 光法 和 电 化 学 法 等 2-4。对 于 直 径 较 大 的 孔 采 用 上 述 方 法去 毛 刺 技 术 比 较 成 熟， 但 机 械 式 抛 光 或 磁 力 研 磨 抛 光 可能 会 导 致 磨 料 、微 小 颗 粒 或 材 料 移 除 物 等物质将微小孔覆盖甚至填 满堵塞； 化学抛光加工时间 较 长， 而 且 会 对 零件 非 加 工 表 面 产 生 腐 蚀； 电 化 学 加 工图1 电化学去毛刺原理 图Fig.1 Theoretical diagram of electrochemical deburring工件阳极的基本电化学反应式为：M-ne Mn+ ，
9、（1）Mn+ n（OH-） M（OH） n工具阴极的基本电化学反应式为：2H+ + 2e H 。 （2）2加 工 时， 在 工 件 阳 极 表 面 形 成 一 层 很 薄 的 氧 化 膜， 对 工件 阳 极 具 有 一 定 保 护 作 用， 毛 刺 等 凸 出 部 位 氧 化 膜 容 易 扩 散 且 电 流 密 度 较 为 集 中， 因 而 溶 解 速 度 快， 形 成 光 滑200m 200m 200m（a）均匀型 （b）钻孔帽型 （c）王冠型9 8 7 6 5 4 3 2 11210 111计 算机 2数字式万用表 3直流 稳 流 稳压电 源 4工作箱 5工件支架 6工件；7阴极 8阀门
10、9电 解液循 环泵 10过滤 板 11电 解液箱 12导电顶 尖圆角。 速率设定为 1 次 /s ；阴极直径为 0.5mm，材料为紫铜， 屏蔽 层 厚 度 为 0.2mm，将 阴 极 插 入 限 位 夹 头 并 调 节 阴 极 伸 出 限 位 夹 头 的 长 度， 使 阴 极 绝 缘 管 伸 出 夹 头 的 长 度 等 于 不 锈 钢 管 壁 壁 厚。 加 工 前 将 阴 极 从 不 锈 钢 管 外 部 插 入 微小孔内， 启动电解液循环泵并接通 电源。2.2 试验 方案试 验 参 数 如 表 1 所 示， 分 别 研 究 电 解 液 成 分、 电 解 液 浓 度、 加 工 时 间、 电 解
11、液 流 动 方 式 对 微 小 孔 毛 刺 去 除 质 量 及 极 间 电 压 的 影 响。 其 中 静 止 电 解 液 方 式 是 指 将 不 锈 钢 管 浸 泡 在 电 解 液 中， 电 解 液 本 身 不 流 动； 流 动 电 解 液 方 式 是 指 利 用 泵 将 电 解 液 注 入 不 锈 钢 管， 让 其 不 间 断流过毛刺部位； 超声波振荡电解液方式是指将不锈钢 管浸泡在电解液中， 然后再用超声波振 荡电解液。2 试验方法2.1 建立微小孔电化学去毛刺试验装置被 加 工 工 件 为 外 径 10mm、内 径 7mm 的 不 锈 钢 管， 在其管壁上加工一组直径为 0.9mm 的微
12、小孔， 毛刺即存 在 于 微 小 孔 与 不 锈 钢 管 内 壁 相 贯 处。 毛 刺 的 主 要 形 状 如 图 2 所 示， 其 中 均 匀 型 与 钻 孔 帽 型 毛 刺 主 要 出 现 在 低 进 给 速 度 条 件 下， 王 冠 型 毛 刺 主 要 出 现 在 高 进 给 速 度 条 件 下 5。试 验 装 置 如 图 3 所 示， 其 中 直 流 稳 流 稳 压 电 源 为电 化 学 加 工 提 供 稳 定、 精 准 的 电 流； 数 字 式 万 用 表 的 两 个探 针 分 别 与 阴 极 和 工 件 相 连， 并 通 过 数 据 传 输 线 与 计 算机 串 口 相 连 来 采
13、 集 加 工 过 程 中 极 间 电 压 变 化， 采 集图2 典型毛刺形态Fig.2 Typical burrs shape表1 电化学去毛刺试验参数3 试验结果与讨论3.1 电解液成分对加工质量及极间 电压影响电 解 液 是 发 生 电 化 学 反 应 的 载 体， 不 同 的 电 解 液 与 材 料 的 匹 配 构 成 的 电 极 体 系 显 示 出 不 同 的 电 流 效 率 特 性， 一 般 分 为 线 性 特 性 和 非 线 性 特 性 两 类。 线 性 电 解 液 的 典 型 代 表 是 NaCl 溶液； 非线性电解液的典型代表 是 NaNO3 溶 液。 采 用 表 1 中 的
14、加 工 参 数， 通 过 试 验 研 究 不 同 电 解 液 成 分 对微小孔毛刺去除质量的影响。如 图 4 所 示 （工 件 材 料： 不 锈 图3 电化学去毛刺试验装置示意 图Fig.3 Diagram of experimental equipment for ECD712011 年第 19 期 航空制造技 术电解液主要成分 电解液浓度/% 电解液流动方式 电解液温度/ 加工时间/s 加工电流/mA 加工间隙/mmNaNO3NaClNaNO3+NaCl5 30静止 流动 超声波振荡 25 2060 200 0.2200m 200m 200m（a）15%NaNO3 （b）15%NaCl （
15、c）15%NaNO3+10%NaCl9 15%NaNO38 15%NaCl7 15%NaNO3+10%NaCl/V 6U5极间电压 432100 10 20 30 40加工时间 t /s图4 不同电解液成分下微小孔毛刺去除照片Fig.4 Images of miniature holes after ECD with various of electrolytes钢 ；加工 时间 40s ；加工电流： 恒流 200mA ；温度 25 ；加 工 间 隙 0.2mm，采 用 15%NaNO3 电 解 液 和 采 用 15%NaNO3 与 10%NaCl 混 合 电 解 液 为 主 要 成 分 的
16、工 作液 加 工 后 的 微 小 孔 毛 刺 被 完 全 去 除， 且 无 杂 散 腐 蚀 坑，而 采 用 15%NaCl 电 解 液 加 工 后 的 微 小 孔 毛 刺 端 周 围 管 内 壁 产 生 较 为 严 重 的 杂 散 点 蚀 坑， 其 原 因 是 NaCl 电 解 液活性和电流效率远高于 NaNO3 电解液。如图 5 所示， 采用 15%NaNO3 作电解液时的极间电 压 高 于 使 用 15%NaCl 作 电 解 液 时 的 极 间 电 压， 其 原 因 是 电 解 液 温 度 为 25 时 ，前 者 的 电 导 率 1 要 小 于 后 者 的 电 导 率 2，在 初 始 加 工 间 隙 相 同 与 恒 流 的 前 提 下， 电 导率越大电解液的欧姆压降越大； 采用混合电解
