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硬质合金及不锈钢零件的复合微细电解加工方法

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1、课题来源与背景 该成果来源于辽宁省高校重点实验室—特种加工与功能材料制备实验室的自选课题。 

2、研究目的与意义 

(1)研究目的:基于电解加工原理,将双极性高频脉冲电解加工技术与射流技术有机结合,形成一种新的复合微细电解加工方法,应用于硬质合金零件切割加工、深微孔、窄槽、微流道微细加工,不锈钢表面凹形文字图案、标记、阵列式微群孔的快速加工,获得更高的加工效率和加工精度。 

(2)研究意义:开创一种物理、电化学复合微细加工新技术,弥补目前国内常用的电火花加工、激光加工、电子束、离子束加工、超声波加工、超声-电解复合加工等加工技术的不足,克服上述技术在硬质合金和不锈钢零件微细加工过程中存在的诸如表面层质量及加工效率不高、工具局部损耗较大、设备投入费用高等缺点。 

3、主要论点与论据 硬质合金和不锈钢由于具有高硬度、耐腐蚀、耐磨损等特点,一直是国内外机械制造业用量较大的金属合金材料。目前,国内外针对硬质合金和不锈钢零件进行具有一定精度和表面粗糙度要求的微细加工时,可行的方法有电解加工、电火花加工、激光加工、电子束、离子束加工、超声波加工、超声-电解复合加工、电解-射流复合加工等方法。常规的电解加工工艺通常采用强腐蚀性溶液为电解液,设备及工艺比较简单,但加工效率和加工精度相对不高,获得的表面粗糙度(Ra=0.16~1.25μm)比超声波加工法要差些,且存在一定的环境污染。电火花加工、激光加工主要是利用电热效应和光热效应来去除材料,加工硬质合金、不锈钢材料时存在热影响因素多、表面层质量及加工效率不高等缺点。电子束、离子束加工需在真空环境中进行,设备成本高。超声波加工法主要适合于加工玻璃、陶瓷等非金属脆性材料,加工硬质合金、不锈钢材料时,可获得较好的表面粗糙度(Ra=0.1~1μm),但存在加工效率低、工具局部损耗较大的缺点。超声-电解复合加工采用中性无机盐溶液为电解液,可获得较高的加工效率和加工精度,但影响因素多,工艺难度较大,所需设备相对复杂;电解-射流复合加工工艺把电解加工技术与射流技术有机结合,可获得较高的加工效率和加工精度及较低的表面粗糙度值,并大大改善了工作环境,是目前微细电解复合加工技术领域的研究热点。 

4、创见与创新 

(1)利用高频正向脉冲电流的脉间“喘歇作用”和“脉冲压力波作用”,提高加工精度(达0.06mm),降低表面粗糙度值(达Ra0.3μm); 

(2)利用负向脉冲电流产生的“微区域微碱化效应”,实现以中性、低成本、无腐蚀的复合电解液取代强腐蚀性电解液; 

(3)利用电解液射流的冲刷与磨粒抛磨作用,即时去除加工表面的钝化膜和其他电解产物,提高材料去除率; 

(4)加工过程的实时监测与控制,电解液流场分析,工具喷嘴设计。

5、社会经济效益 该成果与常用的激光、电火花、电解、超声波等加工方法相比,具有加工速度快,设备投入小,成本相对较低、易操作和掌握等特点;获得了较高的加工效率和加工精度及较低的表面粗糙度值,改善了工作环境。对丰富特种加工技术研究内容,拓展微细电化学复合加工技术应用范围,有着重要的学术价值,可为其它高硬度、高韧性难加工材料的加工提供技术基础。 该项目已在大连经济技术开发区星海模具有限公司、大连恒鑫机械有限公司、力天模塑(大连)有限公司应用推广,使用单位的产品种类和销路得到扩大,生产能力得到提高。近两年共新增产值910万元,利税246.7万元,年增收节支15-18万元。取得了较好的经济效益和社会效益。 存在的问题;应进一步扩大应用企业的数量和规模,创造更多的经济效益。