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閱讀：126發(fā)布時(shí)間：2022-5-18
閥體零件電化學(xué)去毛刺及其監(jiān)測(cè)技術(shù)
1 閥體零件去毛刺的重要意義
去毛刺技術(shù)是閥體零件光整加工的重要組成部分，也是閥體零件生產(chǎn)的最終精加工工藝，它的發(fā)展水平直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，以及產(chǎn)品的成本和價(jià)格。國(guó)外已從系統(tǒng)工程角度來(lái)對(duì)待去毛刺問(wèn)題，提出了“毛刺工程"（BurrEngineering），例如美國(guó)平均每年花在清除零件上毛刺的費(fèi)用都在20億美元以上。一般來(lái)講去毛刺工序會(huì)使閥體零件的制造成本增加10%～20%。目前多采用刮刀、油石、砂布、鋼絲刷輪等手工、機(jī)械的方式去毛刺，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大又污染環(huán)境，不符合綠色產(chǎn)品的要求，而且只能靠目測(cè)感覺(jué)操作，去毛刺質(zhì)量難以保證。由于閥體零件內(nèi)腔的交叉孔處、環(huán)槽等部位的毛刺去除的不*。一則導(dǎo)致氣體或液體的流阻增加，二則還會(huì)劃傷閥芯上的密封圈，嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能及使用壽命。如果殘留的毛刺在機(jī)器振動(dòng)及高壓氣流或液流的沖擊下，脫落掉入工作系統(tǒng)中，其后果更不堪設(shè)想。為此大大促進(jìn)了去毛刺技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。
2 閥體零件電化學(xué)去毛刺工藝研究
電化學(xué)去毛刺技術(shù)是由電解加工發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)新工藝，只要正確的選擇電解液配方、合理的設(shè)計(jì)工具陰極及流場(chǎng)，便可發(fā)揮電解加工的*性，成功地去除用機(jī)械方法不易去掉的毛刺，并且具有良好的表面質(zhì)量。通過(guò)陽(yáng)極溶解，既使尖角棱邊倒圓角，又可去除加工表面的變質(zhì)層，改善加工表面的物理、化學(xué)、機(jī)械性能。并且99%去除加工部位的毛刺，確保零件的加工質(zhì)量及產(chǎn)品的工作可靠性。尤其適用于閥體零件內(nèi)腔中的環(huán)槽、交叉孔端的毛刺去除。我們針對(duì)某閥體內(nèi)腔多個(gè)垂直交叉孔端去毛刺并倒圓角R0.2,其表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm的要求，在利用單電極工藝試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，研制出該閥體零件電化學(xué)去毛刺夾具，由于閥體內(nèi)腔。山東省教委資助項(xiàng)目中的幾個(gè)垂直交叉孔中各有一個(gè)工具電極，則使毛刺去除的*、均勻、光滑，加工效率提高5～10倍；另外基于從每個(gè)加工孔中的工具電極加工狀態(tài)采樣處理而研制的DMC-1型電化學(xué)去毛刺加工狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀，可同時(shí)采集16個(gè)孔的加工數(shù)據(jù)，因此可適時(shí)檢測(cè)每個(gè)孔去毛刺的加工狀態(tài)即倒圓角是否達(dá)到R0.2要求。圖1為電化學(xué)去毛刺加工原理示意圖。由黃銅制作的管狀工具電極（陰極），其外表面涂環(huán)氧樹(shù)脂絕緣層（厚度為0.2mm～0.4mm），但對(duì)應(yīng)于工件（陽(yáng)級(jí)）去毛刺部位的絕緣層被剝除，并沿圓周鉆有數(shù)個(gè)小孔(0.6～0.8),以便電解液（10%NaNO3）流出。進(jìn)入陰、陽(yáng)極形成的加工間隙(0.4mm～0.6mm)中。在直流電場(chǎng)作用下，隨著陽(yáng)極溶解，工件表面上生成鈍化膜，而銳邊毛刺部位由于突出于工件表面，受電場(chǎng)、溫度場(chǎng)及流場(chǎng)的影響，加速了離子的擴(kuò)散與遷移，難以形成鈍化膜，且突出的毛刺部位電流密度又很大，于是銳邊毛刺首先被溶解并形成圓角R。
圖1 電化學(xué)去毛刺加工原理示意圖
3 去毛刺加工狀態(tài)即倒圓角R的監(jiān)測(cè)研究
圓角R的大小取決于電流I和時(shí)間t。電流測(cè)量原理如圖2所示，分流器采用大功率小電阻，共16路，由8098單片機(jī)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，可連續(xù)檢測(cè)去毛刺過(guò)程加工電流隨時(shí)間的變化規(guī)律。圖3是利用DMC-1型電化學(xué)去毛刺加工狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀測(cè)得的閥體零件內(nèi)腔交叉孔端去毛刺過(guò)程典型的電流隨時(shí)間連續(xù)變化曲線。從曲線上可看出：去毛刺過(guò)程的秒內(nèi)，電流變化波動(dòng)幅度較大，這說(shuō)明毛刺原始狀態(tài)不規(guī)則，10s以后電流趨于穩(wěn)定，說(shuō)明毛刺已去除并形成圓角R,再以后隨著時(shí)間加長(zhǎng)，只是圓角R增大而已。
圖2 電流測(cè)量原理圖
圖3 電流隨時(shí)間的變化曲線（I-t）
在建立倒圓角數(shù)學(xué)模型時(shí)，考慮毛刺原始狀態(tài)的不規(guī)則及圓角加工過(guò)程建立穩(wěn)定電流時(shí)已經(jīng)去除了部分圓角等因素，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)確定出圓角R修正系數(shù)Rb=1.4。由法拉第電解定律知：
V=η×ω×I×t (1)
其中：V―電極上溶解或析出物質(zhì)的體積（mm3）
I―電解電流（A）
t―電解時(shí)間（H）
ω―被電解物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量[mm3/A-H]
η―電流效率
設(shè)倒圓角半徑為R,則析出物質(zhì)的體積V可用下式表示： (2)
L―去毛刺孔的相貫線長(zhǎng)度
由（1）和（2）兩公式可推出：
而C0與孔相貫線長(zhǎng)度L有關(guān)。設(shè)F閥體內(nèi)腔孔半徑為r2,與內(nèi)腔孔軸線垂直的小孔半徑為r1,E為小孔軸線與內(nèi)腔孔軸線偏心距。則L為：
計(jì)算L積分值采用高斯-勒讓得公式：
所以實(shí)際倒圓角半徑
該公式即是圓角R加工過(guò)程的計(jì)算公式，軟件只需將圓角加工過(guò)程的電流和時(shí)間進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并將實(shí)際倒圓角半徑累加即可。
4 結(jié)束語(yǔ)
閥體零件采用電化學(xué)去毛刺及其監(jiān)測(cè)技術(shù)，可確保去毛刺的質(zhì)量，使毛刺去除的均勻、*、光滑，并且能實(shí)時(shí)檢測(cè)各毛刺部位去除過(guò)程的加工狀態(tài)即倒圓角是否達(dá)到要求。進(jìn)一步擴(kuò)大了電化學(xué)去毛刺在光整加工領(lǐng)域中的應(yīng)用，并為去毛刺倒角實(shí)施定量分析和控制開(kāi)辟了新路。
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