一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法与流程

本发明属于纯铁超精密加工领域，涉及一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法。

背景技术：

纯铁由于具有非常好的塑性、冲击韧性和导磁性等被广泛应用于国防、能源和电子等产业。然而，作为典型的难加工材料，高塑性、高韧性的纯铁材料在加工时切削变形大且硬化严重、极易产生积屑瘤，工件表面质量恶化，且金刚石刀具切削黑色金属会由于金刚石石墨化而导致刀具磨损严重。在加工纯铁薄壁件时不仅要面临上述的加工问题，同时，由于薄壁零件刚性差，对切削力以及加工后的残余应力极为敏感。因此，极难保证纯铁薄壁零件的轮廓精度、尺寸精度、壁厚均匀以及表面质量的一致性。在低应力加工方法中，电解加工与工件无接触应力，材料的去除完全依靠大电流密度的电化学作用，然而电解加工并不适用于超精密加工，因为其难以保证材料的尺寸精度等，同时也容易在材料表面留下流痕。

为了解决前述纯铁薄壁工件的超精密加工问题，我们提出了一种电化学表面改性辅助切削纯铁薄壁件的方法。利用电化学作用对表面进行改性处理，生成一层低密度的改性层，再使用金刚石刀具切掉此改性层。由于采用的电化学作用只是起到表面改性而并不是材料去除，故零件的加工精度得到了保证。同时，由于电化学改性在表面生成了低密度的改性层，并附着一层极薄的氧化膜，因此金刚石刀具在对此层进行切削加工时，不仅切削力降低，而且由于表面附着的氧化膜降低了金刚石刀具与纯铁直接接触的面积，故可以有效的减小刀具磨损，延长其使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法。该方法通过电化学表面改性技术，有效地降低了切削力和金刚石刀具磨损的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法，具体的步骤如下：

1)配置质量分数为5％-30％的硝酸钠水溶液作为电解液，充分搅拌。

2)将工件夹持在已做好充分防腐蚀的超精密机床上，并连接脉冲电源的正极做阳极，采用的电参数范围为：脉冲电源电压为5-100v，频率为1-100khz，占空比为1-99％。根据工件形状选择使阳极产生均匀电场的阴极安装在超精密机床上。阴极安装后不与金刚石刀具产生干涉，不能影响金刚石刀具的正常工作。

3)对刀，使金刚石刀具加工面与工件刚好接触。

4)通液，将阴极与阳极之间充满电解液，然后通电并控制电参数以及阴阳极间的相对运动，最终使工件表面生成一层疏松多孔且具有厚度h的改性层，且改性层表面附着一层纳米级别的氧化膜。所述的电参数为：电解液流速为0.1-30m/s，通电时间不大于10min。

5)断电，控制金刚石刀具对工件表面进行切削加工，切削深度h≤h。

6)待整个表面加工完毕后，金刚石刀具停止切削加工；再通液通电，重复步骤4)至步骤5)，直至达到切削余量，且最后一次切削深度要求h≥h，使加工出来的表面无电化学作用产生的凹坑和腐蚀氧化物等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明采用的电化学作用只在表面进行改性，并不是去除材料，能够保证零件的加工精度。

2)同时，由于电化学改性在表面生成低密度的改性层，并附着一层极薄的氧化膜，因此金刚石刀具在对此层进行切削加工时，不仅切削力降低，而且由于表面附着的氧化膜降低了金刚石刀具与工件直接接触的面积，故可以有效的减小刀具磨损，延长其使用寿命。

附图说明

图1为一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种基于电化学表面改性的纯铁平板电化学机械加工的方法，所述具体步骤如下：

1)配置质量分数为15％的硝酸钠水溶液，充分搅拌留用。

2)将纯铁平板工件夹持在已做好充分防腐蚀的超精密机床上固定好，并连接脉冲电源的正极做阳极，所采用的电参数：脉冲电源电压为20v，频率为10khz，占空比为50％。选择面积稍大的纯铜平板阴极安装在超精密机床上，位置正对着纯铁球壳工件，间隙为10mm。

3)对刀，使刀具加工面与工件刚好接触。

4)通液使阴极与阳极之间充满电解液，电解液流速约为0.5m/s，通电时间60s，一层厚度h约为1μm的改性层。

5)断电，控制刀具以切深h＝1μm进行切削加工。

6)待整个面加工完毕后，停止刀具，再通液通电，循环上述工作，直到总去除量为10μm，最后一次切削深度h＝2μm，使加工出来的表面无电化学作用产生的凹坑和腐蚀氧化物等。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改性等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种基于电化学表面改性的纯铁材料电化学机械加工的方法，属于铁碳合金以及不锈钢薄壁超精密加工领域，步骤为：配置硝酸钠水溶液作为电解液备用。将工件夹持在超精密机床上，连接脉冲电源的正极做阳极，选择使阳极产生均匀电场的阴极安装在超精密机床上。对刀，使金刚石刀具加工面与工件接触。通电解液、通电，使工件表面生成一层厚度H的改性层。断电，对工件表面进行切削加工，切削深度h≤H。整个表面加工完毕后，停止切削加工；再通液通电，重复切削至达到切削余量，且最后一次切削深度h≥H。本发明采用的电化学作用只在表面进行改性，能够保证零件的加工精度，同时，切削过程中能够有效减小刀具磨损，延长其使用寿命。

技术研发人员：康仁科;金洙吉;郭江;范康男;潘延安;王泽北
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2018.06.27
技术公布日：2018.11.23