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焊管轧辊成型面光整工艺及其分析 |
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作者：山东工程学院 张明 |
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摘要 对焊管轧辊成型面光整加工的三种工艺进行了对比和分析，最后得出电化学机械光整为最佳工艺的结论
关键词 电化学抛光机械光整
薄壁镀铜焊管被大量应用于散热器、冷凝器等产品的制造中，焊管内外表面质量主要取决于带材表面质量和轧辊成型面表面质量，对轧辊成型面进行光整加工，对于提高焊管质量、延长轧辊使用寿命意义重大轧辊由含铬、钼、钒等元素的合金钢（如Cr12MoV)制造，强度、硬度均较高，常温硬度一般在HRC58-HRC61,其成型面粗糙度要求Ra≤0.05μm由于轧辊成型面是一段或几段半径不等的圆弧与直线组合而成的曲线绕轧辊轴线回转而形成的空间曲面，形状复杂且类型不一，给成型面光整加工带来许多困难我们采用电化学机械光整的方法，收到了良好的效果。
1 手工抛磨
目前，可行的光整方法主要有手工抛磨、电化学抛光和电化学机械光整等手工抛磨一般使用砂布、砂纸、油石等工具，以不产生裂纹和过深的划痕为条件，使磨粒在很轻的载荷作用下对轧辊成型面进行微切削经车削成型的轧辊成型面表面粗糙度约为Ra2.0μm左右，需经由粗到精反复抛磨，方能达到粗糙度Ra≤0.05μm的要求手工抛磨设备投资少、成本低，但工人劳动强度大、生产效率低，轧辊成型面形状精度易受到破坏，操作者缺乏经验时，容易在成型面上留下桔皮状缺陷和凹痕。
2 电化学抛光
电化学抛光是利用电化学阳极溶解原理对金属表面进行光整加工的一种工艺方法加工过程中，与直流电源正极相连的轧辊作为阳极置于电解液中，与另外设置的阴极（与直流电源负极相连）形成一电场经机械加工的轧辊成型面上留有切削造成的尖峰状凸起和凹谷，使微观电场分布呈现非均匀性，尖峰处电力线集中而形成较大的电流密度，电化学反应速度较快，金属溶解速度也较快，在凹谷处，电化学反应速度则相对较慢另外，电化学反应中，阳极表面还会形成一层由溶解了的阳极金属和电解液组成的粘膜，其电导率较低，粘膜容易聚集在凹谷处，阻碍了凹谷处阳极溶解的进行，使阳极表面几何高点处金属迅速溶解，几何低点处的金属溶解缓慢，轧辊成型面被整平。
采用电化学抛光工艺对轧辊成型面进行光整加工，生产效率远高于手工抛磨，但需使用以磷酸为主、含有铬酐的酸性电解液，损害操作者健康，加工设备易出现锈蚀，并且污染环境，国家限制排放另外，电化学抛光工艺对工件表面粗糙度的降低是有限度的，一般只能降低两个粗糙度等级原始表面粗糙度为Ra2.0μm的轧辊成型面，经电化学抛光后，一般只能达到Ra0.5μm左右，达不到表面粗糙度Ra≤0.05μm的设计要求。
3 电化学机械光整加工
电化学机械光整工艺是电化学加工和机械加工的复合工艺，焊管轧辊成型面电化学机械光整加工装置如图1所示加工中，轧辊绕轴线匀速回转，通过集流装置使轧辊与直流电源正极相连，轧辊下方设有接通直流电源负极的阴极（阴极结构见图2），阴极以黄铜制造，上面开有电解液喷孔，阴极与轧辊之间留有一定间隙，电解液可以从中通过，耐蚀泵将钝性电解液压入加工区加工装置另外设有表面涂有研磨剂的研磨轮，其回转方向与轧辊回转方向相同加工过程中，轧辊表面因电化学作用而发生阳极溶解，同时形成钝化膜，钝化膜阻止了阳极溶解的进一步进行，通过研磨轮对轧辊表面进行机械研磨,轧辊表面高点处的钝化膜被刮除，高点处露出的新的金属表面继续受到电化学溶解通过多次重复溶解—钝化—活化这一加工过程，使轧辊表面微观高点处的材料被不断去除，在表面微观低点处，由于钝化膜的保护而溶解缓慢，使轧辊成型面得到光整加工。
图1 轧辊成型面电化学机械光整加工示意图
图2 阴极结构示意图
在电化学机械光整加工中，主要靠电化学作用去除金属，机械研磨作用是为了更好地加速这一过程，二者作用均衡，对于加工质量和加工效率是至关重要的机械研磨作用过慢，钝化膜残留过多，会影响电化学作用的发挥而机械研磨作用过强，也会带来一些机械加工的缺陷，如表面划伤、烧伤、研磨轮磨损过快等，达不到光整的目的，也不会得到高的加工速度所以，适当控制电化学作用和机械研磨作用的速度，使电化学溶解—成膜作用和机械刮膜活化作用达到良好的匹配，可以在获得高质量表面的同时，获得较高的生产效率。
电化学机械光整加工与电化学抛光的区别主要有两点：一是采用了以中性盐NaNO3为主的钝性电解液，无毒无味，对操作者无害，对加工装置腐蚀性小，不污染环境，符合国家排放标准二是设有机械研磨装置，随时刮除电化学加工中形成的钝化膜，使轧辊成型面加工质量大幅度提高，经过一次加工便可使成型面表面粗糙度由Ra2.0μm降低至Ra≤0.0.5μm,比电化学抛光和手工抛磨质量都好，达到了设计要求。(end)
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(5/19/2004) |
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