液压阀内交叉孔电解去毛刺试验研究

2021年第4期_____________________________________________________________________________________________Test and Quality
絵测与质量
液压阀内交叉孔电解去毛刺试验研究
**江苏省重点研发项目“航空发动机叶片精密电解整体成形关键技术研发”(BE2018067)；国家青年自然科学基金(51606014)；江苏省青年自然 科学基金(BK20160281)；江苏省高校自然科学基金(16KJB470001)
王曙琛①干为民②柳林①王婉婉①
(①常州大学机械工程学院，江苏常州213164；②江苏省特种加工重点实验室(常州工学院)，江苏常州213032)摘 要:为解决液压阀内腔十字交叉孔处的毛刺去除问题，根据电解加工相关理论建立了电解去毛刺加工的
物理模型以及阳极溶解速度公式。

以45#钢钻削内交叉孔相贯线毛刺为对象，开展了单因素试验以 及正交试验，揭示了电压、加工时间以及电解液入口压力对毛刺残余高度的影响规律,并加工出了符
合要求的工件，对实际生产有一定的参考价值。

关键词:液压阀；电解去毛刺;工艺参数;正交试验中图分类号:TG662
文献标识码:A
DOI ： 10.19287/j. cnki. 1005-2402.2021. 04. 017
Experimental research on electrochemical deburring of cross-hole in hydraulic valve
WANG Shuchen ①，GAN Weimin ②，LIU Lin ①，WANG Wanwan ①
((DSchool of Mechanical Engineering , Changzhou University , Changzhou 213164, CHN ； (2)Jiangsu
Key Laboratory of Non-traditional Machining ( Changzhou Institute of Technology) , Changzhou 213032, CHN)
Abstract : In order to solve the problem of burr removal at the cross hole of the internal cavity of the hydraulic
valve , this paper established the physical model of burr removing machining and the formula of the disso ­lution rate of anode , which were based on the theory of electrochemical machining. Aiming at the burr of
the intersecting hole of 45 steel drilling , the paper carried out the single factor test and the orthogonal test , which revealed the influence of voltage , machining time and the inlet pressure of the electrolyte on
the residual height of the burr, and processed the workpiece which meets the machining requirements. This paper has a certain reference value to actual production.
Keywords : hydraulic valve ； electrochemical burr removal ； process parameters ； orthogonal test 在液压传动系统中,液压阀是不可或缺的重要控
液的压力、流量及其流动方向，从而实现液压系统的相
制元件之一。

其作用主要是调节并控制液压回路中油 关功能⑴。

但由于液压阀内部多为孔系结构,因此在
参考文献
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第一作者：豆卫涛，男,1983年生，硕士，高级工程
师，研究方向为钛及钛合金、高温合金等难加工、长棒 材表面切削加工研究及设备研发。

(编辑谭弘颖)
(收稿日期：2020-09-27)
文章编号；20210419
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检测与质里Test and Quality________________________加工过程中，会在孔系的相贯线处产生许多大小不一的毛刺。

这些毛刺一旦脱落进入液压回路中，就会对液压油造成污染，同时也会加剧液压阀内腔的磨损。

因此，去除液压阀内交叉孔毛刺对于提升液压阀加工精度有着重要意义。

电解加工是利用电化学阳极溶解的原理,将工件接脉冲电源正极,工具阴极接电源负极，在加工时通入电解液形成稳定流场,从而实现材料去除目的的一种加工工艺。

由于电解加工效率高⑵、几乎无残余应力且不损伤工具，因此非常适合用于去除内交叉孔相贯线处的毛刺。

许多研究人员对电解去毛刺工艺展开了研究，并取得了成效。

S.Sarkar⑶通过建立数学模型，开发出了一套电解去毛刺系统;郭英杰⑷通过流场仿真，确定了电解去毛刺的阴极形状以及工艺参数;宫玉林⑸通过对电解加工双电层理论的分析,优化了电解液配方，并完全去除了S型针阀体内的毛刺；郭艳玲⑹对汽车循环球转向器进行了电解去毛刺的试验研究;权晨⑺通过CFD分析，设计了电解去毛刺的流场。

本文以45#钢钻削内交叉孔相贯线毛刺为研究对象,设计了一种专用阴极,在分析了电解去毛刺机理的基础上，通过正交试验以及单因素试验优化后,加工出了符合要求的工件。

1试验原理
电解去内交叉孔毛刺试验的物理模型如图1所示。

电解液由工具阴极内部的通液孔以一定压力流入，最终在加工区域内部形成稳定流场。

工具阴极接直流脉冲电源负极，阳极工件接正极。

由于工具阴极下端设计成十字交叉状,与相贯线形状一致，因此在去除毛刺时，阴极凸出部位与毛刺距离较近,电流密度较高,所以电解作用更强。

同时，阴极的非加工表面经绝缘处理后，加工区域的杂散腐蚀得到控制，因此加工精度得到提高。

随着加工的不断进行，毛刺逐渐被溶解,最终在相贯线处形成圆角。

电解液入口
图］液压阀十字交叉孔电解去毛刺物理模型
电解去毛刺间隙物理模型如图2所示。

设初始加
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工间隙为毛刺的初始厚度为必在加工力s后去除的毛刺厚度为h t，此时的加工间隙为・，则两者关系为:
△/二△()+人(1)对式(1)微分，得：
込=dh t二4•d力(2)由于毛刺溶解的过程符合法拉第定律，因此可得毛刺电解加工的溶解速度为:
式中他为阳极毛刺表面法向上电解加工的速度, mm/min；7］为电解加工效率，通常T/VlOO%；°为单位电量溶解的阳极金属元素的体积电化学当量,mn?；I 为电解质电流密度,A/mm2；o-为电解质电导率,S/m；〃为阴阳两极间由于电解液电阻引起的欧姆电位降。

图2电解去毛剌加工间隙物理模型
2电解去毛刺试验与结果分析
为提高毛刺去除的精度,本文拟采用单因素试验结合正交试验优化的试验方案。

2.1电解去毛刺专用阴极
试验采用如图3所示的管状阴极,其前端为十字交叉状,与相贯线形状一致,有利于优化去毛刺效果;阴极前端非加工区域作绝缘处理,减少杂散腐蚀;尾部装夹于内通液刀柄中。

阴极内部开有通孔，便于电解液流入加工区域。

图3液压阀内交叉孔电解去毛剌用阴极
2.2单因素试验
根据此前的预试验以及电解去毛刺的常用参数,得出了如表1所示的单因素试验参数范围表。

通过测
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Test and Quality
絵测与质里
量加工过程中电流的变化趋势,可以揭示不同参数对
于毛刺去除效果的影响规律，以便于为正交试验因素 水平的确定提供依据。

表1单因素试验参数区间表
分别取加工电压〃为6 V 、10 V 、14 V 、18 V 以及
22V 进行单因素试验。

其余参数分别为:加工时间方
为60s 、电解液入口压力P 为IMPa 。

试验得出的电
流随电压变化的曲线图如图4所示。

参数名区间电压U/N
6~22
电解去毛刺加工时间t/s 30-270
电解液入口压力P/MPa
0.5-2.5
2.2.1 电压试验
图4不同电压U 条件下的电流Z 变化图
由图4可知，随着电压的升高，加工区域的电流也 在不断增大,在电压22 V 时电流达到了峰值37A 。

电
流过高会导致阴极或阳极表面出现烧蚀，这会影响加
工精度甚至损坏电极。

经测量观察后发现，电压为22
V 时，工件表面已出现烧焦现象，其余电压条件下未发
现。

因此,电解去毛刺的电压范围应取6〜18V 。

2.2.2电解去毛刺加工时间试验
取去毛刺加工时间为30 s 、90 s 、150 s 、210 s 以及
210 s,加工电压为14 V,电解液入口压力为1 MPa 进
行电解去毛刺加工时间的单因素试验。

试验得出的电
流随加工时间变化的曲线图如图5所示。

由图5可知，随着加工时间的延长,电流在加工时 间由30〜90 s 逐渐升至峰值27.7 A,随后电流不断降低 至270 s 的13 A o 经测量后发现，加工时间为90 s 的工
件，其内部毛刺被完全去除，无过量加工;而加工时间为
210 s 和270 s 的工件，其相贯线形状已发生变化。

因
此，加工时间选择在30~ 150 s 时，去除效果较理想。

图5不同加工时间条件r 下的电流/变化图
2.2.3电解液入口压力试验
图6不同电解液入口压力P 下的电流7变化图
取电解液入口压力分别为0.5 MPa 、1.0 MPa A 1.5
MPa 、2.0 MPa 、2.5 MPa,加工电压为14 V,加工时间为
60s,进行电解液入口压力单因素试验。

得出的电流
随压力的变化曲线如图6所示。

由图6可知,随着电解液入口压力的增大,电流值
有所上升。

但在1.5 MPa 后，电流值变化幅值减小并
趋近于一定值。

所以,对于电解去毛刺加工，电解液的 入口压力可选在0.5~ 1.5 MPa 。

通过3种参数的单因素试验，将参数范围优化后,
可得出如表2所示的优化后单因素参数区间表。

表2优化后单因素参数区间表
参数名区间
电压U/N
6~18
电解去毛刺加工时间i/s 30 ~ 150电解液入口压力P/MPa
0.5-1.5
2.3液压阀内腔十字交叉孔正交试验
通过单因素试验，确定了电压、电解去毛刺加工时 间以及电解液入口压力的参数范围后，建立了如表3
检测与质里Test and Quality________________________所示的3因素5水平的内交叉孔电解去毛刺正交试验因素水平表。

表3内交叉孔电解去毛刺正交试验因素水平表
水平电压U/N加工时间i/s电解液入口压力"MPa
18300.6
210600.8
31290 1.0
414120 1.2
516150 1.4
2021年第4期
(2)由图9b可知，随着加工时间的延长,毛刺残高不断减少。

加工时间过短时，残高值较大，毛刺去除量无法达到要求;加工时间达到90s后，对于残高大小的影响不断降低。

2.3.1结果分析
根据表3的因素水平,进行了25组电解去毛刺试验,试验结果见表4。

正交试验过程如图7所示。

图7正交试验加工过程图
由表4可知,3种因素对于毛刺去除量的影响顺序为(由大至小)：加工时间〉电压〉电解液入口压力。

正交试验得到的工件孔如图8所示。

G包E E勺
O E3
BEE
图8电解去毛剌正交试验孔
根据表4,可绘制出如图9所示的毛刺残余高度分别与电压、加工时间以及电解液入口压力的关系曲线图。

由图9可得出：
(1)由图9a可知，随着工作电压的升高，毛刺残高不断降低，但当电压由14V增大至16V时,毛刺残高几乎不变。

表4电解去毛刺正交试验结果表
组别电压U/N
加工时间
t/s
电解液入口
压力P/MPa
毛刺残余高度
/?/mm 11110.127 21220.104 31330.087 41440.052 51550.021 62120.105 72230.066 82340.031 92450 102510 113130.086 123240.033 133350 143410.045 153520.037 164140.017 174250 184310.007 194420 204530 215150.076 225210.018 235320 245430 255540
h0.3910.110.197
'20.2020.2210.246
h0.2010.1250.239
h0.0240.0970.133
'50.0940.0580.097
片0.07820.08220.0394
t20.04040.04420.0492
笃0.04020.0250.0478
T40.00480.01940.0266
t50.01880.01160.0194
极差0.05940.07060.0284
2021年第4期Test and Quality絵测与质里
(3)由图9c可知，毛刺残余高度随电解液入口压
力的增大而不断减小,但压力对残高的影响较小,变化
幅度较为平缓。

(a)电压L/
(0)压力尸
图9毛刺残余高度H与三种因素的关系曲线图
2.3.2优化试验
根据表4中的方差以及极差值，可以得出电解去毛刺的最优参数组为第17组,具体数值见表5O
表5电解去毛刺正交试验优化参数表参数名电压U/N加工时间t/s电解液入口压力P/MPa
数值1460 1.4
(a)试验前(b)试验后
图10优化试验工件图
采用表5中的优化参数，再对如图10&所示的毛刺进行加工。

加工后的工件如图10b所示。

由显微镜观测得知，采用优化参数加工的液压阀内交叉孔,其毛刺已完全去除，且在相贯线处留下了光滑圆角。

经三坐标测量机检测后得出，毛刺残高为0,工件相贯线尺寸基本与试验前保持一致。

3结语
在分析了液压阀内腔十字交叉孔相贯线电解去毛刺的原理及间隙模型后,得出了电解去毛刺的阳极溶解速度公式。

随后针对45钢钻削内交叉孔进行了单因素试验以及正交试验,并使用优化后的参数加工出了符合要求的工件内孔相贯线。

试验得出,在电压14 V、加工时间60s、电解液入口压力为1.4MPa的条件下，可以将相贯线处的毛刺完全去除，并形成光滑圆角，不会对工件造成损伤。

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第一作者：王曙琛，男,1996年生，硕士研究生，研究方向为特种加工，已发表论文1篇。

(编辑谭弘颖)
(收稿日期:2020-07-02)
文章编号：20210420
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