脉冲电化学机械光整加工在Cr12MoV中的应用

脉冲电化学机械光整加工在Cr12MoV中的应用摘要：汽车覆盖件模具精度要求高，超精加工采用脉冲电化学机械光整加工，通过选用合适的加工参数，加工出精度较高的汽车覆盖件模具。

关键词：脉冲电化学光整加工模具钢

在汽车生产中，对覆盖件中外板件（车门、引擎盖）的尺寸、性状上的精度要求很高，尤其对高端汽车中的覆盖模具的外板件的精度要求更加高，如果在一把加工工艺中就很难保证模具的型面与装配的精度。

汽车覆盖件模具的加工过程为：粗铣—半精铣—精加工——超精加工（镜面加工）。精加工一般采用磨削加工，而采用机械光整加工的是超精加工，同时还存在一些问题。脉冲电化学由于存在的优势与特点，能够解决机械光整加工的诸多问题[1]。由机械光整加工和脉冲电化学加工这两种技术发展起来的镜面抛光工艺的就是脉冲电化学光整加工，而在非线性电解溶液中的电化学阳极利用金属溶解去除少量的金属表面层，从而对工件进行了镜面抛光，达到了提高工件表面物理机械能，降低了工件表面粗糙度的一种表面光整加工的方法。

汽车覆盖件模具最常用材料是Cr12MoV，结合天汽模公司，对其制造的Cr12MoV汽车覆盖件模具进行脉冲电化学机械光整加工，主要从加工温度、电解液浓度、加工间隙、电流密度、脉冲参数等方

面对Cr12MoV模具钢进行表面质量试验。

1 试验条件

用Cr12MoV模具钢作阳极，热处理硬度为60HRC，精加工后，表面粗糙度值为Ra0.8；用NaNO3和NaCl混合水溶液作电解液，脉冲频率5-20KHz，脉冲宽度10-200S的脉冲加工电源。

2 试验结果分析

2.1电解液温度的影响

温度控制在10—25℃之间时，获得模具钢表面光亮；如果再升高电解液的温度，在模具钢表面就会有阳极膜残留，保证能容易擦除阳极膜，将温度控制在40℃以内；温度高于40℃时，模具钢表面呈灰白色，光亮度较低温时降低，且表面较为粗糙。因此，在对Cr12MoV 模具钢进行电化学光整加工时，电解液的温度控制在40℃以内。

2.2电解液浓度的影响

电解液浓度直接影响着导电能力的强弱，浓度低时，导电能力较弱。随着浓度的增加，导电率增强，可以用提高浓度的方法提高导电率，但电解液浓度过高易引起模具钢表面点蚀和杂散腐蚀，影响表面质量。采用NaNO3电解液、以30g/L为间隔对质量浓度进行了10—300g/L为间隔对质量浓度低于50g/L时，溶液电阻率加大，为提高电流密度而施加的较高加工电压导致易出现极间放电现象；当溶液

质量浓度高于300g/L时，电解液的非线性特性减弱，加工质量下降。因此，质量浓度选择一般应在100—250g/L范围内。在浓度较低时，可加入少量NaCl来调整电导率。

2.2加工间隙对表面质量的影响

在加工中，间隙不能太小，也不能太大。当间隙＞0.5mm时，光整效果不明显，应当减小加工时的间隙，调整电流场的分布高度，使其在间隙最小的地方集中，可以很好的提高电流的利用率，降低了表面的粗糙度，提高了表面的质量；但是间隙过小的话，这其中的电解溶液也会很少，电解热量与产物都不容易排出，电解液的温度升的过快，加工过程的稳定性能变差，表面质量也相对的变差。因此，加工的间隙的范围可以在0.2～0.5mm内选取。

2.3电流密度对表面质量的影响

电流密度是单位电极面积上通过的电流强度，当电流密度较小，小于一定值时，模具钢表面几乎全被黑色膜层所覆盖，上面有些点状白色亮点；随着电流密度的增大，黑膜覆盖面积迅速减小，黑膜向透明光亮膜转化，光亮部分逐渐扩大，加工表面呈现黑、灰、亮相交替；当电流密度继续增大至90A/cm2时，电流效率达到最大值，且逐渐趋于稳定，模具钢黑膜完全溶解，加工表面均匀、光亮，表面粗糙度值明显降低。

上述实验表明，电流密度对模具钢表面粗糙度的影响较大，只有

将电流密度控制在一定的范围内，才能有效提高表面质量，减小表面粗糙度值。但电流密度过高时，单位时间内所产生的电解产物将急剧增加，这会影响到流场的均匀性，因而加工Cr12MoV模具钢时，电流密度可在95A/cm2左右选取。

2.4脉冲电流参数的影响

脉冲电流就是指一切具有突变部分的周期性非正弦波形的电流。脉冲电流能加强电解液的非线性特性，有效地改善模具钢的溶解过程。在脉冲间隙时间内，加工间隙中的析热、析气、电解产物能充分排出，从而更新电解液；在脉冲占有时间里，加工间隙中产生同步的析气压力波，促进电解液扰动，可以降低对电解液流动特性的要求，改善流场，能获得稳定、理想的加工过程。

占空比、脉冲频率、脉冲宽度是影响间隙过程理化特性变化的主要参数，直接影响模具钢溶解的蚀除能力、极间间隙大小及分布情况，继而影响到Cr12MoV模具钢的加工效率、加工精度和表面粗粗度。另外，在不同的频段和脉宽范围内，频率越高，占空比越小，脉冲效应也就越强，理化特性的变化就越大。

分析脉冲参数对Cr12MoV模具钢加工效果的影响，分别调整脉冲间歇和脉冲占有时间再次进行了加工试验，在脉冲占有时间、脉冲间歇时间一定的情况下，随着脉冲占有时间增加，表面粗糙度值增加。

可以得出，选择合适的加工参数，可以得到均匀、光滑，无明显

的方向性的模具钢表面。

3 结束语

就各汽车模具企业现有条件，他们完全可以采用电化学光整加工。但多数企业依然沿用机械光整加工，为促进脉冲电化学光整加工技术在汽车模具精加工中的广泛应用，对Cr12MoV模具钢的脉冲电化学光整加工进行了试验研究。结果表明：

（1）要想获得良好的表面质量，采用脉冲电化学光整加工工艺。

（2）合理选择各个参数时，可将Cr12MoV模具钢Ra0.8的磨削加工至Ra0.12。

（3）应针对汽车模具特点，加强对加工表面精度特性的研究，推动该技术在汽车模具光整加工中的广泛应用。

参考文献

[1] 周旭光.，模具特种加工技术，北京：人民邮电出版社.2012

[2] 刘晋春.特种加工技术[M]，北京：机械工业出版社，2005