閥體零件電化學去毛刺及其監測技術
1　閥體零件去毛刺的重要意義
　　 去毛刺技術是閥體零件光整加工的重要組成部分，也是閥體零件生產的最終精加工工藝，它的發展水平直接關系到產品的質量和性能，以及產品的成本和價格。國外已從系統工程角度來對待去毛刺問題，提出了“毛刺工程”（BurrEngineering），例如美國平均每年花在清除零件上毛刺的費用都在20億美元以上。一般來講去毛刺工序會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、機械的方式去毛刺，費工費時，勞動強度大又污染環境，不符合綠色產品的要求，而且只能靠目測感覺操作，去毛刺質量難以保證。由于閥體零件內腔的交叉孔處、環槽等部位的毛刺去除的不徹底。一則導致氣體或液體的流阻增加，二則還會劃傷閥芯上的密封圈，嚴重影響產品性能及使用壽命。如果殘留的毛刺在機器振動及高壓氣流或液流的沖擊下，脫落掉入工作系統中，其后果更不堪設想。為此大大促進了去毛刺技術的研究與開發。
2　閥體零件電化學去毛刺工藝研究
　　 電化學去毛刺技術是由電解加工發展而來的一項新工藝，只要正確的選擇電解液配方、合理的設計工具陰極及流場，便可發揮電解加工的優越性，成功地去除用機械方法不易去掉的毛刺，并且具有良好的表面質量。通過陽極溶解，既使尖角棱邊倒圓角，又可去除加工表面的變質層，改善加工表面的物理、化學、機械性能。并且100%去除加工部位的毛刺，確保零件的加工質量及產品的工作可靠性。尤其適用于閥體零件內腔中的環槽、交叉孔端的毛刺去除。我們針對某閥體內腔多個垂直交叉孔端去毛刺并倒圓角R0.2,其表面粗糙度達到Ra0.8μm的要求，在利用單電極工藝試驗及數據分析的基礎上，研制出該閥體零件電化學去毛刺夾具，由于閥體內腔。山東省教委資助項目中的幾個垂直交叉孔中各有一個工具電極，則使毛刺去除的徹底、均勻、光滑，加工效率提高5～10倍；另外基于從每個加工孔中的工具電極加工狀態采樣處理而研制的DMC-1型電化學去毛刺加工狀態監測儀，可同時采集16個孔的加工數據，因此可適時檢測每個孔去毛刺的加工狀態即倒圓角是否達到R0.2要求。圖1為電化學去毛刺加工原理示意圖。由黃銅制作的管狀工具電極（陰極），其外表面涂環氧樹脂絕緣層（厚度為0.2mm～0.4mm），但對應于工件（陽級）去毛刺部位的絕緣層被剝除，并沿圓周鉆有數個小孔(0.6～0.8),以便電解液（10%NaNO3）流出。進入陰、陽極形成的加工間隙(0.4mm～0.6mm)中。在直流電場作用下，隨著陽極溶解，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、溫度場及流場的影響，加速了離子的擴散與遷移，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　電化學去毛刺加工原理示意圖
3　去毛刺加工狀態即倒圓角R的監測研究
　　 圓角R的大小取決于電流I和時間t。電流測量原理如圖2所示，分流器采用大功率小電阻，共16路，由8098單片機經A/D轉換，可連續檢測去毛刺過程加工電流隨時間的變化規律。圖3是利用DMC-1型電化學去毛刺加工狀態監測儀測得的閥體零件內腔交叉孔端去毛刺過程典型的電流隨時間連續變化曲線。從曲線上可看出：去毛刺過程的前10秒內，電流變化波動幅度較大，這說明毛刺原始狀態不規則，10s以后電流趨于穩定，說明毛刺已去除并形成圓角R,再以后隨著時間加長，只是圓角R增大而已。
圖2　電流測量原理圖
圖3　電流隨時間的變化曲線（I-t）
　　 在建立倒圓角數學模型時，考慮毛刺原始狀態的不規則及圓角加工過程建立穩定電流時已經去除了部分圓角等因素，經大量實驗確定出圓角R修正系數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的體積（mm3）
　　　　　 I―電解電流（A）
　　　　　 t―電解時間（H）
　　　　 ω―被電解物質的體積電化學當量[mm3/A-H]
　　　　 η―電流效率
　　 設倒圓角半徑為R,則析出物質的體積V可用下式表示：　　(2)
　　　　 L―去毛刺孔的相貫線長度
　　 由（1）和（2）兩公式可推出：
　　 而C0與孔相貫線長度L有關。設F閥體內腔孔半徑為r2,與內腔孔軸線垂直的小孔半徑為r1,E為小孔軸線與內腔孔軸線偏心距。則L為：
　　 計算L積分值采用高斯-勒讓得公式：
　　 所以實際倒圓角半徑
　　 該公式即是圓角R加工過程的計算公式，軟件只需將圓角加工過程的電流和時間進行連續測量，并將實際倒圓角半徑累加即可。
4　結束語
　　 閥體零件采用電化學去毛刺及其監測技術，可確保去毛刺的質量，使毛刺去除的均勻、徹底、光滑，并且能實時檢測各毛刺部位去除過程的加工狀態即倒圓角是否達到要求。進一步擴大了電化學去毛刺在光整加工領域中的應用，并為去毛刺倒角實施定量分析和控制開辟了新路。