技术探讨

电解磨削法在剃须刀网加工的分析和应用

超人集团有限公司 唐仙强 

    随着时代和技术的发展,人类追求物质的需求也不断地更新,伴随着新技术、新材料、新工艺的开发和研究不断深入。在剃须刀行业内,刀网的加工成为目前在行业内急需改进和研究的课题。
剃须刀的刀网是一种薄壁浅凹槽的零件。(如图1)
    凹槽内表面6和7为加工平整、光滑的内表面,1、2、3、4处的转角不允许出现大于0.3mm的圆角和斜角,表面粗糙度、同心度要求高。
    目前主要的加工方法包括管子砂套磨、数控车床精加工和电火花加工等。虽然上述加工方法都能生产和加工,但存在不同程度的缺陷,影响了刀网的产量和质量,也不同程度提升了刀网成本。
     1、管子砂套磨是由砂纸卷成管状(或用胶水金钢砂混制而成),在磨削过程中,表面粗糙度受金刚砂颗粒粗细的影响,一般都采用多次磨削加工,加工效率低,由于管子砂套在旋转过程中,砂管线速度不一样,导致外磨损大,内磨损小,形成6、7内表面高低不相同,给后续加工增加难度。
     2、数控车床精加工,由于6、7槽宽度只有3—5mm,中间又有凸筋隔断,这样增加了切削的难度,表面粗糙度低,需要增加表面衍磨处理,成本高。
     3、电火花加工存在成本大、加工进度慢、设备投入大的问题,而且,电极损耗大,很难形成更大批量的生产。
随着电化学加工的不断研究和成熟,将电化学加工和磨削结合成为一种新的加工工艺方法,称为电解磨削。电解磨削是由电解作用和机械磨削相结合的加工过程,电解磨削时,加工件在直流电源的阳极上,导电的砂轮接在阴极上,两者保持一定的接触压力,并将电解液引入加工区。当电源接通后,工件的金属表面发生阳极溶解并形成了很薄的氧化膜,其硬度比工件低,容易被高速旋转的砂磨刮除,随即又形成新的氧化膜,又被磨削反复加工,因此,其具有加工速度快,成本低,表面粗糙度高等优点。
为实现刀网的电解磨削,特设计下面加工装备:
    1、刀网加工装置和控制系统。(如图 2)
刀网电解磨削加工装置如图2所示,磨头安装在主机上作为阴极,通过控制台来调节电机的转速和电解电流的大小,机床的上下移动通过气动控制系统来实现,刀网放在工作台上,作为阳极与控制台连接为一个闭合的回路。在阴极和阳极接通后,刀网表面会有气泡(氢气)冒出,所以保持装置的通风良好。
    2、刀网加工控制过程与纠正措施。
为确保刀网在电解磨削时保持产品不发黑,表面粗糙度良好,转角清晰,经过试验和调试从以下4个方面来控制:
     (1)主机的旋转速度一般设计在12000rpm—16000rpm,磨头向下压力0.4Mpa—0.5Mpa,电流在5A—20A之间调节;转速过快,导致在对刀网磨削过程中,增加电解液的离心力,使刀网在磨削过程中,电解液不能充分充满刀网,起不了电解作用,变成单纯的机械磨削,严重时导致磨头爆裂。转速过慢,刀网内表面的粗糙度达不到要求,同时加工速度慢,效益低。主机压力的控制没有转速那样明显,但对生产效率有一点影响。
     (2)电解液
    电解液是电解磨削过程中主要介质,其主要成分为NaNO3,NaH2PO4,KNO3其中主要成份NaNO3占60%以上。
     (3)磨头
    磨头是电解磨削起关键作用的一个部件,它既作为一个磨削的工具,又是电解过程中的阴极,既要承受磨削过程中所产生的离心力、强度和压力,又要承受在电解过程中大电流的冲击。为此,经过多次调试,磨头一般采用金刚石与铜基粉混合通过烧结粘合而成,既顾及磨头的切割性,又考虑到作为阴极的导电性。(如图3)
    由于磨头在电解磨削过程中高速旋转,导致电解液在施加到刀网中时被磨头旋转所产生的离心力抛散,无法充满磨头与刀网之间的空隙,导致电解过程中的失效,成为纯机械磨削加工(图3),结果导致磨头的严重磨损和刀网的发黑。为避免这一现象发生,按图4的方式对磨头进行加工,将磨头中间开通孔,使通孔中心不在被磨削的面8上(图1),这样当磨头高速放置时,电解液从中心灌入,由于离心力的作用,使电解液向外流动,流入磨头与刀网之间,使磨头与刀网之间充满电解液,使电解过程持续有效地进行。(图4)


     (4)工作台
    由于刀网要求几个转角不大于0.3mm的圆角和钝角,这是电解磨削加工的一个最大难题。同时,磨头离刀网壁非常近,磨头同时对加工面和壁电解。按刀网要求,磨头的磨面周边要求直角(尖角),导致磨头在放电时,出现尖端放电效应,尖角处电流密度大,拉孤机会多,使磨头的周边尖角容易变钝,使刀网出现圆角或斜角。按一般的加工方法,在磨头出现圆角时,就必须对磨头进行平磨或用电火花加工来修整,这样不仅增加磨头的成本,同时使生产效率进一步降低,刀网的一致性差。为此,对工作台进行进一步设计与研究,增加自磨功能,如图2所示。
    在工作台上安装一个防水电机,防水电机上安装偏心块,工作台用4根柔性摇臂连接,在电机旋转过程中,工作台四周回旋,带动刀网一起运动,使磨头在刀网中间发生0.3—0.5mm之间的移动。磨头在移动时利用机械磨削,修复磨头的钝角或圆角,使磨头周边保持尖角。实际表明,对工作台从刚性到柔性的转变,不仅增加了磨头的寿命,同时提高了加工刀网的效率,提升了刀网的质量,起了一个跳跃性的变革。
    以上对电解磨削法从装置、加工工艺方面对刀网的加工作了详尽的探讨,各参数的调节对刀网都有极其重要的影响。通过合理工艺、装备的调整,使加工出的剃须刀刀网获得一个高质量。

参考文献: 
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    王明环,朱荻
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    王明环,朱荻,王磊,张朝阳
    3:波辅助纯钛微细群孔光刻电解试验研究,电加工与模具,1009-279X(2010)01-0013-04
    汪炜,刘正埙,何铁军,彭 昀
    4:电解加工原理与应用,国防工业出版社,2001,(1):5-8
    王建业,徐家文
    5:短脉冲电流微细电解加工技术研究,中国机械工程,2005(14):1295-1298
    张朝阳,朱荻,王明环,曲宁松


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