304不銹鋼微型環槽的微細電解銑削加工技術研究

 浙江至德鋼業有限公司針對304不銹鋼薄壁件微小結構采用傳統加工方法會產生變形的加工難題，基于分層銑削思想利用微細電解銑削加工技術對304不銹鋼材料進行了微型環槽的加工實驗，加工出了297×105×30μm的微型環槽結構，為金屬材料薄壁件微小結構的加工制造提供了一種思路。

 304不銹鋼具有優異的加工性能以及較高的韌性，被廣泛應用于汽車配件、醫療器械等行業，同時各種零件上的微小結構需求日益增加。微小結構的傳統加工方法存在精度難保證、零件易變形以及存在殘余應力等問題。微細電解加工技術以離子形式對工件材料進行去除，具有刀具無損耗、表面無變質層、無殘余應力、不受加工材料硬度限制等優點，是加工薄壁件微小結構的理想技術。本文針對304不銹鋼材料采用微細電解銑削加工技術進行微型環槽加工。

一、原理與裝置

  微細電解銑削加工技術將數控技術和微細電解加工技術結合，通過計算機控制工具電極的運動路徑，以離子形態進行材料去除，來實現微細電解銑削加工。其原理如圖所示。

  微細電解加工系統主要由大理石床身、氣浮平臺、機床本體、納秒級脈沖電源和運動控制等部分組成，如圖2所示。機床X、Y及Z軸定位精度為0.1μm。

二、微細工具電極的在線制備

  為了減少安裝帶來的誤差，采用在線制備的方法加工實驗所需的微細工具電極。利用加工有直徑為500、300和100μm等三個圓形通孔的不銹鋼板作為陰極，對直徑為300μm的校直鎢絲進行加工，得到直徑為30μm的微細工具電極，如圖所示。具體參數為：電壓為6V、脈沖寬度為1μs、占空比為0.5，電解液為2mol/LKOH溶液。

三、實驗與結果

 為了在304不銹鋼上加工如圖所示的微型環槽，利用分層加工思想，制定了微型環槽的微細電解銑削加工方案。陰極從A點開始加工，沿箭頭所示方向銑削一圈，回到A點；然后微細工具電極向下進給15μm（一個銑削層的厚度），繼續按照箭頭方向進行銑削，完成分層銑削；沿銑削軌跡進行靜削，完成最終加工。銑削運動軌跡如圖所示。

 利用500μm厚的304不銹鋼片作為陽極，在線制備的微細工具電極為陰極，進行微型環槽銑削加工實驗。加工參數為：電壓為6.5V，脈沖寬度為500ns，占空比0.5；加工速度為4μm/s；銑削層深度為15μm；電解液為0.2mol/L的稀H2SO4和20g/L的NaNO3（體積比為1:1）混合溶液。實驗準備工作做好后，打開并運行加工系統。在實驗過程中觀察監測系統中的電流和加工區域的狀態變化，以防止因短路而燒毀微細工具電極。加工完成后，關閉系統并對實驗結果進行記錄分析。

 實驗加工的微型環槽如圖所示。環槽外邊寬度為297μm，內邊寬度為105μm，銑削深度為30μm。

 所加工的環槽結構清晰，四邊平直，加工表面質量符合預期要求。只是內腔凸臺尺寸在精度允許范圍內出現微小波動，經分析可知：脈沖電源為電解液更新提供了間斷時間，但靜液環境中電解產物更新速度較慢，導致加工區域發生二次腐蝕。

四、結論

 利用微細電解銑削加工技術在304不銹鋼上加工出297X105X30μm的微型環槽結構。研究表明：微細電解銑削加工技術以離子態、非接觸形式去除零件多余材料的獨特優勢，是實現金屬材料微小結構加工制造的一種理想技術，為金屬材料微結構的加工成形提供了一種思路。