電解加工技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

“://wxweidi/““://wxweidi/“建筑吊籃“:///“聯(lián)合整理公布電解加工技術(shù)的現(xiàn)狀與展望電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理將工件加工成形的一種特種加工方法，具有加工范圍廣、生產(chǎn)率高、外表質(zhì)量好、工具陰極無(wú)損耗等顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于難加工材料和簡(jiǎn)單外形零件的加工。202090年月后期起，電解加工又重?zé)òl(fā)了生氣。其爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)及人員漸漸壯大，應(yīng)用領(lǐng)域〔尤其在航天、航空、兵器領(lǐng)域〕進(jìn)一步擴(kuò)展，爭(zhēng)論成果及論著數(shù)量激增，工藝技術(shù)水平、設(shè)備性能及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展均到達(dá)了一個(gè)的高度。工藝技術(shù)爭(zhēng)論成熟。正因如此，其有待爭(zhēng)論、開(kāi)發(fā)的空間也更為寬闊。近期，電解加工工藝技術(shù)爭(zhēng)論涉及的方向主要集中在微秒級(jí)脈沖電流加工、微細(xì)加工、數(shù)控展成加工、加工間隙的檢測(cè)與掌握及磁場(chǎng)對(duì)電解加工的影響等重點(diǎn)領(lǐng)域。微秒級(jí)脈沖電流加工2070年月初起，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本、法國(guó)、波蘭、瑞士、德國(guó)等-國(guó)家相繼開(kāi)頭并成功用于工業(yè)生產(chǎn)。隨著近代功率電子技術(shù)的不斷進(jìn)展，型快速功率電子開(kāi)關(guān)元件如MOSFET、IGBT等消滅，使得微秒級(jí)脈沖電流電解加工的實(shí)現(xiàn)成為可能。2090年月以來(lái)，微秒級(jí)脈沖電流電解加工根底工藝爭(zhēng)論取得突破性進(jìn)展。爭(zhēng)論說(shuō)明，此項(xiàng)技術(shù)可以提高集中蝕除力量，并可實(shí)0.05mm以下的微小間隙加工，從而可以較大幅度地提高加工精度和外表質(zhì)量，型腔最高重復(fù)精度可達(dá)0.05mm，最低外表粗糙度可達(dá)0.40μｍ[1-2]，有望將電解加工提高到周密加工的水平，而且可促進(jìn)加工過(guò)程穩(wěn)定并簡(jiǎn)化工藝，有利于電解加工的擴(kuò)大應(yīng)用。電解磨等工藝可行性試驗(yàn)以及氣門(mén)模具生產(chǎn)加工試驗(yàn)。微精加工微細(xì)加工是當(dāng)前電解加工爭(zhēng)論中最熱點(diǎn)的方向。從原理上而言，電化學(xué)加工技術(shù)可分為2類(lèi)：一類(lèi)是基于陽(yáng)極溶解原理的減材技術(shù)，如電解加工、電解拋光等；另一類(lèi)是基于陰極沉積原理的增材技術(shù)，如電鍍、電鑄、刷鍍等。這2類(lèi)技術(shù)有一個(gè)共同點(diǎn)，即材料的去除或增加過(guò)程都是以離子的形式進(jìn)展的。由于金屬離子的尺寸格外微小(1～10-1nm級(jí))，因此，相對(duì)于其它“微團(tuán)”去除材料方式〔如微細(xì)、微細(xì)機(jī)械磨削“離子”方式去除材料的微空間。應(yīng)用。微細(xì)電鑄是LIGA技術(shù)一個(gè)重要的、不行替代的組成局部，已經(jīng)涉足納米尺寸的微細(xì)制造中，防偽商標(biāo)模版和外表粗糙度樣塊是電鑄的典型應(yīng)用[3]?！渤尚渭庸?美國(guó)IBM公司)、微米級(jí)淺槽加工(荷蘭飛利浦公司)、微型軸電解拋光(日本東京大學(xué))[3]。微細(xì)直寫(xiě)加工、微細(xì)群縫加工及微孔電液束加工，以及電解與超聲、電火花、機(jī)械等方式結(jié)合形成的復(fù)合微精工藝已顯示出良好的應(yīng)用前景[3,4]。近年來(lái)，基于毫秒、微秒、納秒及群脈沖電源，承受單純電解、電解與超聲復(fù)合、電解與電火花復(fù)合、電解與復(fù)合等加工工藝，在蜂窩狀微坑、微細(xì)槽、微細(xì)軸、微細(xì)群孔、微細(xì)群圓柱、微器件等加工中，投入了大量的爭(zhēng)論。為此，還開(kāi)發(fā)了多功能三維微細(xì)電解加工系統(tǒng)、電解微細(xì)加工監(jiān)控系統(tǒng)、微螺旋電極等裝置。爭(zhēng)論內(nèi)容涉及微細(xì)加工工藝條件、陰極設(shè)計(jì)制造、加工數(shù)學(xué)模型建立、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、工件外表電場(chǎng)分布有限元分析、反向電流、壓力涉及電解產(chǎn)物的影響等諸多方面[5-7]。３．?dāng)?shù)控展成加工工更難以實(shí)現(xiàn)。2080年月初，以簡(jiǎn)潔外形電極加工簡(jiǎn)單型面的柔性電解加工――數(shù)控展成電解加工的思想開(kāi)頭形成，它以掌握軟件的編制代替簡(jiǎn)單的成形陰極的設(shè)計(jì)、制造，以陰極相對(duì)工件的具有很大的加工柔性，適用于小批量、多品種、甚至單件試制的生產(chǎn)中。80年月中期，前蘇聯(lián)烏法航空學(xué)院特種加工工藝及設(shè)備爭(zhēng)論所以過(guò)程掌握為突破口，設(shè)計(jì)了一種柔性電解加工單元，應(yīng)用特別的電流脈沖波形和高選擇性的電解液，加工精度達(dá)0.02mm0.2～0.6μm。Kozak1986年領(lǐng)先提出了電解銑削的思想，以棒狀旋轉(zhuǎn)陰極作NaNO3電解液，精度可達(dá)±0.01～0.02mm0.16～0.63μm。CracowA.RuszajJ.Cekaj教授利用形似球頭銑刀的工具陰極，進(jìn)展了0.01mm的加工效果，從而證明白該工藝在模具的光整加工方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值。美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯都高度重視數(shù)控電解加工技術(shù)的爭(zhēng)論并已得到應(yīng)用，在型航空發(fā)動(dòng)機(jī)及航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制中發(fā)揮了重要作用。美國(guó)GE公司和德國(guó)DORNER公司的五軸數(shù)先進(jìn)水平。2080年月中期開(kāi)頭進(jìn)展數(shù)控展成電解加工工藝技術(shù)的爭(zhēng)論，已在電解加工設(shè)備研制、加工機(jī)理爭(zhēng)論、掌握軟件編制及工藝試驗(yàn)等方面均取得了重要進(jìn)展[8-10]。具體爭(zhēng)論內(nèi)容包括以下幾方面。設(shè)備研制。研制了五軸數(shù)控電解加工機(jī)床及配套的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)床具有3個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸及2個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，各軸均承受步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。成形規(guī)律爭(zhēng)論。爭(zhēng)論了棒狀外噴式陰極、三角形截面內(nèi)噴式陰極、矩形截面內(nèi)噴式陰極三種狀況下展成電解加工間隙隨一些主要工藝參數(shù)變化的規(guī)律。陰極設(shè)計(jì)。針對(duì)整體葉輪構(gòu)造，設(shè)計(jì)制造出了穎構(gòu)造的組合式開(kāi)槽陰極及矩形截面整體式型面精加工陰極，很好地解決了加工過(guò)程中易產(chǎn)生的陰極短路燒傷問(wèn)題。加工軟件開(kāi)發(fā)。針對(duì)整體葉輪的開(kāi)槽加工及型面精加工,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)控展成電解加何造型等功能。加工工藝試驗(yàn)。包括直紋面、非直紋面整體葉〔渦〕輪及帶冠整體葉輪的展成電解加工、葉片型面電解拋光與五軸聯(lián)動(dòng)電解磨削等。加工間隙的檢測(cè)與掌握間和空間的變化函數(shù)，且空間微小，因而在加工過(guò)程中適時(shí)測(cè)量格外困難，特別是對(duì)于三維空間的間隙，至今尚無(wú)成熟的采樣方案的實(shí)際應(yīng)用。但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電源技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展，測(cè)控過(guò)程中存在的難題將逐一得到解決，并最終實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)控加工間隙。近階段，加工間隙的檢測(cè)與掌握的爭(zhēng)論引起了眾多關(guān)注，爭(zhēng)論主要集中在以下方面。承受循環(huán)迭代間隙掌握方案，快速調(diào)整工具進(jìn)給速度，使之近似等于工件去除速度，從而準(zhǔn)確地維持恒定的小間隙，并利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建電解加工掌握系統(tǒng)[11]。把加工電流或流體作用在陰極上的六維力作為爭(zhēng)論參數(shù)，用最小二乘多變?cè)€(xiàn)性擬合法，分別建立平面、斜面陰極加工電流或六維力與加工間隙之間的關(guān)系式，用葉片型面加工數(shù)據(jù)對(duì)建立的關(guān)系式進(jìn)展檢驗(yàn)和修正，得到最終的修正關(guān)系式。所得關(guān)系式在±15%的誤差范圍內(nèi)可用于在線(xiàn)檢測(cè)加工間隙[12-13]。采集真實(shí)電解加工過(guò)程中陰極外表上的力信號(hào)，利用小波變換和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)間隙的在線(xiàn)通報(bào)，并設(shè)計(jì)模糊掌握器。把間隙的誤差轉(zhuǎn)化為力的誤差及誤差的變化信號(hào)，以此作為模糊掌握器的輸入，以加工電壓的增量作為模糊掌握器輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)間隙的掌握。在Matlab的simulink系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)展仿真試驗(yàn)[14]。針對(duì)高頻窄脈沖電解加工，對(duì)加工間隙進(jìn)展建模分析，提出了間隙平均電流檢測(cè)法。通過(guò)測(cè)量相鄰一組平均電流及其方差這2進(jìn)展相應(yīng)調(diào)整，準(zhǔn)確地維持恒定的小間隙，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的加工[15]。磁場(chǎng)提高電解加工精度的爭(zhēng)論這項(xiàng)技術(shù)早期爭(zhēng)論較多的是磁場(chǎng)對(duì)電解磨削、電解拋光的影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了電解成型加工疊加磁場(chǎng)的爭(zhēng)論。西安工業(yè)大學(xué)進(jìn)展了磁場(chǎng)影響電場(chǎng)的仿真試驗(yàn)及在電解加工裝置上疊加磁場(chǎng)的加工工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)說(shuō)明，電解加工過(guò)程中疊加磁場(chǎng)會(huì)轉(zhuǎn)變?cè)须妶?chǎng)分布，進(jìn)而轉(zhuǎn)變間隙流場(chǎng)的分布，N極指向電場(chǎng)疊加磁場(chǎng)時(shí),對(duì)電場(chǎng)均布有較明顯的作用[16]液的粘度，改善其流淌性能，有利于準(zhǔn)時(shí)排走電解產(chǎn)物和熱量，改善加工條件，提高加工穩(wěn)定性[17]。近期又提出了將多極內(nèi)封閉漸變磁路和多極外封閉漸變磁路組合后嵌入電解加工裝置的方法,可消退分股束流、空穴，改善電解加工流場(chǎng),改善工件外表粗糙度；提高集中蝕除的力量，有效減輕雜散腐蝕[18]。除了上述五大爭(zhēng)論方向之外，葉片及整體葉輪加工、炮管膛線(xiàn)加工、周期循環(huán)電解加工、電解加工中治理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等工藝技術(shù)的爭(zhēng)論均有所創(chuàng)或突破。設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用電解加工是一種制造技術(shù)，常要求設(shè)備研發(fā)在工藝技術(shù)之前。甚至可以說(shuō)，很多工藝技術(shù)必需建立在先有硬件的根底之上〔如微秒級(jí)脈沖電流加工、振動(dòng)進(jìn)給加工等。電解加工的設(shè)備主要包括機(jī)床、電源和電解液系統(tǒng)3個(gè)主要實(shí)體以及相應(yīng)的掌握系統(tǒng)。機(jī)床成形加工機(jī)床。具、葉片等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域根本失守。但是，隨著國(guó)防工業(yè)的蓬勃進(jìn)展，由于具有高效率、高外表質(zhì)量、無(wú)剩余應(yīng)力、無(wú)外表再鑄層、陰極無(wú)損耗等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，電解加工在航空、航天、兵器等工業(yè)領(lǐng)域又重?zé)òl(fā)了生氣。特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、葉片、整體葉輪、長(zhǎng)筒零件、異型零件、炮管膛線(xiàn)等產(chǎn)品制造中，電消滅了明顯上升。高，穩(wěn)定性差，使用壽命短，且掌握柔性較差，自動(dòng)化程度低。近年開(kāi)發(fā)的電解加工機(jī)床，PLC及現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境中運(yùn)行的牢靠性和穩(wěn)定性[19]。去毛刺機(jī)床。領(lǐng)域，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等零件內(nèi)部穿插孔口去毛刺，以及噴油嘴內(nèi)盛油槽、退刀槽的小余量產(chǎn)銷(xiāo)兩旺。國(guó)外進(jìn)口機(jī)床數(shù)量也顯著增長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電解去毛刺機(jī)床與進(jìn)口機(jī)床相比，主要在配套附屬產(chǎn)品如電解產(chǎn)物處理、電解液參數(shù)掌握裝置等方面存在明顯差距，但在設(shè)備完整性、牢靠性、易操作性以及美觀性等諸多環(huán)節(jié)均已取得長(zhǎng)足進(jìn)步。電源毫秒級(jí)脈沖電源。源。舊設(shè)備改造時(shí)，除了針對(duì)特定產(chǎn)品的專(zhuān)用設(shè)備以外，也大多更換為脈沖電源。微秒級(jí)脈沖電源。1000A、2023AMOSFET脈沖電源工程化樣機(jī)，該電源解決了大電流快速換流所引發(fā)和派生的諸多技術(shù)難題，如：矩形波波形畸變，功率開(kāi)關(guān)器件的過(guò)壓擊穿、過(guò)熱燒損，快速短路保護(hù)等，有望用于實(shí)際生產(chǎn)。此外，多家爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)還開(kāi)發(fā)了不同類(lèi)型的小功率微秒級(jí)脈沖電源，主要用于電化學(xué)拋光、微細(xì)加工等領(lǐng)域。高頻群脈沖電源。工。群脈沖是經(jīng)過(guò)主脈沖(高頻)和調(diào)制脈沖(低頻)相乘獲得的特別脈沖信號(hào)。高頻群脈沖電多變，特別適合于微細(xì)加工[20]。雙向脈沖電源。去除陰極外表的沉積。該類(lèi)電源尤其適合用于深小孔的加工。展望近階段，電解加工的爭(zhēng)論重點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)主要集中在以下幾個(gè)方向。電解微精加工的深入爭(zhēng)論電解加工技術(shù)具有加工機(jī)理的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)以及在微精甚至在納米加工領(lǐng)域進(jìn)一步爭(zhēng)論探究的空間，但還必需在自身工藝規(guī)律生疏和完善的根底上不斷創(chuàng)。具體應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：進(jìn)一步完善硬件系統(tǒng)，如微進(jìn)給系統(tǒng)及微控工作臺(tái)的性能及牢靠性的提升；加工過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)與適應(yīng)掌握研發(fā)的深化。微精加工機(jī)理的爭(zhēng)論。尤其是中、高頻率脈沖電流條件下，微精加工電解反響系