電解去毛刺加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展（上）

電解去毛刺加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展（上）

　　電解去毛刺加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽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、表面質(zhì)量好、工具陰極無損耗等顯著優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于難加工材料和復(fù)雜形狀零件的加工。
　　在經(jīng)歷大約20年的低潮后，從20世紀(jì)90年代后期起，電解加工又重新煥發(fā)了生機(jī)。其研究機(jī)構(gòu)及人員逐漸壯大，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，研究成果及論著數(shù)量激增，工藝技術(shù)水平、設(shè)備性能及產(chǎn)業(yè)發(fā)展均達(dá)到了一個(gè)新的高度。

　　工藝技術(shù)研究
　　相對(duì)傳統(tǒng)加工和其他優(yōu)勢(shì)特種加工技術(shù)而言，電解加工的基礎(chǔ)理論較為薄弱，工藝技術(shù)尚未成熟。正因如此，其有待研究、開發(fā)的空間也更為廣闊。近期，電解加工工藝技術(shù)研究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)與控制及磁場(chǎng)對(duì)電解加工的影響等重點(diǎn)領(lǐng)域。
　　1  微秒級(jí)脈沖電流加工
　　自20世紀(jì)70年代初起，前蘇聯(lián)、美國、日本、法國、波蘭、瑞士、德國等-國家相繼開始了對(duì)脈沖電流電解加工的研究。在國內(nèi)，多家單位也開展了毫秒級(jí)脈沖電流電解加工的研究并成功用于工業(yè)生產(chǎn)。
　　隨著近代功率電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新型快速功率電子開關(guān)元件如MOSFET、IGBT等出現(xiàn)，使得微秒級(jí)脈沖電流電解加工的實(shí)現(xiàn)成為可能。20世紀(jì)90年代以來，微秒級(jí)脈沖電流電解加工基礎(chǔ)工藝研究取得突破性進(jìn)展。研究表明，此項(xiàng)新技術(shù)可以提高集中蝕除能力，并可實(shí)現(xiàn)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表面質(zhì)量，型腔zui高重復(fù)精度可達(dá)0.05mm，zui低表面粗糙度可達(dá)0.40μｍ^[1-2]，有望將電解加工提高到精密加工的水平，而且可促進(jìn)加工過程穩(wěn)定并簡化工藝，有利于電解加工的擴(kuò)大應(yīng)用。

　　國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)利用微秒級(jí)脈沖電流開展了模具型腔及葉片型面加工、型腔拋光、電解刻字、電解磨等工藝可行性試驗(yàn)以及氣門模具生產(chǎn)加工試驗(yàn)。
　　2  微精加工
　　微細(xì)加工是當(dāng)前電解加工研究中zui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：一類是基于陽極溶解原理的減材技術(shù)，如電解加工、電解拋光等；另一類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類技術(shù)有一個(gè)共同點(diǎn)，即材料的去除或增加過程都是以離子的形式進(jìn)行的。由于金屬離子的尺寸非常微?。?～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)電火花、微細(xì)機(jī)械磨削），這種以“離子”方式去除材料的微去除方式使得電化學(xué)加工技術(shù)在微細(xì)制造領(lǐng)域、以至于納米制造領(lǐng)域存在著極大的研究探索空間。
　　從理論上講，只要精細(xì)地控制電流密度和電化學(xué)發(fā)生區(qū)域，就能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微細(xì)溶解或電化學(xué)微細(xì)沉積。微細(xì)電鑄技術(shù)是電化學(xué)微細(xì)沉積的典型實(shí)例，它已經(jīng)在微細(xì)制造領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。微細(xì)電鑄是LIGA技術(shù)一個(gè)重要的、不可替代的組成部分，已經(jīng)涉足納米尺寸的微細(xì)制造中，激光防偽商標(biāo)模版和表面粗糙度樣塊是電鑄的典型應(yīng)用^[3]。
　　但電化學(xué)溶解（成形）加工的雜散腐蝕及間隙中電場(chǎng)、流場(chǎng)的多變性嚴(yán)重制約了其加工精度，其加工的微細(xì)程度目前還不能與電化學(xué)沉積的微細(xì)電鑄相比。目前電化學(xué)微精成形加工還處于研究和試驗(yàn)階段，其應(yīng)用還局限于一些特殊的場(chǎng)合，如電子工業(yè)中微小零件的電化學(xué)蝕刻加工（美國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)）已取得了很好的加工效果，精度已可達(dá)微米級(jí)^[3]。微細(xì)直寫加工、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，基于毫秒、微秒、納秒及群脈沖電源，采用單純電解、電解與超聲復(fù)合、電解與電火花復(fù)合、電解與線切割復(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，投入了大量的研究。為此，還開發(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。研究內(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、工件表面電場(chǎng)分布有限元分析、反向電流、壓力波及電解產(chǎn)物的影響等諸多方面^{[5 -7]}。
　?。常?dāng)?shù)控展成加工
　　傳統(tǒng)的拷貝式電解加工的陰極設(shè)計(jì)制造困難，加工精度難以保證。尤其對(duì)整體葉輪上的扭曲葉片之類通道狹窄的零件表面，由于受工具陰極剛性及加工送進(jìn)方式的限制，拷貝式電解加工更難以實(shí)現(xiàn)。
　　20世紀(jì)80年代初，以簡單形狀電極加工復(fù)雜型面的柔性電解加工——數(shù)控展成電解加工的思想開始形成，它以控制軟件的編制代替復(fù)雜的成形陰極的設(shè)計(jì)、制造，以陰極相對(duì)工件的展成運(yùn)動(dòng)來加工出復(fù)雜型面。這種加工方法工具陰極形狀簡單，設(shè)計(jì)制造方便，應(yīng)用范圍廣，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年代中期，前蘇聯(lián)烏法航空學(xué)院特種加工工藝及設(shè)備研究所以過程控制為突破口，設(shè)計(jì)了一種柔性電解加工單元，應(yīng)用特殊的電流脈沖波形和高選擇性的電解液，加工精度達(dá)0.02mm，表面粗糙度達(dá)0.2～0.6μm。
　　波蘭華沙工業(yè)大學(xué)的Kozak教授于1986年提出了電解銑削的思想，以棒狀旋轉(zhuǎn)陰極作類似于圓柱狀側(cè)銑刀的成形運(yùn)動(dòng)來形成加工表面，成功地應(yīng)用于直升機(jī)旋翼座架型面的加工，加工中采用NaNO3電解液，精度可達(dá)±0.01～0.02mm，表面粗糙度達(dá)0.16～0.63μm。

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