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电解去毛刺加工技术的现状与发展(上)
点击次数:3096 发布时间:2010-05-20

电解去毛刺加工技术的现状与发展(上)

 

  电解去毛刺加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法,具有加工范围广、生产率高、表面质量好、工具阴极无损耗等显著优点,尤其适合于难加工材料和复杂形状零件的加工。
  在经历大约20年的低潮后,从20世纪90年代后期起,电解加工又重新焕发了生机。其研究机构及人员逐渐壮大,应用领域(尤其在航天、航空、兵器领域)进一步扩展,研究成果及论著数量激增,工艺技术水平、设备性能及产业发展均达到了一个新的高度。

  工艺技术研究
  相对传统加工和其他优势特种加工技术而言,电解加工的基础理论较为薄弱,工艺技术尚未成熟。正因如此,其有待研究、开发的空间也更为广阔。近期,电解加工工艺技术研究涉及的方向主要集中在微秒级脉冲电流加工、微细加工、数控展成加工、加工间隙的检测与控制及磁场对电解加工的影响等重点领域。
  1  微秒级脉冲电流加工
  自20世纪70年代初起,前苏联、美国、日本、法国、波兰、瑞士、德国等-国家相继开始了对脉冲电流电解加工的研究。在国内,多家单位也开展了毫秒级脉冲电流电解加工的研究并成功用于工业生产。
  随着近代功率电子技术的不断发展,新型快速功率电子开关元件如MOSFET、IGBT等出现,使得微秒级脉冲电流电解加工的实现成为可能。20世纪90年代以来,微秒级脉冲电流电解加工基础工艺研究取得突破性进展。研究表明,此项新技术可以提高集中蚀除能力,并可实现0.05mm以下的微小间隙加工,从而可以较大幅度地提高加工精度和表面质量,型腔zui高重复精度可达0.05mm,zui低表面粗糙度可达0.40μm[1-2],有望将电解加工提高到精密加工的水平,而且可促进加工过程稳定并简化工艺,有利于电解加工的扩大应用。


  国内外众多研究机构利用微秒级脉冲电流开展了模具型腔及叶片型面加工、型腔抛光、电解刻字、电解磨等工艺可行性试验以及气门模具生产加工试验。
  2  微精加工
  微细加工是当前电解加工研究中zui热点的方向。从原理上而言,电化学加工技术可分为2类:一类是基于阳极溶解原理的减材技术,如电解加工、电解抛光等;另一类是基于阴极沉积原理的增材技术,如电镀、电铸、刷镀等。这2类技术有一个共同点,即材料的去除或增加过程都是以离子的形式进行的。由于金属离子的尺寸非常微小(1~10-1nm级),因此,相对于其它“微团”去除材料方式(如微细电火花、微细机械磨削),这种以“离子”方式去除材料的微去除方式使得电化学加工技术在微细制造领域、以至于纳米制造领域存在着极大的研究探索空间。
  从理论上讲,只要精细地控制电流密度和电化学发生区域,就能实现电化学微细溶解或电化学微细沉积。微细电铸技术是电化学微细沉积的典型实例,它已经在微细制造领域获得重要应用。微细电铸是LIGA技术一个重要的、不可替代的组成部分,已经涉足纳米尺寸的微细制造中,激光防伪商标模版和表面粗糙度样块是电铸的典型应用[3]
  但电化学溶解(成形)加工的杂散腐蚀及间隙中电场、流场的多变性严重制约了其加工精度,其加工的微细程度目前还不能与电化学沉积的微细电铸相比。目前电化学微精成形加工还处于研究和试验阶段,其应用还局限于一些特殊的场合,如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果,精度已可达微米级[3]。微细直写加工、微细群缝加工及微孔电液束加工,以及电解与超声、电火花、机械等方式结合形成的复合微精工艺已显示出良好的应用前景[3,4]
  近年来,基于毫秒、微秒、纳秒及群脉冲电源,采用单纯电解、电解与超声复合、电解与电火花复合、电解与线切割复合等加工工艺,在蜂窝状微坑、微细槽、微细轴、微细群孔、微细群圆柱、微器件等加工中,投入了大量的研究。为此,还开发了多功能三维微细电解加工系统、电解微细加工监控系统、微螺旋电极等装置。研究内容涉及微细加工工艺条件、阴极设计制造、加工数学模型建立、运动学仿真、工件表面电场分布有限元分析、反向电流、压力波及电解产物的影响等诸多方面[5 -7]
  3.数控展成加工
  传统的拷贝式电解加工的阴极设计制造困难,加工精度难以保证。尤其对整体叶轮上的扭曲叶片之类通道狭窄的零件表面,由于受工具阴极刚性及加工送进方式的限制,拷贝式电解加工更难以实现。
  20世纪80年代初,以简单形状电极加工复杂型面的柔性电解加工——数控展成电解加工的思想开始形成,它以控制软件的编制代替复杂的成形阴极的设计、制造,以阴极相对工件的展成运动来加工出复杂型面。这种加工方法工具阴极形状简单,设计制造方便,应用范围广,具有很大的加工柔性,适用于小批量、多品种、甚至单件试制的生产中。
  80年代中期,前苏联乌法航空学院特种加工工艺及设备研究所以过程控制为突破口,设计了一种柔性电解加工单元,应用特殊的电流脉冲波形和高选择性的电解液,加工精度达0.02mm,表面粗糙度达0.2~0.6μm。
  波兰华沙工业大学的Kozak教授于1986年提出了电解铣削的思想,以棒状旋转阴极作类似于圆柱状侧铣刀的成形运动来形成加工表面,成功地应用于直升机旋翼座架型面的加工,加工中采用NaNO3电解液,精度可达±0.01~0.02mm,表面粗糙度达0.16~0.63μm。

 

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