電解加工技術(shù)的現(xiàn)狀與展望.pdf

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1、NewTe。nno呻。。。fSpecsaIMa咖岫特種加工新技術(shù)電解加工技術(shù)的現(xiàn)狀與展望CurrentStatusandProspectofElectrochemicalMachiningTechnology陳遠(yuǎn)龍中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)特種加工分會(huì)常務(wù)理事．電化學(xué)加工技術(shù)委員會(huì)主任。合肥工業(yè)大學(xué)特種加工研究所所長(zhǎng)．研究員。博士。主要從事特種加工技術(shù)及裝備的研發(fā)工作。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、表面質(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T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

2、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，研究合肥工業(yè)大學(xué)陳遠(yuǎn)龍張正元相對(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。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

3、，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(guó)、日本、法國(guó)、波蘭、瑞士、德國(guó)等國(guó)家相繼開始了對(duì)脈沖電流電解加工的研究。在國(guó)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T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(lái)，微秒級(jí)脈沖電流電解加丁基礎(chǔ)工藝研究取得突破性進(jìn)展。研究表明，

4、此項(xiàng)新技術(shù)可以提高集中蝕除能力，并可實(shí)現(xiàn)0．05ram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，型腔最高重復(fù)精度可達(dá)0．05ram，最低表面粗糙度可達(dá)0．40“m11-21，有望將電解加T提高到精密加t的水平，而且可促進(jìn)加t過程穩(wěn)定并簡(jiǎn)化工藝，有利于電解加1二的擴(kuò)大應(yīng)用。國(guó)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2010年第5期·航宅制造技術(shù)47生產(chǎn)加丁試驗(yàn)。2微精加工微細(xì)加工是當(dāng)前電解加T研究中最熱點(diǎn)的方向。從原理上而言，電化學(xué)加T技術(shù)可分為2類：一類是基于陽(yáng)極溶解原理的減材技術(shù)，如電解

5、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)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

6、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f'HJ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T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(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))已取得了很好的加工效果，精度已可達(dá)微米級(jí)【3l。微細(xì)直寫加工、微細(xì)群縫加工及微孑L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

7、的應(yīng)用前景【3’4l。近年來(lái)，基于毫秒、微秒、納秒及48航空制造技術(shù)·2010年第5期群脈沖電源，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T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1二中，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?jī)?nèi)容涉及微細(xì)加T丁藝條件、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