提高深小孔電解加工精度性能研究

沈敏敏

青島科技大學(xué)，山東青島 266042

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，應(yīng)用于航空航天、生物工程、醫(yī)療器械、精密儀器等方面的零件，對(duì)精密度的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)工藝技能已不能滿足日益增加的要求，因此急需一種現(xiàn)代工藝手段來(lái)解決這一難題，深小孔點(diǎn)解加工應(yīng)運(yùn)而生。電解加工是以離子形式對(duì)材料進(jìn)行蝕除，所加工的工件具備良好的性能，能夠適應(yīng)精密的要求。隨著電解加工工藝的不斷提高，以及對(duì)零件精度要求的提高，逐漸出現(xiàn)一些課題需要研究解決。深小孔電解加工首先需要確定陽(yáng)極電解溶液的溶解范圍，進(jìn)而控制電解加工的精度性能，可由下面公式計(jì)算出大致范圍：

V 為電解液溶解速度，η 為電流效率，i 為陽(yáng)極表面的電流密度。由此公式可知，L（近遠(yuǎn)點(diǎn)電解溶解速度比）是決定電解精度性能的重要因素，L 越大說(shuō)明加工工件的精度越好。同時(shí)由于電解加工過(guò)程中存在電解間隙，所以平衡間隙的大小同樣是影響電解加工精度的重要性能指標(biāo)之一，可由以下公式計(jì)算:

κ 為電解液導(dǎo)電率，vf為加工極度。有公式可看出，變化量 dΔb越趨于穩(wěn)定，電解精度約稿，而這需要加工間隙足夠小。

1 電解加工的工藝優(yōu)點(diǎn)

從電解加工的原理可看出，電解加工是利用電解陽(yáng)極溶液極度強(qiáng)化，進(jìn)而集成多種技術(shù)，在工件不同指標(biāo)間互不影響的完成精度加工。首先，電解加工相對(duì)于傳統(tǒng)電火花加工來(lái)說(shuō)，具有較高的生產(chǎn)效率，且在理想狀態(tài)下，其比切削加工的效率還要高。另外電解加工由于一次成型，與加工密度與表面粗糙度沒(méi)有制約關(guān)系，因此可適用于不同指標(biāo)間的生產(chǎn)，同時(shí)提高三種工藝指標(biāo)。其次，鑒于其對(duì)金屬材料的種類(lèi)、硬度、韌性等指標(biāo)沒(méi)有要求，因此其加工范圍相對(duì)較廣。再次，不同于傳統(tǒng)加工方式，電解加工不需要對(duì)工作溫度進(jìn)行額外控制，在常溫下即可進(jìn)行生產(chǎn)，因此這樣常溫環(huán)境不會(huì)對(duì)加工材料和加工產(chǎn)品造成損害或變化，使產(chǎn)品表面質(zhì)量較好。最后，在理想狀態(tài)下，電解加工是在電解陽(yáng)極進(jìn)行，因此理論上講不存在陰極消耗。

2 深小孔電解加工精度的影響因素

1）間隙電場(chǎng)對(duì)加工精度的影響

在進(jìn)行深小孔電解加工時(shí)，由于電解間隙的存在，電解液存在導(dǎo)電性且其導(dǎo)電性k＞0，因此，處于電解液中的加工間隙中就會(huì)發(fā)生電流流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度，其中i 為電流，k 為電解液的電導(dǎo)率。在電場(chǎng)的作用小，電解液中發(fā)生以陰極、陽(yáng)極為終點(diǎn)的正負(fù)離子反方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成電流場(chǎng)。當(dāng)電解加工進(jìn)入正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電解液的電流場(chǎng)就處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。電流場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)，電解間隙越小，其電位梯度越大，電流密度也就越大，線性蝕除率越大，因此電解加工精度越高。

2）工具電極進(jìn)給速度對(duì)加工精度的影響

理想狀態(tài)下，當(dāng)電解加工開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，電極與工件之間設(shè)置原始間隙，電場(chǎng)強(qiáng)度較大，在電場(chǎng)作用下，電解加工開(kāi)始由近電極點(diǎn)逐漸向外擴(kuò)散。當(dāng)電極與工件之間的電場(chǎng)到達(dá)一定強(qiáng)度時(shí)，電解效率最高，此時(shí)為電場(chǎng)的最大值。隨著工件表面被逐漸蝕除，電極與工件間的間隙逐漸增大，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨著電解反應(yīng)逐漸減小，直至完全停止反應(yīng)。在實(shí)際的電解過(guò)程中，電場(chǎng)隨著電解強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，但由于需要保證工件電解加工的持續(xù)進(jìn)行，必須不斷的移動(dòng)電極，使其與工件保持一定的距離，這就使電解反應(yīng)不會(huì)像在理想狀態(tài)下那樣最終停止，而是一直使電場(chǎng)保持一定強(qiáng)度。隨著電解加工的進(jìn)行，工件表面由于蝕除與電解，電場(chǎng)作用不再最大范圍擴(kuò)散，且電解液的電導(dǎo)率也會(huì)由于工件溶解而發(fā)生變化，使電解液逐漸復(fù)雜，進(jìn)而電場(chǎng)發(fā)生變化。因此在實(shí)際電解加工中，適當(dāng)?shù)奶嵘ぞ唠姌O的進(jìn)給速度是可以提高電解工作效率的，但是如果進(jìn)給速度過(guò)大，則會(huì)使電極與工件見(jiàn)的間隙電液不能及時(shí)排除工件電解產(chǎn)物，容易造成短路。為保證電解加工的穩(wěn)定性，工具電極的進(jìn)給速度需按照設(shè)定進(jìn)行控制。

3）電解液壓力對(duì)精度的影響

壓力是電解液流動(dòng)的推動(dòng)力，在實(shí)際的電解加工中，需要一定程度的電解液流動(dòng)來(lái)帶走電解過(guò)程工件產(chǎn)生的電解產(chǎn)物，以免發(fā)生短路，因此適當(dāng)電解液壓力能夠提高電解效率和電解精度。但是電解液的壓力必須控制在一定范圍，壓力過(guò)大亦會(huì)帶來(lái)危害。在電解過(guò)程中，隨著電解加工的進(jìn)行，工具電極會(huì)不間斷的產(chǎn)生氣泡，氣泡在收到不均衡的壓力作用下附著在電極表面。當(dāng)氣泡不能正常的排出時(shí)，電極表面由于越來(lái)越多的氣泡而變得不再具有導(dǎo)電性，從而減弱了電解加工間隙中的電流場(chǎng)強(qiáng)度，影響電解加工。當(dāng)電解液壓力處在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定值時(shí)，電解液會(huì)在壓力的作用下在間隙中流動(dòng)，沖刷走附著在電極上的氣泡。電解液壓力越大，電解液的沖刷作用也大，對(duì)電極氣泡的沖刷作用越明顯。但是電解液壓力并非越大越好，如果電解液壓力過(guò)大，會(huì)造成工具電極發(fā)生擺動(dòng)，造成與孔壁碰撞，影響加工質(zhì)量。

4）絕緣層對(duì)加工精度的影響

采用不同絕緣程度絕緣層工具電極進(jìn)行電解加工實(shí)驗(yàn)，在其他實(shí)驗(yàn)條件一致時(shí)，絕緣度越好的工具電極，其前端裸露部分增加了陰極電解反應(yīng)的面積，提高了電極側(cè)面與孔壁間的電場(chǎng)，間隙電流隨之增加。因此可見(jiàn)，工具電極外部覆有絕緣層可以增加電解加工的精度。

[1]史先傳，朱獲，徐惠宇.電解加工中最小間隙檢測(cè)方法[J].傳感器技術(shù)，2005，5.

[2]徐家文，云乃彰，王建業(yè)等.電化學(xué)加工技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[3]王燕青，白基成，郭永豐等.高速電火花小孔加工放電間隙液固兩相流場(chǎng)蝕除微粒分布數(shù)值模擬[C].第13屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2009.

[4]Karri，Vishy，Kiatcharoenpol.Tool Condition Monitoring in Drilling Using Artificial Neural Networks [C].Lecture Notes in Artificial Intelligence，2003.2903

[5]張朝陽(yáng)，朱荻.納秒脈沖電流提高電化學(xué)加工精度的研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2008，19.