小間隙電解加工的工藝特性

張　真

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510550）

小間隙電解加工的工藝特性

張真

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510550）

近年來，隨著我國電解加工工藝的不斷發(fā)展，電解加工技術(shù)發(fā)生了很大變化。高精度產(chǎn)品制造數(shù)量的增加，使小間隙電解加工工藝的應(yīng)用更為頻繁?；诖?，本文將針對(duì)小間隙電解加工工藝的應(yīng)用方法和技術(shù)升級(jí)進(jìn)行深入分析。

小間隙電解 電解加工 電解工藝

前言

小間隙電解加工工藝可以有效提高電解加工的精度、工件的形狀精度與表面質(zhì)量，同時(shí)也能夠?qū)Ψ聪蛑圃旒夹g(shù)加以補(bǔ)充和完善。本文主要介紹制造過程中小間隙電解加工技術(shù)的使用，同時(shí)探討小間隙電解加工技術(shù)的發(fā)展方向。

1　小間隙電解加工工藝的優(yōu)勢

當(dāng)物品的加工長度在120mm以內(nèi)時(shí)，可以使用小間隙電解加工工藝，從而保證產(chǎn)品加工精度。此種工藝法可以將誤差限制在0.02mm之內(nèi)。加工過程中，內(nèi)部有高強(qiáng)度密集電流通過的電解液加工工藝，如氯化鈉電解液加工方式，呈現(xiàn)出線性特點(diǎn)。通過氯化鈉電解溶液加工穩(wěn)定性不高，所以急需提高氯化鈉電解溶液加工法的加工精度。為了對(duì)0.05～1mm之間的斷面加工間隙進(jìn)行電解加工，需要使用小間隙加工工藝。小間隙電解加工工藝法可以使用普通不含氣的電解液加工出高精度的部件。使用小間隙電解加工工藝對(duì)材料進(jìn)行非線性加工，材料的截面精度誤差維持0.03mm以內(nèi)。特殊結(jié)構(gòu)的小間隙電解加工工藝可將誤差精度提升至0.04～0.02mm之間；部件長度在120mm之內(nèi)的，誤差會(huì)更小。最重要的是，陰極小間隙加工方式精度與電解液對(duì)材料加工過程可控，電解液加工環(huán)節(jié)的線性和非線性對(duì)加工過程無影響，是先進(jìn)的電解加工技術(shù)手段。

2　小間隙電解加工技術(shù)工作原理

加工間隙的變化是決定加工精度的一個(gè)主要因素，這里首先分析間隙變化的關(guān)系。端面平衡間隙的表達(dá)式為：。公式中，α表示電流效率，β表示體積電化當(dāng)量，αβ因?qū)嵱蒙系姆奖?，本文把它作為一個(gè)量來看待，即實(shí)際電化當(dāng)量，UR表示加工電壓，K表示電解液的電導(dǎo)率，V表示進(jìn)給速度，αβ在線性加工為常量，非線性加工時(shí)則為變量。當(dāng)△b已定，僅討論其微量變化時(shí)，αβ都可作為常量來對(duì)待。對(duì)公式全微分得：

3　小間隙電解加工技術(shù)特點(diǎn)

小間隙電解加工需要加工間隙內(nèi)具有高壓大流量的電解液。在氯化鈉電解的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)其具有線性的加工特性。在不同濃度和不同溫度情況下，向氯化鈉電解液和硝酸鈉電解液兩種不同的電解液中施加不同的電壓加工C45發(fā)現(xiàn)：使用氯化鈉電解溶液加工C45材料的過程呈現(xiàn)出線性特點(diǎn)。試驗(yàn)中，分別使用3%濃度、5%濃度、10%濃度和15%濃度以及25%濃度五種電解溶液，施加電壓20V，電流密度從50A/cm2增大至850A/cm2，平滑值維持在2.35左右。

通過氯化鈉溶液或硝酸鈉溶液電解加工1Cr18Ni9Ti材料都呈現(xiàn)出非線性規(guī)律，且隨著電解溶液濃度增加，加工過程非線性的程度降低。在電解液溶液濃度一致情況下，升高電壓也會(huì)造成非線性加工程度的降低。硝酸鈉電解溶液加工的穩(wěn)定性比氯化鈉電解溶液好，但是加工不同材質(zhì)的材料會(huì)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。

一般認(rèn)為，氯化鈉電解溶液以及濃度大于26%的硝酸鈉電解溶液是線性電解液然而，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，這種認(rèn)知已經(jīng)被推翻。線性與非線性不是電解液的固有特征，而是與被加工的材料有關(guān)。需要指出的是，研究使用某種電解液加工某種材料時(shí)的加工特性是線性還是非線性，對(duì)于提高加工精度有一定價(jià)值。一般情況下，非線性加工比線性加工的精度要高。但是，這也不是絕對(duì)的，還與加工工藝有很大關(guān)系。目前，普遍認(rèn)為氯化鈉電解溶液是線性電解液，適合低精度加工。以上已經(jīng)證明，加工碳四、碳五材料確實(shí)是線性。線性加工能實(shí)現(xiàn)高精度加工，在套型加工時(shí)采取相應(yīng)的工藝措施后，完全可以做到高精度加工[2]。

4　小間隙電解加工技術(shù)的注意事項(xiàng)

小間隙電解的優(yōu)勢是加工效率高，加工的同時(shí)能夠保證部件表面的平整程度，適用范圍廣泛，對(duì)于硬度極高的金屬材料也能做到無損耗處理。它主要應(yīng)用于高精尖、高精度的物件制造。航空航天業(yè)、汽車制造業(yè)普遍使用小間隙電解加工技術(shù)處理形狀或表面復(fù)雜的部件。

小間隙電解加工技術(shù)能夠加工非線性型腔體。對(duì)于間隙較大的部件，必須要重視加工面的平整、縫隙的過渡、加工原料的剩余量和電場的分布問題。對(duì)于

間隙較小的部件加工過程，無須特別關(guān)注這些問題。小間隙加工工藝需要提升在重復(fù)加工部件內(nèi)部時(shí)的精度，并提升對(duì)特定部件模仿的加工精度。

特殊結(jié)構(gòu)的陰極小間隙電解加工技術(shù)有利于減少加工部件重復(fù)加工時(shí)產(chǎn)生的誤差，控制同批次產(chǎn)品差別，使產(chǎn)品的錐度和加工面形狀以標(biāo)準(zhǔn)給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。產(chǎn)生加工誤差的原因主要有：由設(shè)備控制精度產(chǎn)生的加工參數(shù)的誤差引起側(cè)壁間隙的變化，由雜散電流二次腐蝕的積累效應(yīng)造成工件上小下大導(dǎo)致錐度的產(chǎn)生，由陰極設(shè)計(jì)制造的誤差引起套型加工的截面形狀誤差，等等。所以，要提高套型精度，就必須設(shè)法減小以上誤差[3]。

加工過程中要注意選擇能夠降低粗糙值的氯化鈉溶液和硝酸鈉溶液。音節(jié)小間隙電解加工工藝使用陰極特殊結(jié)構(gòu)，加工過程采用氯化鈉溶液和硝酸鈉溶液有利于提升加工部件的精細(xì)度。對(duì)1Cr18Ni9Ti材料的加工選用硝酸鈉溶液為最佳，加工高硬度金屬如鈦合金應(yīng)該選用氯化鈉和硝酸鈉混合溶液[4]。

小間隙電解加工技術(shù)能夠極大降低套型間隙，使誤差小于0.02mm。使用陰極小間隙電解技術(shù)能夠得到更高的精度。同時(shí)，為了保證小間隙電解加工技術(shù)的加工精度，電解溶液需要先經(jīng)過多層過濾。多層過濾環(huán)節(jié)用來保證加工過程中使用的電解液濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。增大電解液泵的出口壓力，可使電解液能夠更好地流出。要注意供液合理并縮短流程，注意陰極的剛性，防止振動(dòng)；套型加工時(shí)使用銅鎢合金陰極，取消火花保護(hù)；加工型腔時(shí)不允許出現(xiàn)火花；利用加背壓或使出水端處于收斂狀態(tài)來改善流場，以消除火花，并降低粗糙度值。使用高壓腔加工不僅能起到上述作用，還可平衡掉部分反壓。

5結(jié)論

通過上文對(duì)小間隙電解加工技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，小間隙電解加工技術(shù)需要在復(fù)雜的環(huán)境下完成對(duì)部件的加工，不同的電解溶液對(duì)其運(yùn)行情況會(huì)具有明顯的影響。所以，要提高小間隙電解加工技術(shù)的工作效率，必須嚴(yán)格控制氯化鈉電解溶液和硝酸鈉電解溶液的濃度。由于電解加工過程需要耗費(fèi)大量的電力和電解液，對(duì)電解液廢料的處理和電力的合理使用，需要受到重視。要盡量選擇對(duì)環(huán)境污染小、容易中和的電解液，以有效減少有害物質(zhì)的釋放。要選擇高效率、低耗能的電解技術(shù)降低電解過程的碳排放量，從而不斷促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

[1]劉桂賢，張永俊，羅紅平，等.基于SOPC技術(shù)的脈沖電解加工電源的研究[J].電加工與模具，2015，（23）：27-30.

[2]沈敏敏.提高深小孔電解加工精度性能研究[J].科技傳播，2014，（15）：100，98.

[3]劉勇，曾永彬.微小結(jié)構(gòu)高效電解銑削加工試驗(yàn)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014，（7）：114-119.

[4]王洪國，江樂天，張明岐，等.矩形波高頻脈沖電解加工電源的研制[J].航空制造技術(shù)，2014，（5）：50-51.

ZHANG Zhen
(Guangzhou Vocational College of Science and Technology, Guangzhou 510550)

Process Characteristics of A Small Gap ECM

In recent years, with the continuous development of China's e lectrolytic process, EC M technology has a lso undergone great changes. The increasing number of high-precision manufacturing, so that small gap electrolysis process a pplications more frequently. Based on this, the in-depth analysis of the application of methods and techniques to upgrade the small gap electrolysis process.

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