国外电解加工的研究进展

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1、电加工与模具000102电加工与模具ELECTROMACHINING&MOULD2000No.1P.11-16国外电解加工的研究进展朱荻摘　要：对近些年国外电解加工的研究进展进行了综述和讨论，内容包括工具设计、脉冲电解、数控电解加工、微细加工、复合加工等。关键词：国外　电解加工　进展Abstract：InthispaperthelatestadvancesandtheprincipalissuesinECMareraised.Developmentsintooldesign,pulsecurrent,numericallycontrolled,micro-sn

2、apring,hybridprocessedarecovered.▲1　前言　　电解加工是一种利用金属阳极电化学溶解原理来去除材料的制造技术，它具有许多独特的优点，如无工具损耗、与材料硬度无关、生产率高、表面质量好、可加工三维复杂形状等。电解加工现已成为航空航天制造业中一种关键技术，被广泛地应用在发动机叶片等零部件的生产中。电解加工在兵器、汽车、医疗器材、电子、模具等行业中得到了许多应用［1］。　　电解加工在很多方面还需要进一步发展和提高，如过程监测和控制、工具设计、电解液处理、加工精度的改善和设备的自动化程度。电解加工间隙状态非常复杂，涉及到电化学、电场、流

3、场等多种因素的交互影响，因而使得过程的监测和控制非常困难。迄今为止，还没有在线测量加工间隙的有效而实用的手段。不均匀的间隙分布也使得工具设计变得非常困难，以至于在工具制造中往往要对阴极进行多次修整，这不仅费时费工，而且对操作者的经验和技艺提出了很高的要求。另一方面，电解加工过程中产生大量的电解泥渣和废液。这些废液和泥渣的处理也给使用者带来很大的不便［1～3］。　　近10年来，国外很多研究机构对电解加工进行了大量的研究投入，并且在多方面取得了显著进展。下面作一概要的介绍和讨论。2　工具设计　　对一项电解加工应用来说，首先需要解决的是工具设计问题。工具设计就是根据

4、待加工零件的已知几何形状，求得阴极工具的轮廓形状。从数学上讲，工具设计问题是一个拉普拉斯方程几何反问题。这个问题需要调整自由边界(阴极)来使所有的电场边界条件得到满足。电解加工过程的复杂性和数学反问题理论的不成熟，使工具设计变得十分困难。现有的理论计算方法只能获得阴极的近似值，常常要结合实验对阴极进行反复修整。迭代修整的过程冗长费时，大大增加了生产成本和准备时间。　　早期的研究主要采取对加工过程充分简化的方法，如解析法、图解法、导电纸模拟法、几何近似法和复变函数法。这些方法对电解加工的发展和电解加工过程的了解起到了很好的促进作用。但是由于过度简化加工物理过程，

5、因而存在着显著的计算误差。随着计算机技术和计算数学等相关学科的发展及对电解加工更深入的了解，近些年的研究主要基于拉普拉斯方程的更全面考虑加工过程的数值解法［4～6］。大部分研究采用迭带调整的思路，反复调整电极边界，直到某一误差目标函数为最小。采用的数值方法有差分法、有限元法和边界元法。在这些方法中，有限元法和边界元法表现出更强的边界处理功能，可用于复杂变化的几何边界情况。迭带调整法的关键在于它的收敛性，对于复杂边界来说，保证算法具有很好的收敛性并非易事。　　钝化性电解液的电流效率变化是影响间隙分布的一个重要因素，由于电流效率变化复杂，目前万方数据file://

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7、/qk/djgymj/djgy2000/0001/000102.htm（第1／9页）2010-3-2217:09:13电加工与模具000102可供阴极设计使用的数学公式和模型还很不成熟。针对这种情况，有的研究采取实验法来考虑电流效率的变化：先进行广泛实验研究，获得电流效率和电流密度之间的关系数据，建立起电流效率数据库。在数值计算中，从数据库中得到局部电流密度对应下的电流效率，对间隙分布进行补偿。试验表明这一方法具有较高的精度［7］。　　叶片加工是电解加工最重要的应用形式之一。叶片加工常采用如图1所示的双面进给方式，两个阴极工具分别从叶片两侧以同样的进给速

8、度相向(成呈一角度)而行，加工出叶盆和叶背。对这种加工方式进行建模进而间隙预测或阴极设计，具有重要的实用意义。但由于复杂的三维型面变化和叶片进、排气边急剧改变的曲率，使这一问题变得非常困难。新近的一项研究沿叶身长度方向取若干截面，将复杂的三维问题近似简化为二维问题，同时还在数值计算中使用了多相流电导率模型，对间隙预测结果进一步补偿［5］。图1　叶片电解加工　　据了解，基于数值法的计算机辅助阴极设计已在美、英等国得到实际应用。这显著缩短了阴极制造周期和降低了复制误差。但迄今为止，这些方法仅能起到适当地减少阴极修整次数的作用，还不能一步到位。另一方面，实际的阴极设

9、计不仅要考虑工具形状，还要兼顾电解液流