21世纪初电解加工的发展和应用

2 80 年代以来电解加工的应用
2. 1 叶片型面加工 据综合统计 ,由于叶片难加工且数量多 ,用传统
3 第九届全国特种加工学术年会优秀论文 收稿日期 : 2001 - 11 - 24
切削方法加工约占整台发动机加工劳动量的 30 % 以上 。而相对于叶片的几何结构及采用的材料 ,电 解加工却能充分发挥其技术特长 。前苏联 、中国 、英 国早从 20 世纪 50 年代末 、60 年代初就开始采用电 解加工叶片 ,至今仍然保持着其不可替代的重要地 位。尽管由于精密锻造 、精密铸造 、精密辊轧技术的 提高而有更多的叶片采用精密成形 ,使电解加工叶 片的数量有一些减少 ,但随着 叶片材料向 高强 、高 硬、高韧性方向发展 ,钛合金、钴镍超级耐热合金的 采用 ,以及叶片几何结构的变化 ,超精密、超薄 、大扭 角、低展弦比等特殊结构叶片的出现 ,对加工又提出 了新的、更高的要求 ,电解加工依然是优选工艺方法 之一 。英国 R. R. 公司已经建立了专门的叶片自动 生产线 ,以计算机进行控制能稳定保证加工精度 ,同 时还使生产准备周期缩短到原来的 1/ 10 。在俄罗 斯 ,航空发动机工厂仍大量采用电解加工叶片 。在 我国 ,主要航空发动机工厂都有较大规模的专用电 解加工厂房。而在美国 、加拿大 ,也有电解加工叶片 的专业工厂 ,如加 拿大 Walbar 公司 的电解 加工分 厂 ,有 30 台以上的叶片电解机床 ,专门加工超薄 、精 密压气机叶片 。由此可见 ,电解加工已成为航空发 动机叶片制造中主要的 、不可缺少的优选工艺技术 。 随着电解加工技术水平的提高和现代航空发动机发 展的需求 ,在一些新结构 、新材料的叶片加工中 ,电 解加工在继续发挥其重要作用的同时 ,还会得到新
整体机匣对于减轻航空发动机重量、提高压气 机和涡轮部件的工作效率、进而增大推力和推重比 、 提高安全可靠性都有着积极作用 。从 70 年代开始 , 在新型高推重比航空发动机中逐渐采用整体机匣 。 其结构为薄壁筒(或锥筒) 形 、或薄壁环形 ;材料为钛 合金 (压气机机匣) 、不锈钢 、高温耐热合金 (涡轮导 向器和后承力机匣) 等 ; 在机匣内外壁上均布有多组 尺寸 、形状都相同 、但构型复杂的减重型槽和安装突 台。机匣毛坯多为铸造或锻造的圆筒或圆环 ,从毛 坯加工至复杂结构的机匣成品 ,去除量将近 2/ 3 或 更多 。如奥林普斯发动机分气机匣 ,毛坯 450kg 加 工到机匣成品为 67. 5kg 。如此大的去除量 (又是难 切削材料) 、如此复杂的薄壁机匣加工 ,采用数控切 削加工很困难 ; 而采用若干个不同形状的阴极在均 布的不同工位上重复电解加工 ,则充分发挥了电解
电解加工模具型腔、型面的研究与应用开始于 20 世纪 60 年代 ,1970 年前后达到了高峰 。但是 ,随 着模具生产逐渐转向多品种、小批量 ,甚至是几件或 单件需求 ,而且要求生产周期短 。传统的用成形阴 极进行拷贝式电解加工很难满足这些要求。再加上 数控切削机床、电火花加工机床的出现与发展 ,大量 的模具加工变为由数控切削和电火花加工所承担 , 使模具电解加工数量逐渐减少 。1980 年以后 ,在一 些先进工业国家 ,如日本 ,除了上述原因外 ,还考虑 到电解加工所引起的环境保护问题 ,已经不采用电 解加工模具 。在我国 ,有的工厂考虑到生产的继承 性 ,而且模具也有一定的批量 ,经济核算依然适合采 用电解加工 。因此 ,模具电解加工在我国少量工厂 仍然在生产线上应用 。近些年来 ,由于直流脉冲电 源 、特别是输出电流较大的高频窄脉冲直流电源的 研制以及相应电解工艺方面的重大进展 ,使得其加 工精度 、速度 、表面质量比较电火花成形加工 、数控 切削加工都有着明显的竞争优势 ,使得它可能在精 密模具加工中发挥作用。 2. 4 特殊孔类加工
特 辑 《电加工与模具》2001 年第 6 期
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21 世 纪 初 电 解 加 工 的 发 展 和 应 用
南京航空航天大学 徐家文 华南理工大学 王建业 首都航天机械公司 田继安
摘 要 在总结近 20 年来电解加工研究与应用的基础上 ,对 21 世纪初叶电解加工的发展及应用方 向进行了论述。特别指出 :随着加工机理的深入研究和计算机控制技术应用水平的提高 ,电解加工在微精加 工 、难切削材料的复杂型面和复杂整体结构件的加工领域 ,将发挥其独特作用 ,具有重要的应用前景 。
特 辑 《电加工与模具》2001 年第 6 期
加工的特点 ,比机械切削提高工效 5～10 倍 。由此 , 在英 、美 、俄等国 ,电解加工机匣又成了电解加工的 又一成功应用领域 。为了提高加工效率 ,经常选用 大电流加工 ,其电源以万安培计 ;机床则为多工位数 控电解加工机床 。我国在这一领域的研究和应用几 年前才开始 。 2. 7 电解去毛刺
电解去毛刺已在航空、航天 、汽车的液压件 、叶 片榫齿 、齿轮等产品的制造中得到大量应用 ,不仅延 长了生产效率 ,同时更保证了产品质量 ,提高了产品 使用寿命。如德国在民用工业中大量应用电解去毛 刺技术 ,对齿轮 、液压件中的各种交叉孔壁去毛刺采 用专门设计 的电解去毛刺 机床 ,自 动化程度较 高。 在当前国际市场竞争环境下 “, 去毛刺”是保证产品 质量的需要 。如某些外国汽车制造厂 ,对每个齿轮 都要在线运转检测“去毛刺”的质量 ,以确保质量可 靠 ,延长产品使用寿命 。 2. 8 电解研磨复合抛光
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《电加工与模具》2001 年第 6 期 特 辑
Hale Waihona Puke 的应用 。 2. 2 炮管膛线加工
炮管膛线电解加工是世界上 ,也是我国最早就 开展研究并获得成功应用的实例。由于膛线电解加 工具有质量好、无表面缺陷 ,矩形膛线能加工成小圆 角过渡 ,有利于提高使用寿命和可靠性等突出优点 , 在实际生产中获得稳定应用并得到不断改进 、完善 , 已经成为生产中的定型工艺。随着计算机控制技术 的发展 ,近些年来我国又研究成功了以计算机控制 的锥体阴极移动式膛线电解工艺 ,可实现变缠度膛 线的加工 ,对于提高新型火炮的性能具有重要意义 。 可以说 ,炮管膛线电解加工将仍然会得到稳定的发 展与应用。 2. 3 模具加工
于 80 年代中期开始 ,人们致力于研究电解研磨 复合抛光三 维型面 ,但 离实际应用 还有一定差 距。 作为一项提高表面质量、提高生产效率 、减轻劳动强 度的新型复合抛光技术 ,在某些领域 ,还有值得研究 的必要并具有应用前景。 2. 9 在线电解修整超细金刚石 、C BN 磨轮
这是电解加工扩大应用领域的一个成功范例。 电解修整金属接合剂金刚石磨轮始于 70 年代前苏 联 ,80 年代日本也开始进行研究。当时由于修整工 艺上没有突 破 ,并 没有得 到实际 应用 。90 年代 以 后 ,日本研究人员巧妙地运用磨削液作为修整工作 液 ,进行很弱的电解修整作用 ,而产生的“电解泥”却 起着研磨剂的作用 ,使得在线电解修整超细金刚石 、 CBN 磨轮在精密 、超精密 磨削工程陶瓷 、半 导体硅 片 、硬化玻璃 、超硬合金材料中发挥了重要作用。其 尺寸 精度达到 0 . 1μm ,加工表面 Rma x10 nm 。研究 成果在一些高精产品的零件制造中得到应用 。
Abstract Based on t he review of t he research and application of electrochemical machining ( ECM) dur2 ing t he near 20 years , t he tendency of ECM development and application is di scussed in t his paper. It i s especial2 ly pointed out t hat , t he ECM will pay an i mport ant and particular role and show us t he brilliant f uture in some applicat ion fiel ds , includi ng t he micro2precision machi ni ng , t he machini ng of complex surface of hard2to2cut ma2
terials and complex int egrated structure. 关键词 电解加工 发展 应用
1 概述
电解加工以其加工速度快 、表面质量好 、凡金属 都能加工而且不怕材料硬、韧 、无宏观机械切削力 、 工具阴极无损耗 、可用同一个成形阴极作单方向送 进而成批加工复杂型腔、型面 、型孔等优点 ,在 20 世 纪 60 年代初 ,首先在炮管膛线和航空发动机涡轮叶 片的加工中得到应用 ,其后又逐渐扩大应用于锻模 型腔、深孔 、小孔 、长键槽 、等截面叶片整体叶轮的加 工以及去毛刺等 领域 ,取 得了显著的 技术 、经 济效 果 。但是 ,在 70 年代以后 ,随着国际市场经济竞争 形式的变化 ,产品更新换代快 ,生产批量减小 ,使得 电解加工的适用范围也发生变化。总体看应用范围 有所减小 ,但应用要求却越来越高 ;由于电解加工的 技术特点 ,在某些领域又得到新的应用。基于这种 变化 ,本文将从分析 、总结 80 年代以来电解加工的 研究与应用出发 ,探讨 、预测 21 世纪初的 10～20 年 内电解加工的发展及应用趋势。文中内容 ,期望得 到同行专家的建议和批评指正 。
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发动机镍基合金涡轮导流叶片上呈空间不同角度分 布的 25 个深小孔 、Inco718 镍基合金制造的涡轮后 轴 12 个润滑油孔 (孔径 �1. 45mm ,孔深 70. 1mm) 、 进口导流叶片上的深 扁防冰孔 (扁孔截面 : 5mm × 14mm , 长边两端 R2. 5mm ,孔深 260m m) 以及钛合 金机匣上的多种型孔、型槽 、凸台都是直到今天仍在 生产线上成功应用的实例 ,它们充分发挥了电解加 工的特点和优势。 2. 5 整体叶盘加工
该项技术的研究始于 70 年代 ,80 年代成功地 应用于不锈钢 、碳钢零件的平面和内外圆旋转面抛 光 。可以将表 面粗 糙度 从 Rma x几微米抛光到准镜 面的程度 ,达到 Rmax0 . 2 ～0. 3μm ,最佳效果可以达 到镜面 ,即 Rmax < 0 . 1μm 。从 90 年代初开始 ,我国 也逐步进行研究 ,在实验室中得到较满意的抛光效 果并得到部分应用 。但总的看 ,扩大工业应用还存 在不少问题 。