特种加工课程论文

特种加工技术课程论文
论文名称：电化学加工应用案例分析
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电化学加工应用案例分析
摘要：近年来, 延续了自20 世纪90 年代后期以来的良好发展态势, 电化学加工专业领域工艺技术水平及设备性能均取得了稳步发展, 应用领域进一步扩展, 产业发展也达到了一个新的高度。

电化学加工技术广泛用于加工发动机叶片、火炮膛线、汽车锻模、汽轮机整体叶轮、花键及异形孔等零件。

常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。

介绍了电化学加工技术的基本原理、设备组成及加工特点。

对其中的电化学抛光、电镀、电刻蚀、电解磨削技术的加工方法作了详细的阐述。

与机械加工相比，电化学加工能加工出复杂的型面、腔孔，加工高硬度、高韧性、高强度材料，生产率高。

将电化学加工技术与传统加工方法进行有机的结合，可以进一步提高了零件质量、改善零件使用性能和延长使用寿命，提高我国机械制造业在国际上的竞争力。

关键词：电化学加工技术概况应用状况
正文：电化学加工（Electrochemical Making），也称电解加工，是利用金属在外电场作用下的高速局部阳极溶解实现电化学反应，对金属材料进行加工的方法。

电化学加工技术是特种加工技术的一个重要应用分支。

常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。

目前，电化学加工已经成为一种不可或缺的特种加工方法。

电化学加工有三种不同的类型：（1）第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电化学抛光等。

（2）第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等。

（3）第Ⅲ类是利用电化学加工与其它加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工。

一、工艺技术研究:
相对传统加工和其他优势特种加工技术而言,电化学加工的基础理论较为薄弱, 工艺技术尚欠成熟。

但正因为如此, 其有待研究、开发的空间也更为广阔。

近期, 电化学加工工艺技术研究涉及的方向主要集中在超纯水电解加工、微细加工、加工间隙的检测与控制、数字化设计与制造技术等重点领域。

下面分别加以详述：1、超纯水电解加工：超纯水电解加工是在常规电解加工原理的基础上, 利用超纯水作电解液, 并采用强酸性阳离子交换膜来提高超纯水中OH- 离子的浓度, 使电流密度达到足够去除材料的一种新型电解加工工艺方法。

日本学者率先提出以超纯水代替常规电解液, 实现绿色、微细电解加工的思想。

国内学者近年来也开展了超纯水电解加工的机理、超纯水小孔电解加工、超纯水电化学扫描直写加工、超声辅助纯水微细电解加工等研究[ 2~ 6], 为超纯水电解加工的应用奠定了基础。

2、微细电化学加工：微细加工是当前电化学加工研究中最活跃也是最热点的方向。

从原理上而言, 电化学加工中材料的去除或增加过程都是以离子的形式进行的。

由于金属离子的尺寸非常微小( 10- 1 nm 级) , 因此, 以“离子”方式去除材料的微去除方式使电化学加工技术在微细制造领域、以至于纳米制造领域存在着理论上的极大优势, 只要精细地控制电流密度和电化学发生区域, 就能实现电化学微细溶解或电化学微细沉积。

3、加工间隙的检测与控制：电化学加工是一个复杂的非线性时变系统。

由于加工间隙处于电场和流场的共同作用下, 是时间和空间的变化函数, 且空间极小, 因而在加工过程中适时测量非常困难, 特别是对于三维空间的间隙, 至今尚无成熟的采样方案的实际应用。

但是, 随着计算机技术、传感器技术、测试技术、信号处理技术、电源技术等现
代技术的发展, 测控过程中存在的难题将逐一得到解决, 并最终实现在线测控
加工间隙。

4、数字化设计与制造技术：数字化设计与制造技术是指在网络和计算机辅助下通过产品数据模型, 全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等产品开发全过程。

数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术, 是一项多学科的综合技术, 已在制造业中获得广泛应用。

但是, 该技术在电化学加工领域起步较晚,研究及应用较少。

近年来, 这种局面大为改观, 已在下列几方面有所突破：a. 数字化建模 b. 加工运动设计 c. 工具阴极及工装的设计 d. 数控电解加工过程的模拟与仿真。

除了上述4 个热点研究方向之外, 以下工艺技术的研究也均有所创新或突破：1、叶片及整体叶轮加工工艺研究, 包括阴极设计及仿真, 展成电解加工成形规律研究, 带冠整体叶轮阴极运动轨迹的设计, 电解液流动方式优化, 夹具
结构设计。

2、炮管膛线电解加工阴极的优化设计、计算机建模与仿真、UG 二次开发技术。

3、高频、超高频群脉冲电化学加工中频率、脉冲对极间间隙和流场的影响, 碳含量和组织对加工效果( 表面粗糙度、蚀除率、电流效率) 的影响, 压力波对加工质量( 加工精度和表面质量) 的影响; IGBT反向尖峰电压的数学
模型的建立。

二、设备研发及产业状况
设备研发是工艺技术的基础。

电解加工的设备主要包括机床、电源和电解液系统3 个主要实体以及相应的控制系统。

近年来, 电解加工设备在成形加工和去毛刺两个领域均取得了可喜进步。

1、成型加工机床
由于受到数控机床、加工中心、高速加工机床等强力冲击, 在民用工业领域, 电解成形加工应用逐年萎缩, 模具、叶片等传统优势领域基本失守。

但是, 随着国防工业的蓬勃发展, 由于具有高效率、高表面质量、无残余应力、无表面再铸层、阴极无损耗等独特优势, 电解加工在航空、航天、兵器等工业领域又重新焕发了生机。

特别是在炮管膛线、整
体叶轮、发动机机匣、长筒零件、异形零件等产品制造中, 电解加工机床的需求较旺, 针对上述零件的专用机床或主要用于特定零件的通用机床产量均出现了
明显回升。

近年开发的电解加工机床, 均采用了PLC 或计算机控制系统, 人机界面采用触摸屏。

因而显著提高了设备的先进性以及现场恶劣环境中运行的可靠性和稳定性。

2、去毛刺机床
电化学去毛刺机床市场的红火, 足以令人振奋。

近年来, 由于对产品高品质的追求和电化学去毛刺工艺的显著优势, 在发动机燃油喷射系统等领域, 针对发动
机缸体等零件内部交叉孔口去毛刺, 以及喷油嘴内盛油槽、退刀槽的小余量加工等, 电化学去毛刺机床市场需求产生暴发性增长, 国内重点电化学去毛刺机床
生产厂家产品供不应求, 产销两旺。

目前, 国内生产的电化学去毛刺机床与进口机床相比, 主要在配套附属产品如电解产物处理、电解液参数控制装置等方面存在明显差距, 但在设备完整性、可靠性、易操作性以及美观性等诸多环节均已取得长足进步。

三、未来展望
近阶段, 电解加工的研究重点及应用领域主要会集中在以下几个方向:
( 1) 电化学微精加工的深入研究电化学加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米加工领域进一步研究探索的空间, 但还必须在自身工艺规律
认识和完善的基础上不断创新。

具体应关注:1、进一步完善硬件系统, 如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升;加工过程自动检测与适应控制研发的深化;2、微精加工机理的研究。

尤其是中、高频率脉冲电流条件下, 微精加工电化学反应系统动力学等方面的深入研究。

( 2) 脉冲电源的深化研发微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广应用。

纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。

( 3) 理论成果向实际应用的转化。

诸如加工间隙的检测与控制、阴极数字化设计、电解加工过程的模拟与仿真等均是电化学加工的关键技术, 不能仅仅在各种基金支持下获得理论成果即束之高阁, 而应尽快由实验室向工业生产现场转移。

电化学加工技术是特种加工技术的一个重要应用分支，在制造业领域的重要地位日益突出，尤其是在深孔加工、型面加工、型腔加工﹑异形孔和薄壁零件加工、表面光整加工等方面的效果十分显著。

将电化学加工技术与传统加工方法进行有机的结合，进一步提高了零件质量、改善零件使用性能和延长使用寿命，对于提高我国机械制造业在国际上的竞争力，促进我国经济的发展都具有重要的意义。

参考文献：
[1] 刘晋春《特种加工》第5版机械工业出版社 2008.5.1
[2] 张建华《精密与特种加工技术》机械工业出版社 2011.6.1
[3] 徐家文《电化学加工技术—原理·工艺及应用》国防工业出版社 2008.6.1。