提高深小孔电解加工精度性能研究

沈敏敏

青岛科技大学，山东青岛 266042

0 引言

随着科技的不断发展，应用于航空航天、生物工程、医疗器械、精密仪器等方面的零件，对精密度的要求越来越高，传统工艺技能已不能满足日益增加的要求，因此急需一种现代工艺手段来解决这一难题，深小孔点解加工应运而生。电解加工是以离子形式对材料进行蚀除，所加工的工件具备良好的性能，能够适应精密的要求。随着电解加工工艺的不断提高，以及对零件精度要求的提高，逐渐出现一些课题需要研究解决。深小孔电解加工首先需要确定阳极电解溶液的溶解范围，进而控制电解加工的精度性能，可由下面公式计算出大致范围：

V 为电解液溶解速度，η 为电流效率，i 为阳极表面的电流密度。由此公式可知，L（近远点电解溶解速度比）是决定电解精度性能的重要因素，L 越大说明加工工件的精度越好。同时由于电解加工过程中存在电解间隙，所以平衡间隙的大小同样是影响电解加工精度的重要性能指标之一，可由以下公式计算:

κ 为电解液导电率，vf为加工极度。有公式可看出，变化量 dΔb越趋于稳定，电解精度约稿，而这需要加工间隙足够小。

1 电解加工的工艺优点

从电解加工的原理可看出，电解加工是利用电解阳极溶液极度强化，进而集成多种技术，在工件不同指标间互不影响的完成精度加工。首先，电解加工相对于传统电火花加工来说，具有较高的生产效率，且在理想状态下，其比切削加工的效率还要高。另外电解加工由于一次成型，与加工密度与表面粗糙度没有制约关系，因此可适用于不同指标间的生产，同时提高三种工艺指标。其次，鉴于其对金属材料的种类、硬度、韧性等指标没有要求，因此其加工范围相对较广。再次，不同于传统加工方式，电解加工不需要对工作温度进行额外控制，在常温下即可进行生产，因此这样常温环境不会对加工材料和加工产品造成损害或变化，使产品表面质量较好。最后，在理想状态下，电解加工是在电解阳极进行，因此理论上讲不存在阴极消耗。

2 深小孔电解加工精度的影响因素

1）间隙电场对加工精度的影响

在进行深小孔电解加工时，由于电解间隙的存在，电解液存在导电性且其导电性k＞0，因此，处于电解液中的加工间隙中就会发生电流流动，进而产生电场。电场强度，其中i 为电流，k 为电解液的电导率。在电场的作用小，电解液中发生以阴极、阳极为终点的正负离子反方向运动，进而形成电流场。当电解加工进入正常稳定的运行状态时，电解液的电流场就处于一个稳定状态。电流场稳定时，电解间隙越小，其电位梯度越大，电流密度也就越大，线性蚀除率越大，因此电解加工精度越高。

2）工具电极进给速度对加工精度的影响

理想状态下，当电解加工开始进行时，电极与工件之间设置原始间隙，电场强度较大，在电场作用下，电解加工开始由近电极点逐渐向外扩散。当电极与工件之间的电场到达一定强度时，电解效率最高，此时为电场的最大值。随着工件表面被逐渐蚀除，电极与工件间的间隙逐渐增大，电场强度会随着电解反应逐渐减小，直至完全停止反应。在实际的电解过程中，电场随着电解强度的增强而增强，但由于需要保证工件电解加工的持续进行，必须不断的移动电极，使其与工件保持一定的距离，这就使电解反应不会像在理想状态下那样最终停止，而是一直使电场保持一定强度。随着电解加工的进行，工件表面由于蚀除与电解，电场作用不再最大范围扩散，且电解液的电导率也会由于工件溶解而发生变化，使电解液逐渐复杂，进而电场发生变化。因此在实际电解加工中，适当的提升工具电极的进给速度是可以提高电解工作效率的，但是如果进给速度过大，则会使电极与工件见的间隙电液不能及时排除工件电解产物，容易造成短路。为保证电解加工的稳定性，工具电极的进给速度需按照设定进行控制。

3）电解液压力对精度的影响

压力是电解液流动的推动力，在实际的电解加工中，需要一定程度的电解液流动来带走电解过程工件产生的电解产物，以免发生短路，因此适当电解液压力能够提高电解效率和电解精度。但是电解液的压力必须控制在一定范围，压力过大亦会带来危害。在电解过程中，随着电解加工的进行，工具电极会不间断的产生气泡，气泡在收到不均衡的压力作用下附着在电极表面。当气泡不能正常的排出时，电极表面由于越来越多的气泡而变得不再具有导电性，从而减弱了电解加工间隙中的电流场强度，影响电解加工。当电解液压力处在一定范围内的稳定值时，电解液会在压力的作用下在间隙中流动，冲刷走附着在电极上的气泡。电解液压力越大，电解液的冲刷作用也大，对电极气泡的冲刷作用越明显。但是电解液压力并非越大越好，如果电解液压力过大，会造成工具电极发生摆动，造成与孔壁碰撞，影响加工质量。

4）绝缘层对加工精度的影响

采用不同绝缘程度绝缘层工具电极进行电解加工实验，在其他实验条件一致时，绝缘度越好的工具电极，其前端裸露部分增加了阴极电解反应的面积，提高了电极侧面与孔壁间的电场，间隙电流随之增加。因此可见，工具电极外部覆有绝缘层可以增加电解加工的精度。

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