電加工發(fā)展現(xiàn)狀研究綜述*

馬秋野

(安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

電加工作為一種特種加工技術(shù)，在一些普通機(jī)械加工難以完成的場景有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在航空航天、醫(yī)療器械等對加工精度和質(zhì)量要求非常高的領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍[1-3]。隨著相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展和對加工質(zhì)量的要求不斷提升，電加工技術(shù)越來越被人們所重視起來。

電加工經(jīng)過長久以來各國學(xué)者的研究，發(fā)展成為了主要包括電火花加工、電化學(xué)加工和二者兼有的電化學(xué)放電復(fù)合加工的一種加工技術(shù)。筆者將從這三種主要技術(shù)入手，介紹他們的發(fā)展情況及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，總結(jié)其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，并對未來電加工的可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 電火花加工

1.1 普通電火花加工

電火花加工經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)成為一種重要的加工技術(shù)。電火花加工中工具和被加工工件之間不存在直接接觸，它依靠熱能蝕除工件表面材料。并且加工過程中沒有宏觀切削力，一般用來加工導(dǎo)電材料，尤其是一些難加工的金屬材料[4]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的郭成波[5]等人進(jìn)行了電火花銑削TC4鈦合金的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了幾組正交實(shí)驗(yàn)來分析主要加工參數(shù)對加工結(jié)果的影響并采用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)，加工效率高達(dá)9 000 mm3/min并且大大降低了電極損耗。白宇飛[6]等人利用ANSYS軟件對電火花加工中的溫度場進(jìn)行了仿真分析，并對材料去除率的仿真結(jié)果做了修正，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在10%以內(nèi)。

1.2 微細(xì)火花加工

上個(gè)世紀(jì)末期開始，隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，微細(xì)電火花加工技術(shù)已經(jīng)逐漸成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[7]。

相比常規(guī)電火花加工，微細(xì)火花加工可以獲得更高的加工精度，更適合用于微孔等對表面質(zhì)量要求高的微加工[8-9]。徐斌[10]等人利用DLOM技術(shù)制備出三維隊(duì)列微電極，用來進(jìn)行三維微型腔的微細(xì)電火花加工。加工質(zhì)量好，表面粗糙度低，并且提高了加工效率，降低了電極損耗。劉曉萌[11]等通過一套高速采集系統(tǒng)采集微細(xì)火花放電中開路、火花放電、短路等不同放電狀態(tài)的電流、電壓信息，分析了各放電狀態(tài)的頻率特性并借助LABVIEW軟件實(shí)現(xiàn)了對各放電狀態(tài)的識別，有利于加工的穩(wěn)定、高效進(jìn)行。

2 電化學(xué)加工

電化學(xué)加工可根據(jù)加工原理分為增材制造技術(shù)-電鑄和減材制造技術(shù)-電解加工[12]。

電解加工是通過陽極溶解實(shí)現(xiàn)對工件的加工，加工過程中無工具電極損耗、無重鑄層且加工質(zhì)量高[13]。圖1為不同方式電解加工示意圖。

圖1 拷貝式電解加工[13]

黃紹服[14]等人利用電化學(xué)微加工技術(shù)在鎳和鎳基高溫合金GH3030上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，并成功加工出一些微結(jié)構(gòu)。房曉龍[15]等人提出了一種旋轉(zhuǎn)螺旋電極微電解加工方法，有利于加工中電解液的更新，提高了加工穩(wěn)定性。王維[16]等人仿真了管電極電解加工的流場，分析了其對加工穩(wěn)定性的影響，并采用優(yōu)化的參數(shù)加工出了7×7的陣列孔，加工質(zhì)量較好，如圖2。

為了降低電解加工中氣泡對加工精度的影響，周小超[17]等人采用氣液兩相流模型進(jìn)行了仿真，優(yōu)化了加工參數(shù)并進(jìn)行試驗(yàn)，如圖3。結(jié)果表明，加工精度得到了提高。

圖2 采用群電極加工的陣列孔[16] 圖3 參數(shù)優(yōu)化前后的加工結(jié)果[17]

3 電化學(xué)放電加工

電化學(xué)放電加工(Electrochemical Discharge Machining, ECDM)是結(jié)合了電解加工和火花放電加工的一種復(fù)合加工技術(shù)，因此，加工中存在電極損耗。ECDM不僅可以加工金屬材料，還可以加工玻璃、陶瓷等非導(dǎo)電材料[18]。

如圖4為ECDM加工原理圖。待加工工件被固定在工作液中并與電源正極相連，工具電極與電源負(fù)極相連。加工中，工具電極高速旋轉(zhuǎn)，在電極周圍形成一層氣膜。當(dāng)調(diào)整至合適的電壓時(shí)，放電間隙被擊穿，產(chǎn)生火花放電，以此來完成對工件的加工。

劉勇[19]等人研究了不同參數(shù)下ECDM加工超白玻璃的試驗(yàn)，探討了加工機(jī)理，并用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行了陣列微孔的加工，提高了微孔入口、出口質(zhì)量，如圖5。

魏臣雋[20]等人提出一種基于ECDM的電化學(xué)放電修整技術(shù)(ECDD)對微砂輪進(jìn)行修整，顯著降低了加工中的磨削力(圖6)。提升了加工質(zhì)量和工具使用壽命。加工中施加電壓為32 V。

圖4 ECDM加工原理圖 圖5 陣列微孔入口(上)、出口(下)[19]

圖6 修整前后法向和切向磨削力變化[20]

4 總結(jié)與展望

總結(jié)了近年來電火花加工、電化學(xué)加工和電化學(xué)放電加工等電加工的發(fā)展與應(yīng)用情況，分析了他們的優(yōu)勢與不足，對電加工研究具有一定參考意義。

近年來，電加工發(fā)展迅速，在一些特定場合發(fā)揮著越來越重要的作用。但是電加工過程中可能會釋放出一些有害氣體，這對于操作人員和周圍環(huán)境來說都是不友好的。隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，這個(gè)問題亟待解決。因此，電加工的綠色化是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。