第6期 鲍怀谦,等:超声辅助纯水微细电解加工 在原有电解加工机床的基础上,通过分析超声(图2中曲线N),其相应去除材料的速度可以满足 辅助纯水微细电解加工的工艺特征,研制了见图1微细加工的要求 所示的试验装置.直流电源的正、负极通过导线分别 试验中选用均相阳离子交换膜作为促进水解离 与工件阳极、工具阴极连接.工件通过安装座与超声的催化材料,该产品采用芳香族烃类化合物和双烯 辅助装置连接,并完成加工过程中X、Y方向的进给类化合物,线性高分子材料经涂浆工艺制造而得,具 作用;阳离子交换膜和工具阴极连接的微位移调整有耐酸、耐碱、耐氧化、膜面光滑电化学性能优良等 杆以保证工件与阴极之间合适的初始间隙,并在机特点,其主要技术指标见表1 床Z轴的驱动下完成进给运动 表1阳离子交换膜技术指标 Table 1 Cation exchange membrane technical criteria 交换容量含水量面电阻湿膜厚度迁移数 /(·cm2)/mm 50.11-0.13≥95 离子交换膜了 变幅杆 超声辅助系统由变幅杆、换能器和超声波发生 器等组成.工件安装在变幅杆顶端较大的振幅处,在 声渡发生器 换能 加工中获得较大振幅 机床工作台 其中超声波发生器的作用是将50Hz的工频交 图1超声辅助纯水微细电解加工试验装置示意图 1 Schematic diagram of set-up on PW-ECM/USV 流电转变为有一定功率输出的超声频电振荡,以提 在加工过程中,采用传统的高速冲液进行电解供工件振动其基本要求是输出功率和频率在一定 产物的排出和电解液的更新在微细电解加工中是不范围内连续可调超声换能器的作用是将超声波发 可行的,高速冲液会使微电极发生变形,从而影响加生器产生的超声频电振荡转换为机械振动,即电能 的精度和稳定性因此微细电解加工中常采用近转化为机械能变幅杆是一种将振幅扩大的截面不 等的棒杆,由于超声换能器的振幅很小,因此需要采 似于静液的流速条件下加工.在纯水微细电解加工 用变幅杆来扩大.本试验中的超声辅助系统主要参 装置中,其电解产物的排出是利用超声振动使微小 加工间隙内电解液的振动冲击下实现的通过附加数如下:功率为500-1500w,频率为20kHz,通过调 在工件的超声振动,不仅能大大改善电解产物的排节超声波发生器上频率调节磁芯使系统处于或接近 于共振状态;超声换能器为压电换能器,产生的振幅 更新,提高纯水微细电解加工的稳定性,减少短路等过变幅杆扩大后达到10-15/m 异常现象的发生 采用电导率在255~20ps/cm之间的纯水为电 12试验条件 解液;利用经过电化学反拷加工而成的三角/方形工 常温、常压下纯水在电场强度为32×10Vm具阴极(见图3所示)进行加工试验;加工电压24V; 的条件下,电流密度只能达到02Am2(图2中曲初始加工间隙35{m;工件材料为1Crl8N不锈 线M),难以直接应用于微细电解加工 钢;进给速度为3~6m/min M无离子膜 3N在离子膜作用下 E/V·m1(×10°) 图3三角形/方形电解加工阴极 图2纯水电解加工中离子交换膜工作特性 Fig. 3 A trilateral/ square tool cathode Fig. 2 lon exchange membrane characteristics of ECM in 2试验结果与分析 但是通过阳离子交换膜促进水解离后,在同 样电场强度下,可以提高电流密度达到3.7Acm2 电解加工时,工件阳极表面因钝化作用产生的第 6期 鲍 怀谦 ，等 ：超声 辅助纯水微细电解加工 3l 在原有 电解加工 机床 的基础上 ，通过分析超声 辅助纯水微细 电解加工 的工艺特征 ，研制 了见 图 1 所示的试验装置 ．直流电源的正 、负极通过导线分别 与工件阳极 、工具阴极连接 ．工件通过安装座与超声 辅助装置连接 ，并完成加工过程中 、y方向的进给 作用 ；阳离子交换膜和工具阴极连 接的微位移调整 杆以保证工件与阴极之间合适 的初始间隙 ，并在机 床 z轴 的驱动下完成进给运动 ． 图 1 超声辅助纯水微细 电解加工试验装置示意 图 Fig．1 Schematicdiagram ofset-uponPW -ECM／USV 在加工过程 中，采用传统的高 速冲液进行电解 产物的排出和电解液的更新在微细电解加工中是不 可行 的，高速冲液会使微 电极发生变形 ，从而影响加 工的精度和稳定性 ，因此 ，微细电解加工 中常采用近 似于静液的流速条件下加工 ．在纯水微 细电解加工 装置 中，其电解产物 的排 出是利用 超声振动使微小 加工间隙内电解液 的振动冲击下实现 的．通过附加 在工件的超声振动 ，不仅能大大改善电解产物的排 出条件 ，还 可 以保 证 微 小 加 工 间 隙 内 电解 液 的 循 环 更新 ，提高纯水微细电解加工的稳定性 ，减少短路等 异常现象的发生 ． 1．2 试验条件 常温 、常压下 ，纯水在 电场强度为 3．2×106V／m 的条件下，电流密度只能达到 0．2A／cm2(图 2中曲 线 )，难以直接应用于微细电解加工 ． E／(V·nl (x106)) 图 2 纯水电解加工中离子交换膜工作特性 Fig．2 Ionexchangemembl'd／lecharacteristicsofECM in purewater 但是通过 阳离子交换膜促进水解离后【8】，在 同 样电场强度下 ，可 以提高 电流 密度达 到 3．7A／cm2 (图 2中曲线 Ⅳ)，其相应去除材料的速度可以满足 微细加工的要求 ． 试验 中选用均相阳离子交换膜作为促进水解离 的催化材料 ，该产品采用芳香族烃类化合物和双烯 类化合物 ，线性高分子材料经涂浆工艺制造而得 ，具 有耐酸 、耐碱 、耐氧化、膜面光滑 、电化学性能优 良等 特点 ，其主要技术指标见表 1： 表 1 阳离子交 换膜技术指标 Table1 Cationexchangemembranetechnicalcriteria 超声辅助系统 由变幅杆、换能器和超声波发生 器等组成 ．工件安装在变幅杆顶端较大 的振幅处 ，在 加工中获得较大振幅 ． 其中超声波发生器的作用是将 5OHz的工频交 流电转变为有一定功率输出的超声频 电振荡，以提 供工件振动 ．其基本要求是 ：输出功率和频率在一定 范围内连续可调 ．超声换 能器 的作用是将超声波发 生器产生的超声频 电振荡转换为机械振动 ，即电能 转化为机械能 ．变幅杆是一种将振幅扩大的截面不 等的棒杆 ，由于超声换能器的振幅很小 ，因此需要采 用变幅杆来扩大 ．本试验 中的超声辅助系统主要参 数如下 ：功率为 500—1500W，频率为 20kHz，通过调 节超声波发生器上频率调节磁芯使系统处于或接近 于共振状态 ；超声换能器为压 电换能器 ，产生的振幅 经过变幅杆扩大后达到 10～15tnn． 采用 电导率在 2．55～20tts／cm之间的纯水为 电 解液；利用经过电化学反拷加工而成 的三角／方形工 具阴极(见 图 3所示)进行加工试验 ；加工 电压 24V； 初始加工 间隙 35tnn；工件材料为 1Crl8Ni9Ti不锈 钢 ；进给速度为 3—6tma／min． 图 3 三角形／方形 电解加工 阴极 Fig．3 A trilateral／squaretoolcathode 2 试验结果与分析 电解加工时，工件 阳极表面 因钝化作用产生 的