山东大学学报(工学版) 第38卷 钝化膜会阻止低电流密度下的电解反应,常规电解的情况下有自我恢复的能力 加工用较高的电流密度及高速流动的电解液来消除2.2不同电解液对孔加工的影响 钝化、清除电解产物,保持电解过程的连续高速进 传统的电解液在进行“拷贝”式微细电解加工中 行而纯水微细加工在低电流密度下进行,工件表面会暴露出复制精度不高,而且采用具有腐蚀性电解 产生的钝化膜难以破坏,电解作用很难持续稳定进质水溶液(如酸碱)作电解液,对加工零件及环境产 行,而且电解液的流速不能像常规电解加工一样高生二次腐蚀和污染,而盐类电解液在零件表面产生 达6~30ms冲涮加工间隙,因此电解产物如果不能的结晶更是难以清洗,这些问题在精密微细元件的 及时排除,就会导致加工短路,造成工件与阴极的烧加工中更要特别注意防止.利用纯水作电解液不仅 伤和损坏,见图4所示 可以解决以上问题,也适应了“绿色制造”的发展趋 势.在以上试验的基础上,进行不同电解液情况下 角形通孔的加工,试验参数如下:采用见图4三角形 阴极及相同的加工工艺参数在1Cr18Ni9T不锈钢材 料上加工出通孔 图6可以看出,以NaNO3溶液作电解液加工的 三角形通孔已经失去三角形阴极的原始形状,而近 图4三角/方形阴极进行纯水电解加工孔的短路点 似于圆形,说明NaNO3溶液作电解液在加工中的 4 Trilateral and square shaped cavity processed by PW-ECM 次腐蚀比较严重 从图4可以看出,由于局部电解液流速非常低, 几乎不可能依靠电解液冲刷加工间隙来带走电解产 物和热量,而电解产物聚集达到一定程度后就会发 生短路.因此,必须采取其它有利于电解产物排出的 措施,以确保纯水微细电解加工能在近似于静液的 情况下顺利进行 2.1超声辅助对改善加工状态的影响 图6NaNO3溶液为电解液加工的三角形孔 为了提高纯水电解加工的稳定性,保证电解产 Fig. 6 A trilateral shaped hole processed by ECM in NaNO, 物及时排出、工件表面钝化膜的消除及加工间隙内 而以纯水为电解液,利用同样的阴极加工的 电解液的循环更新,在加工区附加超声振动,利用电角孔见图7所示,图7中三角形通孔侧壁比较垂直 解液的振动冲击及”负压空化”效应来消除附着在工形状与工具阴极相似,符合”复制性”电解加工的特 件表面的钝化膜,其加工样件见图5所示 性而且在加工过程中,进给速度可达到6ym/min, 比普通纯水微细电解加工的进给速度提高了一倍, 说明加工效率大幅度提高,从而证明超声辅助对纯 水微细电解加工有非常明显的改进效果 图5超声辅助纯水微细电解加工三角/方形盲孔照片 Fig. 5 A trilateral and square shaped hole processed by PW-ECM/USV 与图4相比,图5加工底面更加平整,侧壁更趋 近于垂直,表明在附加超声辅助后,纯水微细电解加 图7超声辅助纯水微细电解加工三角形通孔照片 Fig. 7 A trilateral shaped hole processed by PW-ECM/USV 工过程中加工间隙内流场的更加均匀,定域性去除 能力也得到提高在加工过程中,也会出现瞬时的小3 结论 短路火花,但在超声辅助振动的情况下,加工很快恢 复正常,说明超声辅助的纯水微细电解加工在短路 针对纯水微细电解加工试验中(下转第36页)32 山 东 大 学 学 报 (工 学 版) 第 38卷 钝化膜会阻止低电流密度下 的电解反应 ,常规 电解 加工用较高的电流密度及高速流动的电解液来消除 钝化 、清除电解产物 ,保持 电解过程 的连续 高速进 行 .而纯水微细加工在低电流密度下进行 ,工件表面 产生的钝化膜难以破坏 ,电解作用很难持续稳定进 行 ,而且 电解液的流速不能像 常规 电解加工一样高 达 6~30m/s冲涮加工间隙,因此电解产物如果不能 及时排除 ,就会导致加工短路 ,造成工件与阴极 的烧 伤和损坏 ,见图 4所示 . 一 图 4 三角/方形 阴极进行纯水囝电解)JI~ L的短路点 Fig.4 Trilateraland squareshapedcavityprocessed byPW-ECM 从 图 4可以看出 ,由于局部电解液流速非常低 , 几乎不可能依靠 电解液冲刷加工问隙来带走 电解产 物和热量 ,而电解产物聚集达到一定程度后就会发 生短路 .因此 ,必须采取其它有利于电解产物排出的 措施 ,以确保纯水微细 电解加工能在 近似于静液的 情况下顺利进行 . 2.1 超声辅助对改善~jn-r状态的影响 为了提高纯水电解加工 的稳定性 ,保证电解产 物及时排出、工件表面钝化膜 的消 除及加工间隙 内 电解液 的循环更新 ,在加工区附加超声振动 ,利用 电 解液的振动冲击及”负压空化”效应来消除附着在工 件表面的钝化膜 ,其加工样件见 图 5所示 . 图 5 超声辅助纯水微细 电解加工三 角/方形 盲孔 照片 Fig.5 Atrilateralandsquareshapedholeprocessedby PW—ECM/USV 与图 4相 比,图 5加工底面更加平整 ,侧壁更趋 近于垂直 ,表明在附加超声辅助后 ,纯水微细电解加 工过程中加工间隙内流场 的更加均匀 ,定域性去 除 能力也得到提高 .在加工过程中,也会 出现瞬时的小 短路火花 ,但在超声辅助振动的情况下,加工很快恢 复正常 ,说 明超声辅助的纯水微细 电解加工在短路 的情况下有 自我恢复的能力 . 2.2 不 同 电解 液 对孔 加工 的影 响 传统的电解液在进行“拷贝”式微细 电解加工中 会暴露出复制精度不高 ,而且采用具有腐蚀性电解 质水溶液(如酸 、碱)作电解液 ,对加工零件及环境产 生二次腐蚀和污染 ,而盐类 电解 液在零件表面产生 的结 晶更是难以清洗 ,这些问题在精密 、微细元件的 加工 中更要特别注意防止 .利用 纯水作 电解液不仅 可以解决以上问题 ,也适应了“绿色制造”的发展趋 势 .在以上试验 的基础上 ,进行不同电解液情况下三 角形通孔的加工 ,试验参数如下 :采用见 图 4三角形 阴极及相同的加工工艺参数在 1Cr18Ni9Ti不锈钢材 料上加工出通孔 。 图 6可以看出 ,以 NaNO 溶 液作 电解液加工的 三角形通孔已经失去三角形 阴极 的原始形状 ,而近 似于圆形 ,说明 NaNO3溶液作 电解液在加工 中的二 次腐蚀 比较严重 . 图 6 NaNO~溶液为电解液加工 的三角形孔 Fig.6 Amlmeralshapedholeprocessedby ECMinNaNOs 而以纯水为电解液 ,利用 同样的阴极加工 的三 角孔见图 7所示 ,图 7中三角形通孔侧壁 比较垂直, 形状与工具阴极相似 ,符合”复制性”电解加工的特 性 .而且在加工过程 中,进给速度可达 到 6~m/min, 比普通纯水微细电解加工的进给速度提高了一倍 , 说明加工效率大幅度提高 ,从而证 明超声辅助对纯 水微细电解加工有非常明显的改进效果 . 图 7 超声 辅助纯水微细电解加工三角形通孔照片 Fig.7 Atrilateralshapedholeprocessedby PW-ECM/USV 3 结论 针对纯水微细电解加工试验中 (下转第 36页)