電火花成形加工作為特種加工工藝，自創(chuàng)建以來(lái)营稼，已獲得了很大發(fā)展企悦，但存在加工效率低、電極損耗大的問(wèn)題宏赘。電解加工利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用對(duì)材料進(jìn)行去除绒北，加工效率高，但通常加工精度較低察署，低頻寬脈沖成形加工尺寸精度一般為0.1~0.15mm[1]闷游。電解放電復(fù)合加工同時(shí)利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用和電火花高溫熔解作用對(duì)金屬材料進(jìn)行去除，利用電鍍作用對(duì)電極損耗進(jìn)行一定程度的補(bǔ)償贴汪，選擇合適的工藝參數(shù)脐往，可實(shí)現(xiàn)高效、低損耗加工扳埂。

電解放電復(fù)合加工機(jī)理

　　電解放電復(fù)合加工最早由日本學(xué)者提出[2]业簿，因具有獨(dú)特的工藝特性，廣大專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究工作阳懂。20 世紀(jì)80 年代國(guó)外學(xué)者對(duì)加工機(jī)理和孔加工工藝進(jìn)行探索梅尤，成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)合過(guò)程，并獲得了高的加工效率岩调。20 世紀(jì)90 年代復(fù)合型腔加工巷燥、復(fù)合光整加工獲得了較大進(jìn)展，研究成果顯著[3]沛狱。但受加工機(jī)理和工藝研究不夠深入玲侧，以及電解作用和電火花作用比例無(wú)法有效控制的制約，近些年電解放電復(fù)合加工的研究成果較少乍之，該工藝方法還未正式應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

　　對(duì)于該復(fù)合加工工藝方法出毁，不同的研究者對(duì)其命名也不同促奇，有電火花電化學(xué)復(fù)合加工[2]瞭阔、電解電火花復(fù)合加工[3]、電化學(xué)放電加工[4]露龙、電解放電復(fù)合加工[5]撵靴。具體工藝過(guò)程也存在差別。哈爾濱工業(yè)大學(xué)郭永豐和南京航空航天大學(xué)邱明波研究的復(fù)合加工[2-4]注辜，工作液電導(dǎo)率較大招砌，電解只是為電火花放電創(chuàng)造條件，工件為絕緣材料策洒，需要有輔助電極粉私，材料的去除全部由電火花放電完成。華南理工大學(xué)王建業(yè)和西北工業(yè)大學(xué)任中根研究的復(fù)合加工在導(dǎo)電能力極弱的工作液中進(jìn)行[3-5]近零，其加工對(duì)象為導(dǎo)電工件诺核，電火花放電和電解溶解共同作用將材料去除，其加工原理如圖1 所示久信，給兩電極之間加上電壓后窖杀，工件和電極之間的等效電阻用R * 表示，R 為電源自身電阻裙士。在電極間隙為數(shù)μm 的條件下入客，只要工作液電導(dǎo)率選取合適，電阻R * 就可分得足夠大的電壓腿椎，在間隙中產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)桌硫，將工作液擊穿，即發(fā)生電火花放電酥诽。

　　等效電阻阻值R * 可按點(diǎn)- 面接觸模型計(jì)算[6]鞍泉，其計(jì)算公式為：

　　式中，G 為工作液電導(dǎo)率肮帐；Sd 為進(jìn)電點(diǎn)面積咖驮。

　　本文針對(duì)紫銅材料電火花加工電極損耗大的問(wèn)題，采用弱電解質(zhì)做工作液代徒，進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)市口，探索工作液電導(dǎo)率對(duì)加工質(zhì)量的影響規(guī)律。

工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　本文研究在弱電解質(zhì)中的電解放電復(fù)合加工昔黍。以中物院機(jī)械制造工藝研究所研制的微細(xì)電火花精密加工系統(tǒng)μEDM-50 作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)穗俩，該系統(tǒng)集成了納秒級(jí)脈寬的微能脈沖電源及精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，具有一維伴糟、二維熏祝、三維微細(xì)加工能力。

　　工作液的配置是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟之一壮焰。要實(shí)現(xiàn)電解放電復(fù)合加工们眶，復(fù)合加工工作液除傳統(tǒng)電火花液必須具備的壓縮放電通道法厢、排除間隙產(chǎn)物等作用外，還必須具備一定的導(dǎo)電能力嘶违。本文采用往去離子水中加入三乙醇胺的方式配制工作液怎猜。三乙醇胺電導(dǎo)率約為1ms/cm，可與水以任意比互溶旭贬，具有良好的活化作用怔接、分散功能以及防銹功能[1]。

　　電解放電復(fù)合加工過(guò)程中稀轨，加工尺寸精度扼脐、加工效率及電極相對(duì)損耗，除受機(jī)床本身性能影響外靶端，還受電源參數(shù)谎势、主軸轉(zhuǎn)速、電極及工件材料杨名、工作液添加方式脏榆、工作液的溶劑類(lèi)型及電導(dǎo)率等因素的影響。其中台谍，工作液的電導(dǎo)率是決定復(fù)合加工能否穩(wěn)定進(jìn)行须喂、復(fù)合加工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素。本文在選定溶劑趁蕊、溶質(zhì)類(lèi)型前提下坞生，對(duì)工作液的電導(dǎo)率進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)條件如表1所示妒贞。

　　試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示翁写，進(jìn)行小孔加工，加工過(guò)程中剑银，采用Tektronix 公司的高壓隔離探頭對(duì)加工過(guò)程中兩電極間的電壓信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)汰检，電流探頭對(duì)加工回路中的電流信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，示波器對(duì)監(jiān)測(cè)到的電壓電流信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析锄垛。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

1 電導(dǎo)率對(duì)加工精度的影響

　　加工尺寸偏差用d 來(lái)評(píng)估何杈，d=（d2-d1）/2, d1 為加工前電極直徑，d2為加工后小孔直徑默峦，采用顯微鏡對(duì)電極直徑和孔徑進(jìn)行放大測(cè)量剿液。d 與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3 所示，加工精度隨電導(dǎo)率的增大而降低袱类，當(dāng)電導(dǎo)率大于320μs/cm 后寨支，精度降低非常顯著。

　　電導(dǎo)率對(duì)加工精度的影響有多個(gè)方面的原因趣匪。首先蜀悯，加工紫銅的過(guò)程中牢贸，陽(yáng)極除了由于高溫熔解形成金屬微粒外，還會(huì)形成金屬氧化物微粒镐捧。由于工作液具有導(dǎo)電性，兩電極之間除了發(fā)生電火花放電臭增，還存在電解作用懂酱。在電極陽(yáng)極，因電極電位很高誊抛，同時(shí)存在式（2）列牺、式（3）兩個(gè)反應(yīng)：

　　新生成的O2 具有較強(qiáng)氧化性，易失去電子拗窃，與進(jìn)入溶液中的Cu+ 結(jié)合瞎领，生成Cu2O 微粒。Cu2O 微粒同時(shí)受到溶液的沖擊作用和陰極產(chǎn)生的氣泡的擾動(dòng)作用随夸，在加工間隙滯留一定時(shí)間后九默，隨工作液一起流出間隙。新生成的Cu2O 進(jìn)入間隙宾毒，已經(jīng)滯留一定時(shí)間的顆粒流出間隙驼修，這樣加工間隙總有一定量的金屬氧化物微粒存在。在同樣的電參數(shù)條件下卸橘，加工間隙分布的金屬氧化物顆恋幸梗可使間隙局部電場(chǎng)強(qiáng)度增大至原電場(chǎng)強(qiáng)度的3 倍[8]。陰極電極表面發(fā)生式（4）所示的反應(yīng)：

　　該還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入工作液塞这，工作液變成氣液混合體数凫，抗電擊穿強(qiáng)度降低。一方面電場(chǎng)強(qiáng)度增大窜鳍，另一方面抗電擊穿強(qiáng)度降低森烦，兩者共同作用，在相同電極電壓條件下阁喉，放電間隙增大蔽树。

　　當(dāng)加工間隙達(dá)到一定值時(shí)，圓柱電極的圓柱面與孔的內(nèi)表面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度低于擊穿臨界值噪设，不再發(fā)生電火花放電碗挟，但只要兩電極之間存在一定電壓，工作液存在一定導(dǎo)電能力乔墙，孔的內(nèi)表面會(huì)繼續(xù)發(fā)生電解溶解作用竞谒，導(dǎo)致孔徑持續(xù)增大。此外腔召，由于電鍍作用杆查，銅離子在陰極沉積扮惦，如果電導(dǎo)率足夠大，沉積量就會(huì)大于電火花放電的電極損耗量亲桦，陰極電極徑向增大崖蜜，使加工得到的孔徑增大。如圖4 所示客峭，（a）為加工前電極形貌豫领；（b）為在電導(dǎo)率為675μs/cm 的工作液中加工小孔后的電極形貌，電極徑向的增大導(dǎo)致小孔孔徑增大舔琅。

2 電導(dǎo)率對(duì)加工效率的影響

　　加工效率用加工相同深度的小孔所用時(shí)間T 來(lái)評(píng)估等恐。電導(dǎo)率與時(shí)間T 的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如圖5 所示。

　　隨著電導(dǎo)率的增大备蚓，加工效率明顯提高课蔬。電導(dǎo)率對(duì)加工效率的影響主要有3 方面的原因。

　〗汲ⅰ（1）電解作用在陰極產(chǎn)生大量氣泡二跋，氣泡從產(chǎn)生到膨脹到爆破的過(guò)程引起工作液振動(dòng)，可增強(qiáng)對(duì)加工間隙中微粒的排出能力良稽，防止間隙中的顆粒鏈接成小橋引起拉弧挥挚，使有效放電次數(shù)增多，從而提高加工效率坞裂。圖6（a）為電導(dǎo)率為18μs/cm 的工作液中加工后電極端面形貌卜伟；（b）為在電導(dǎo)率675μs/cm 的工作液中加工后電極端面形貌。圖6（a）的中間位置存在凹坑声碴，且表面存在明顯的燒傷痕跡米原。很多文獻(xiàn)都已經(jīng)說(shuō)明了在電火花加工中，如果加工屑的排出不通暢扫应，碎屑堆積在加工間隙虹悄，引起拉弧，使工件中間部位材料不能被有效去除忽秕，就會(huì)使工件表面出現(xiàn)凸面场魏，使電極端部出現(xiàn)凹面。圖6（b）整個(gè)端面比較平整悦要，因?yàn)楣ぷ饕弘妼?dǎo)率較大筝闹，產(chǎn)生的氣泡對(duì)工作液產(chǎn)生擾動(dòng)，加快了加工間隙碎屑的排除速度腥光，因此不存在碎屑鏈接成小橋引起拉弧而導(dǎo)致凹坑和燒傷痕跡关顷。另外，氣泡的混入，使工作液變成氣液兩相體议双，其抗電擊穿強(qiáng)度低于液體抗電擊穿強(qiáng)度痘番，更加容易擊穿，有效放電脈沖數(shù)增加平痰，加工效率也就得到提高汞舱。

　　（2）本試驗(yàn)平臺(tái)的Z 軸采用自適應(yīng)控制宗雇，如圖7 所示兵拢，Z 軸從A 點(diǎn)開(kāi)始以恒定速度V 進(jìn)給，到達(dá)B 點(diǎn)后逾礁，電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿工作液的臨界值，開(kāi)始放電访惜，Z 軸仍以速度V繼續(xù)進(jìn)給栗柴，直到電極接觸D 點(diǎn)，發(fā)生短路净彼，Z 軸迅速回退到A 點(diǎn)憎材，然后繼續(xù)進(jìn)給。如前文所述朗恤，電導(dǎo)率的提高增大了加工間隙投墩。在電導(dǎo)率近似為零時(shí)，電極必須運(yùn)動(dòng)到C 點(diǎn)才開(kāi)始放電茸太，那么在進(jìn)給與回退過(guò)程中彰畅，CD 區(qū)域?yàn)榉烹妳^(qū)；在一定電導(dǎo)率條件下级轰，電極運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)就開(kāi)始放電誉缚，放電區(qū)域?yàn)锽D 。顯然琢喷，在電極的一次進(jìn)給與回退過(guò)程中疫遵，其他加工條件確定情況下，電導(dǎo)率越大算行，放電區(qū)越長(zhǎng)梧油，在相同時(shí)間內(nèi)有效放電次數(shù)越多，加工效率就越高州邢。

　±茉伞（3）兩電極之間存在電解電流，隨著電導(dǎo)率的增大偷霉，陽(yáng)極溶解速率增加迄委，使加工效率提高。

3 電導(dǎo)率對(duì)電極軸向損耗的影響

　　電極軸向損耗采用δ 值評(píng)估，δ =（Z 1-Z 2）/Z ×100%叙身，Z 1 為加工前電極位置, Z 2 加工后電極位置渔扎，Z 為加工的小孔深度，Z 1信轿、Z 2 的位置采用接觸感知的方式確定晃痴。如圖8 所示，隨著工作液電導(dǎo)率的增大财忽，電極損耗逐漸降低倘核，當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到144μs/cm 時(shí)，電極出現(xiàn)負(fù)損耗怎窿。電導(dǎo)率對(duì)電極損耗的影響主要有兩方面的原因侧缔，一是陽(yáng)極溶解進(jìn)入工作液的銅離子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)到陰極，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)喻透，生成單質(zhì)Cu沉積在電極表面寒淌，補(bǔ)償電極損耗；陰極電極同時(shí)存在電火花燒蝕和電鍍沉積晶乘，如工作液電導(dǎo)率較大蚜遥，電鍍沉積速率大于電火花燒蝕速率，則電極在軸向和徑向同時(shí)出現(xiàn)負(fù)損耗翠笛，由圖4 可以看出由饵，電極徑向尺寸存在明顯負(fù)損耗。二是由于電解作用桦徘，陰極除了Cu2+ 發(fā)生還原反應(yīng)外故咽，還存在H+還原成H2 的過(guò)程，生成的氣泡覆蓋在陰極表面习棋，可在一定程度上阻礙陽(yáng)離子對(duì)陰極的轟擊孤殿，降低陰極電極損耗。

4 電導(dǎo)率對(duì)工件表面形貌的影響

　　電解作用總是存在雜散腐蝕問(wèn)題满俗。電解放電復(fù)合加工過(guò)程中转捕，由于工作液為弱堿性，電解產(chǎn)生銅離子在堿性溶液中形成沉淀唆垃，覆蓋在工件表面五芝，如圖9 所示，該覆蓋層可在一定程度上保護(hù)工件表面不受雜散電流腐蝕辕万，提高表面質(zhì)量枢步。覆蓋層用水沖即可洗去，圖10 為部分覆蓋層被沖洗掉的工件渐尿。沖洗掉覆蓋層后醉途，可以看出，工件表面并不存在明顯的雜散腐蝕坑。

結(jié)論：本文研究了在弱電解質(zhì)中利用電化學(xué)原理來(lái)改善加工工藝性能的電解放電復(fù)合加工工藝隘擎，基于以電導(dǎo)率為變量的工藝實(shí)驗(yàn)和理論分析殴穴，得到了以下結(jié)論：

　　（1）工作液電導(dǎo)率范圍在150~320μs/cm 內(nèi)货葬，如果電參數(shù)選擇合適掷膛，紫銅加工紫銅，電極損耗可控制在較小范圍內(nèi)共撰；
　》啤（2）合理選擇工作液電導(dǎo)率及電參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效低損耗加工鞋夹；
　∈缓蕖（3）利用高頻脈沖電源，在弱電解質(zhì)中進(jìn)行電解放電復(fù)合加工孕炒，加工間隙會(huì)比電火花加工增大叨剧，但工件表面并不會(huì)出現(xiàn)明顯的電化學(xué)雜散腐蝕現(xiàn)象。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)擂门，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀(guān)點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)飞席，也不構(gòu)成任何其他建議自畔。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳村秒，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)杨匕，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻犀农、圖片惰赋、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)第一時(shí)間告知呵哨，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容赁濒，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話(huà)：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn孟害。