电解加工去除毛刺的方法及改善

脉冲电解去除毛刺的方法及发展
学院：
学号：
姓名：
摘要：电解去毛刺加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理去除工件上多余材料的一种加工方法。

电解加工开始时，工件阳极与工具阴极的形状不同，工件表面上各点至工具表面的距离不等，因而各点的电流密度不同。

距离较近处通过的电流密度大，电解液的流速也常常较高，阳极溶液的速度较快；反之，距离较远处通过的电流密度小，阳极溶液的速度较慢。

当工具不断进给时，工件表面上各点就以不同的溶液速度进行溶解，工件的形状就逐渐接近于工具的形状，直到把工具的形状“复映”在工件上，得到所需要的形状为止。

关键词：电解脉冲电解去毛刺电解去毛刺的原理
Abstract: the electrochemical deburring processing is the use of metal in electrolyte produced in the principle of anodic dissolution remove excess material of workpieces a processing method. Electrochemical machining began, the anode and cathode tools of different shapes, the surface at every point on the surface of the distance to the tools to differ, and that each point of current density is different. Distance is near the through current density, electrolytes and often high flow velocity, and the anode solution speed quickly; Conversely, distance is the distance through the current density is small, the anode solution at a slower speed. When tools for continuous feed, different points on the surface with different solution speed dissolved, the shape will gradually close to the shape of the tools, until the tools of the shape of the "complex reflected" on the work piece, the shape of the need to do so.
一．引言：
自20世纪70年代初起，前苏联、美国、日本、法国、波兰、瑞士、德国等-国家相继开始了对脉冲电流电解加工的研究。

在国内，多家单位也开展了毫秒级脉冲电流电解加工的研究并成功用于工业生产。

随着近代功率电子技术的不断发展，新型快速功率电子开关元件如MOSFET、IGBT等出现，使得微秒级脉冲电流电解加工的实现成为可能。

20世纪90年代以来，微秒级脉冲电流电解加工基础工艺研究取得突破性进展。

研究表明，此项新技术可以提高集中蚀除能力，并可实现0.05mm以下的微小间隙加工，从而可以较大幅度地提高加工精度和表面质量，型腔最高重复精度可达0.05mm，最低表面粗糙度可达0.40μｍ[1-2]，有望将电解加工提高到精密加工的水平，而且可促进加工过程稳定并简化工艺，有利于电解加工的扩大应用。

国内外众多研究机构利用微秒级脉冲电流开展了模具型腔及叶片
型面加工、型腔抛光、电解刻字、电解磨等工艺可行性试验以及气门模具生产加工试验。

二. 脉冲电解去毛刺加工机理
脉冲电化学去毛刺是一种符合“绿色制造”要求的先进去毛刺工艺。

该工艺采用脉冲电源代替直流电源，并在非线性电解液中进行加工；加工时，工件接脉冲电源的正极，与毛刺部位相对应的工具电极接脉冲电源的负极，工件阳极与工具阴极之间保持较小的加工间隙，且工具阴极无进给。

该工艺具有以下特点：①由于加工所用电解液为中性无机盐水溶液，因此不会污染环境；②由于脉冲电流的间隙作用和压力波的搅拌
作用改善了加工间隙内的电场和流场条件，降低了对电解液流动特性的要求，因此有利于获得稳定、理想的加工过程；③由于在加工过程中无切削力，不会形成附加应力和表面变质层，因此可改善加工表面微观几何形貌以及零件的物理、化学和机械性能。

脉冲电化学去毛刺加工的基本原理如图1所示。

工件接脉冲电源的正极，工具电极接脉冲电源的负极，工具阴极与工件毛刺部位对应放置。

加工时，首先在加工间隙内加入电解液，然后接通脉冲电源，此时工件阳极表面将发生氧化反应，工具阴极则将发生还原反应。

工件阳极的基本电化学反应式为
M-ne→Mn+
Mn++n(OH)→Fe(OH)n↓
工具(阴极)的基本电化学反应式为
2H++2e→H2↓
图1 脉冲电化学去毛刺加工的基本原理
图2 电力线分布示意图
加工时，在工件阳极附近形成一层很薄的氧化膜，可在工件阳极与电解液之间起到隔离作用。

该氧化膜具有较高的电阻和较小的电导率，可阻止工件阳极表面进一步溶解，对工件阳极具有一定保护作用。

在电解液的快速冲刷作用下，工件阳极表面凹陷处的氧化膜因不易扩散而较厚；工件阳极表面凸出处(如毛刺、微观凸出部位等)的氧化膜因容易扩散而较薄。

由于氧化膜的分布不均匀，使毛刺等凸出部位始终与新鲜的电解液接触，因此毛刺部位的金属溶解速度远大于阳极表面的其它部位，从而使毛刺被迅速溶解、去除。

在阳极溶解过程中，根据电化学加工基本规律(法拉第电解定律)可推导出金属阳极(工件)沿进给方向的深度蚀除速度va(mm/min)为
va=hwi
式中：h——电流效率
w——被电解物质的体积电化学当量(mm3/A·h)
i——电流密度(A/cm2)
当电解液的成分、浓度、加工温度等参数确定后，阳极某点的蚀除
速度主要取决于通过该点的电流密度i。

根据电场理论可知，在零件表面毛刺等凸出部位电荷较集中，在表面凹陷处电荷则较少。

由于电力线分布不均匀，凸出部位的电力线分布密集，电流密度高，金属去除较多(见图2)；凹陷部位的电力线分布相对稀疏，电流密度较低，金属去除较少。

由于毛刺处通过的电流密度远大于工件阳极表面的其它部位，因此毛刺被迅速溶解。

综上所述，由于氧化膜分布不均匀，工件阳极表面毛刺等凸出部位氧化膜较薄，可始终与新鲜电解液保持接触，因此电化学反应速度快；由于电力线分布不均匀，工件阳极表面毛刺等凸出部位电力线分布密集，电流密度大，蚀除速度较快。

因此，脉冲电化学去毛刺加工可达到迅速去除、溶解毛刺并形成光滑圆角的目的。

通过合理采用工具阴极遮蔽技术，可有选择地去除毛刺，不会影响工件阳极表面原有的尺寸精度和表面质量。

三. 脉冲电解去毛刺工艺要点
影响脉冲电化学去毛刺加工效果的工艺因素较多，如工具阴极的合理设计、脉冲电源的参数选择、电解液的成分、浓度、压力和流速、极间间隙、电流密度、加工时间、流场特性等。

四.其它工艺因素
工具阴极应根据具体毛刺情况进行合理设计，设计时应注意应用遮蔽技术，以保证在高效去除毛刺的同时保护工件阳极表面其它非毛刺部位的原有精度和表面质量。

此外，还应满足脉冲电化学加工的基本原则，即使电解液快速、均匀地冲刷加工部分，保证流场分布均匀、合理。

由
于电极表面质量直接影响去除毛刺部位的表面质量，因此要求工具阴极表面平整、光滑。

理论研究和加工实践表明，采用脉冲电源代替直流电源进行去毛刺加工，可有效提高加工精度和表面质量。

在加工中，一般采用较窄的脉冲宽度和较高的脉冲频率进行加工。

由于脉冲电流的间隙作用和阶跃变化，使加工间隙中的电解液发生振荡，产生压力波，压力波的搅拌作用可改善加工间隙中电解液的流动条件，加速更新间隙中的电解液，消除加工间隙中电解液电导率分布的不均匀性，从而提高加工精度，改善表面粗糙度。

此外，由于电解液的周期性更新，使间隙内的电化学产物(阳极去除的金属、阴极析出的氢气和产生的焦耳热等)可及时、充分地排除。

脉冲电源参数应根据加工条件合理选择。

电解液成分是影响加工质量的主要因素。

以中性无机盐为主要成分的非线性电解液具有适用范围广、易于控制、杂散腐蚀小、加工表面质量好、对环境无污染等特点。

加工时，应根据毛刺的大小确定电解液的具体成分，同时合理设计电解液的流向、流速及压力，以便将去除的毛刺迅速冲离加工间隙，以免造成短路。

合理选择阴、阳极之间的间隙有利于提高蚀除速度和加工精度，改善加工表面质量。

电流密度和加工时间的选择也十分重要，电流密度过大会加剧杂散腐蚀，电流密度过小则会降低加工效率，延长加工时间，而加工时间过长会加剧晶界腐蚀。

在满足毛刺去除效率的前提下，加工时间主要应根据加工圆角的大小来确定。

五.电解加工的发展前景：
近阶段，电解加工的研究重点及应用领域会主要集中在以下几个方向。

1 电解微精加工的深入研究
电解加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米加
工领域进一步研究探索的空间，但还必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新。

具体应关注以下几点：
（1）进一步完善硬件系统，如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升；加工过程自动检测与适应控制研发的深化。

（2）微精加工机理的研究。

尤其是中、高频率脉冲电流条件下，微精加工电解反应系统动力学等方面的深入研究。

如：脉冲参数（脉冲宽度及占空比）对加工效果的影响，流场的影响，冲液加工的可行性及相应的参数选择。

2 脉冲电源的深化研发
微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广应用。

纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。

3 电解加工机床
电解加工机床（包括其控制系统）及电解液系统性能的进一步改善。

精密加工、微细加工等新技术对电解加工设备提出了更高的要求，如：机床的高定位精度及低速进给的稳定性、电解液系统的高清洁度及参数的稳定等，这些都需要引起足够重视。

六．结论
电解脉冲去毛刺目前已经成为一种非常有效也是非常成熟的去毛
刺的方法，它不仅带动了国防军工技术的发展，也增添了产品一起的精密度，但是我们还有必要在生产成本和加工效率上做更深一步的研究，是我们的生活更加方便。

七．参考文献：
王建业徐家文编电解加工原理及应用国防工业出版社
余承业等编著特种加工新技术国防工业出版社
庆同主编特种加工航空工业出版社
王建业徐家文编电解加工原理及应用国防工业出版社
余承业等编著特种加工新技术国防工业出版社
金庆同主编特种加工航空工业出版社。