电解加工综述

电解加工的原理及其在整体叶轮叶片加工中的应用

文献综述

前言

电解加工是一种电化学加工，是继电火花加工之后发展较快、应用较广的一种特殊加工技术。广泛应用于航空、航海、航天及部分民用企业的难切削材料的加工。八十年代以来，电解加工开始应用于叶片型面、整体叶盘、模具、复杂的薄壁机匣、电解去毛刺、螺杆钻具定子的加工上。多年来的实践证明，电解加工工艺合理、先进、质量稳定、效率高。为了提高对电解加工的认识和加深对其的理解，对国内现有的有关电解加工在整体叶轮叶片加工中的应用的文献进行了阅读、筛选、分析、归纳,试图从电解加工的原理及其在整体叶轮叶片加工中的应用等方面将有代表性的观点进行梳理,综述如下。

1、电解加工的原理

电解加工是利用金属在电解液中电化学阳极溶解的原理，获得具有一定尺寸精度和表面粗糙度的零件的成型方法。这是一种在高压力、高流速条件下进行的电化学过程。电解加工是一种非接触加工，对形状复杂的零件可以一次成型。其基本原理如图1.1所示，在加工过程中，极间通以低电压、高电流密度的直流电或脉冲电流，同时通以高速流动的电解液。阴极工具以一定的速度进给，以维持电极间的恒定小间隙。阳极工件则遵循法拉第定律按照工具阴极的形状不断溶解，直到工件的形状和尺寸均达到要求为止。图1.2是电解加工系统

示意图。

1.1 电解加工系统示意图

1.2 电解加工示意图

2.电解加工原理在整体叶轮叶片加工中的应用

论文《整体叶轮自由曲面叶片精密电解加工工艺研究》针对自由曲面整体叶轮提出了一种适用于自由曲面叶片型面精加工的电解工艺(ECM)方法,采用分步法对整体叶轮的叶间通道进行加工,再采用成形阴极对叶片进行精加工,使其满足叶片加工要求。为了实现叶片的精加工,设计了叶片电解精加工实验装置,设计中利用运动仿真软件 工具 工件

工件 工件

工具

工具

对成形阴极结构进行了改进,并运用流场模拟软件对阴极流道进行模拟分析,使阴极形状和极间的电解液流速满足加工要求。在加工实验过程中,对阴极的运动路径进行了分析与优化,通过优化减少了进给方向对叶片加工间隙分布不均的影响,并采用高频脉冲电源加工减小加工间隙,提高叶片加工精度。实验结果表明,该工艺方案可行,加工的整体叶轮自由曲面叶片精度得到了显著提高。

电解整体叶轮叶片型面数控电解精加工的若干关键技术研究加工是整体叶轮的重要加工方法之一，现有的数控展成方法主要适用于直纹面或扭曲度不大的整体叶轮叶片加工，若用于自由曲面叶片整体叶轮加工，则加工误差较大。论文《整体叶轮叶片型面数控电解精加工的若干关键技术研究》针对自由曲面整体叶轮叶片的加工难题，以提高叶片加工精度、加工稳定性和工作效率为研究目的，对整体叶轮叶片电解加工中的加工工艺、成形规律、阴极设计、加工路径规划、加工参数选择、加工过程故障诊断以及数字化制造等关键技术开展了研究。首先，开展了自由曲面整体叶轮电解加工工艺研究，提出了适用于自由曲面整体叶轮叶片加工的组合电解加工工艺，该工艺将叶片加工分为叶间通道加工、叶片精加工等多道工序，采用不同的加工方法满足自由曲面叶片加工要求。在叶间通道加工中采用了分步分区加工方法，并以压气机叶轮为试验对象进行了试验，对叶间通道的加工方法进行了验证。以整体涡轮为试验对象开展了自由曲面叶片精加工工艺试验，设计了开式叶片成形阴极电解精加工装置，采用脉冲电源和加工参数优化实现了小间隙加工，还运用了误差补偿法对阴极加工

型面进行修正，提高了叶片加工精度，实现了自由曲面整体叶轮叶片电解精加工。其次，研究了整体叶轮数字化制造技术，开发了用于整体叶轮电解加工的数字化制造软件。在数值模拟研究中对电解加工过程进行离散，采用有限元法计算离散过程中加工间隙的电场分布及溶解量，从而模拟出零件的加工表面；开发了电解加工的数值模拟软件，运用该数值模拟软件辅助整体叶轮的工艺分析、阴极设计、加工参数优化。采用基于约束与尺寸驱动的方法实现了整体叶轮电解加工运动仿真，开发了运动仿真软件，利用该软件进行整体叶轮的加工路径规划、数控加工编程、加工误差分析。在整体叶轮的电解加工工艺研究中利用数字化制造软件进行设计与分析提高了阴极设计的成功率、加工参数选择的准确性。最后，研究了电解加工参数选择的方法，把加工参数的选择分为初选与优化两个阶段，先利用工艺数据库进行参数选择，再用模拟软件进行优化，加工参数准确选择提高了叶片加工精度。加强了对叶片电解加工过程的自动监控，建立了叶片加工过程故障诊断系统，利用加工电流、加工压力信息，经过特征提取、模式学习、故障判断等过程实现了加工过程监控和加工故障诊断，起到保护零件和阴极目的，提高了整体叶轮电解加工的稳定性和可靠性。研究结果表明，课题中采用的整体叶轮组合电解加工工艺是可行的，其分步分区法叶间通道加工方法使叶背与叶根的加工精度得到明显提高，成形阴极精加工后的叶片精度达到了±0.1mm，叶片一致性和表面质量好。

参考文献

[1] 袁洪亮, 电解加工的原理及应用发展 ,2012

[2] 王福元，徐家文，整体叶轮叶片型面数控电解精加工的若干关键技术研究，2012

[3]赵建社，王福元，徐家文，刘玉杰，整体叶轮自由曲面叶片精密电解加工工艺研究，2013

[4]徐家文，王建业，田继安，21世纪初电解加工的发展和应用,2001

[5]王贺宾，郭钟宁，罗红平，微细电解加工技术研究现状与展望，2011

[6] 章成军，电解加工原理及应用，2003