電加工發(fā)展現狀研究綜述*

馬秋野

(安徽理工大學 機械工程學院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

電加工作為一種特種加工技術，在一些普通機械加工難以完成的場景有著廣泛的應用，尤其是在航空航天、醫(yī)療器械等對加工精度和質量要求非常高的領域應用較為普遍[1-3]。隨著相關領域的發(fā)展和對加工質量的要求不斷提升，電加工技術越來越被人們所重視起來。

電加工經過長久以來各國學者的研究，發(fā)展成為了主要包括電火花加工、電化學加工和二者兼有的電化學放電復合加工的一種加工技術。筆者將從這三種主要技術入手，介紹他們的發(fā)展情況及國內外研究現狀，總結其自身的優(yōu)缺點，并對未來電加工的可能的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 電火花加工

1.1 普通電火花加工

電火花加工經過半個多世紀的發(fā)展，已經成為一種重要的加工技術。電火花加工中工具和被加工工件之間不存在直接接觸，它依靠熱能蝕除工件表面材料。并且加工過程中沒有宏觀切削力，一般用來加工導電材料，尤其是一些難加工的金屬材料[4]。

哈爾濱工業(yè)大學的郭成波[5]等人進行了電火花銑削TC4鈦合金的實驗，設計了幾組正交實驗來分析主要加工參數對加工結果的影響并采用優(yōu)化后的參數進行銑削實驗，加工效率高達9 000 mm3/min并且大大降低了電極損耗。白宇飛[6]等人利用ANSYS軟件對電火花加工中的溫度場進行了仿真分析，并對材料去除率的仿真結果做了修正，仿真結果和實驗結果誤差在10%以內。

1.2 微細火花加工

上個世紀末期開始，隨著相關領域技術的發(fā)展，微細電火花加工技術已經逐漸成為各國學者研究的熱點領域[7]。

相比常規(guī)電火花加工，微細火花加工可以獲得更高的加工精度，更適合用于微孔等對表面質量要求高的微加工[8-9]。徐斌[10]等人利用DLOM技術制備出三維隊列微電極，用來進行三維微型腔的微細電火花加工。加工質量好，表面粗糙度低，并且提高了加工效率，降低了電極損耗。劉曉萌[11]等通過一套高速采集系統(tǒng)采集微細火花放電中開路、火花放電、短路等不同放電狀態(tài)的電流、電壓信息，分析了各放電狀態(tài)的頻率特性并借助LABVIEW軟件實現了對各放電狀態(tài)的識別，有利于加工的穩(wěn)定、高效進行。

2 電化學加工

電化學加工可根據加工原理分為增材制造技術-電鑄和減材制造技術-電解加工[12]。

電解加工是通過陽極溶解實現對工件的加工，加工過程中無工具電極損耗、無重鑄層且加工質量高[13]。圖1為不同方式電解加工示意圖。

圖1 拷貝式電解加工[13]

黃紹服[14]等人利用電化學微加工技術在鎳和鎳基高溫合金GH3030上進行了一系列實驗，并成功加工出一些微結構。房曉龍[15]等人提出了一種旋轉螺旋電極微電解加工方法，有利于加工中電解液的更新，提高了加工穩(wěn)定性。王維[16]等人仿真了管電極電解加工的流場，分析了其對加工穩(wěn)定性的影響，并采用優(yōu)化的參數加工出了7×7的陣列孔，加工質量較好，如圖2。

為了降低電解加工中氣泡對加工精度的影響，周小超[17]等人采用氣液兩相流模型進行了仿真，優(yōu)化了加工參數并進行試驗，如圖3。結果表明，加工精度得到了提高。

圖2 采用群電極加工的陣列孔[16] 圖3 參數優(yōu)化前后的加工結果[17]

3 電化學放電加工

電化學放電加工(Electrochemical Discharge Machining, ECDM)是結合了電解加工和火花放電加工的一種復合加工技術，因此，加工中存在電極損耗。ECDM不僅可以加工金屬材料，還可以加工玻璃、陶瓷等非導電材料[18]。

如圖4為ECDM加工原理圖。待加工工件被固定在工作液中并與電源正極相連，工具電極與電源負極相連。加工中，工具電極高速旋轉，在電極周圍形成一層氣膜。當調整至合適的電壓時，放電間隙被擊穿，產生火花放電，以此來完成對工件的加工。

劉勇[19]等人研究了不同參數下ECDM加工超白玻璃的試驗，探討了加工機理，并用優(yōu)化后的參數進行了陣列微孔的加工，提高了微孔入口、出口質量，如圖5。

魏臣雋[20]等人提出一種基于ECDM的電化學放電修整技術(ECDD)對微砂輪進行修整，顯著降低了加工中的磨削力(圖6)。提升了加工質量和工具使用壽命。加工中施加電壓為32 V。

圖4 ECDM加工原理圖 圖5 陣列微孔入口(上)、出口(下)[19]

圖6 修整前后法向和切向磨削力變化[20]

4 總結與展望

總結了近年來電火花加工、電化學加工和電化學放電加工等電加工的發(fā)展與應用情況，分析了他們的優(yōu)勢與不足，對電加工研究具有一定參考意義。

近年來，電加工發(fā)展迅速，在一些特定場合發(fā)揮著越來越重要的作用。但是電加工過程中可能會釋放出一些有害氣體，這對于操作人員和周圍環(huán)境來說都是不友好的。隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，這個問題亟待解決。因此，電加工的綠色化是一個必然的發(fā)展趨勢。