电解加工的应用与技术优化

图5.1-7 电解加工连杆锻模阴极肋部断面

a）不混气电解型腔实际形状 b）混气电解型腔实际形状

1—模具 2—阴极

目前，电解加工已广泛应用于航天、航空、兵器、核能、汽车、矿机、纺机、拖拉机、汽轮机等领域。

5.1.4.1选用电解加工工艺的基本原则及加工范围

1.选用电解加工工艺的基本原则

根据电解加工的特点，选用电解加工工艺应考虑的基本原则见表5.1-37。

表5.1-37 选用电解加工工艺的基本原则

2.目前国内电解加工的实际应用状况

目前国内电解加工的实际应用状况见表5.1-38。

表5.1-38 目前国内电解加工的实际应用状况

5.1.4.2 模具型面加工

1.模具型面电解加工的特点

模具型面电解加工具有生产效率高、加工成本低、重复精度好、模具寿命长等特点，详见表5.1-39。

表5.1-39 模具型面电解加工的特点

（续）

2.模具型面电解加工的应用范围

模具型面电解加工在机械、航空、航天、军工、五金工具、汽车、拖拉机等工业领域获得了广泛的应用。各类模具电解加工工艺的特点和应用状况见表5.1-40。

表5.1-40 各类模具电解加工工艺的特点和应用状况

3.模具型面电解加工工艺

在模具型面电解加工工艺中，关键的环节是工具阴极的制造方法、电流模式、电解液及其流动形式和阴极进给方式的选择。

（1）工具阴极的制造 目前国内广为采用的方法是通过分析和试验来掌握间隙分布的规律性，再据此对工具阴极加以反复修整，直至加工出合格的型腔。工具阴极的制造方法、特点及应用见表5.1-41。

表5.1-41 工具阴极的制造方法、特点及应用

（2）电流模式 电流模式分为直流电流电解加工、脉冲电流电解加工和近期研发的微秒级脉冲电流电解加工，其各自特点见表5.1-42。

表5.1-42 三种电流模式的特点

（3）电解液 模具型面电解加工常使用NaCl、NaNO₃水溶液及低浓度复合电解液，其特点见表5.1-43。

表5.1-43 模具型面电解加工常用电解液的特点

（4）电解液的流动形式 不同模具类型的加工应采用不同的电解液的流动形式，参见表5.1-44。

表5.1-44 电解液的流动形式及对应的模具类型

（5）阴极进给方式及其特点 传统的电解加工采用单向恒速进给方式，随着机床的更新换代，实现了反复对刀、周期进给或振动进给及计算机控制变速进给等方式。各种进给方式的主要特点见表5.1-45。

表5.1-45 阴极进给方式及其特点

（6）典型应用实例 以扳手锻模为例，介绍模具电解加工的工艺规程，详见表5.1-46。

表5.1-46 扳手锻模电解加工的工艺规程

①1in=25.4mm。

5.1.4.3 叶片型面加工

1.叶片电解加工工艺

叶片型面加工主要采用电解加工工艺，其适用范围及特点参见表5.1-47。

表5.1-47 叶片电解加工工艺适用范围及特点

（续）

2.应用实例

表5.1-48给出了几种叶片的加工实例。

表5.1-48 几种叶片的加工实例

图5.1-8所示为钛合金叶片，其加工工艺过程及特点是：根据叶片两面的加工余量，自动实现双面依次（余量不同）或同时（余量相等）加工，同步结束加工（同时准确关断双面加工的电源），保证加工后的叶片型面上无杂散腐蚀（由于钛合金材料敏感的电化学加工特性，如不同时结束加工，后停止加工的一侧会对先停止加工的一侧产生影响，在其型面上产生杂散腐蚀）。

5.1.4.4 深小孔及型孔加工

1.深小孔电解加工工艺

在孔加工中，尤以深小孔的加工难度大。特别是要在一些高强度、高硬度的难加工材料（如模具钢、硬质合金、高温耐热合金等）上进行深小孔加工难度更大，如新型航空发动机高温合金涡轮叶片上有大量多种并呈多向不同角度分布的冷却孔，均为难加工的深小孔。电化学深小孔加工技术实现了无再铸层和微裂纹的小孔加工，加工表面质量好，并可实现群孔加工。

图5.1-8 钛合金叶片

（1）工具阴极 加工深小孔用工具阴极的材料、结构及绝缘涂层材料的分类见表5.1-49。

表5.1-49 加工深小孔用工具阴极分类

（2）加工装置

1）夹具结构。在用电解进行深小孔加工时，需要用专用夹具加以固定，夹具的结构如图5.1-9所示。

该夹具由阴极座、阴极、引导板、定位板、工件、对刀板和夹具体等部分组成。阳极座安装在机床的进给主轴上，工具阴极可以用弹簧夹头，也可以用低熔点合金浇注固定连接在阴极座上，从而随机床主轴上下垂直运动。夹具体固定在机床工作台上，可作X、Y方向运动，以调整阴极使之与工件上欲加工孔实现同心。引导板、定位板和对刀板的作用，均是为了保证阴极与工件的位置精度。

2）导向和防振机构。深小孔加工的阴极细长，随着加工深度的增加，由于高压电解液的影响，会产生振动，导致阴极进给发生偏斜，甚至在加工孔壁上出现波纹。因此，在设计阴极结构时要有导向装置并采取防振措施。

导向器安装在定位板上，导向孔要具有一定的精度，与阴极电极之间保持间隙配合，还需要有很高的耐磨性。导向防振结构有三种，见表5.1-50。

图5.1-9 加工夹具示意图

1—阴极座 2—阴极 3—引导板 4—定位板 5—工件 6—对刀板 7—夹具体

（3）工艺规程 深小孔加工阴极内径小且加工侧面间隙小而深，要求①电解液应严格过滤，保证高度清洁；②电解液应该具有溶解电解产物的作用，避免电解产物阻塞流道或在阴极表面上沉积。

表5.1-50 防振结构及其特点

（续）

1）主要工艺参数如下：

电解液为H₂SO₄、HCl或HNO₃，质量分数为10%～25%，工作压力为0.2～0.7MPa；工作电压为10～15V，通常采用恒电压加工。

2）采用酸性电解液，电解产物可能会沉积在阴极表面，影响加工精度。加工过程中可用“周期反接极性”的方法来解决这一问题。酸性电解液的腐蚀性强，对设备及人体危害大。近年来，推广应用中性电解液。为了能溶解电解产物，通常需另外加入质量分数为1%～2%的某些添加剂，如EDTA（乙二胺四乙酸）、某些有机酸的盐类（如酒石酸钠、柠檬酸钠）等金属络合物，而且要定期检查及添加。

2.型孔电解加工工艺

前述深小孔电解加工中有关工具阴极设计制造、主要工艺问题及解决措施，都适用于型孔电解加工。但型孔电解加工的阴极问题又更具特性，特别对带棱角的形式复杂的型孔更难加工，要根据具体情况采取特殊措施加以解决。

图5.1-10 电液束加工原理示意

1—集液箱 2—过滤器 3—输液导电密封装置 4—金属电极 5—玻璃管 6—工件 7—加工电源

3.电液束小孔加工

（1）电液束加工的原理 电液束加工原理示意如图5.1-10所示。电液束加工小孔时，被加工件接正极，呈收敛形状的绝缘玻璃管电极接负极，在正、负极间施加100～1000V的高压直流电。净化了的酸性溶液通过高压输液泵压入导电密封头进入玻璃管阴极中，使电解液流束“阴极化”而带负电，形成持续液束流，射向加工工件的待加工部位，通过电场的作用，对阳极工件进行溶解加工。电液束加工中既有阳极金属溶解的过程，也有化学加工的作用。实际加工去除率远大于按法拉第定律计算的电化学作用去除的金属量。但存在玻璃管电极易碰碎等缺点。

（2）电液束加工的适用范围 电液束加工适用于不锈钢、高温合金、钛合金、铝合金等材料的优质深小孔、横向连通孔、特殊位置小孔及窄槽的加工。

（3）电液束加工工艺的特点 电液束加工工艺特点见表5.1-51。

表5.1-51 电液束加工工艺特点

（4）电液束加工的应用 中航工业北京航空制造工程研究所针对航空发动机叶片中的气膜冷却小孔、难加工的特殊位置干涉鳃孔、横向椭圆连通孔等，研制了电液束小孔加工设备（DYS—3—30），如图5.1-11a所示。采用CNC数控三坐标联动进给方式，通过程序编制，实现了小孔的自动换位加工、控制及监控系统的一体化集成，集成度高，自动化程度高，加工效率高。小孔直径范围0.25～1.2mm，深径比可达到100∶1。加工后的小孔无再铸层、无微裂纹、无热影响区。同时，采用了离子交换技术对废酸液进行无害化处理。

已加工出无再铸层、无微裂纹、无热影响区（三无）的优质全型叶片，叶片气膜冷却孔进出口光滑、气动性能好，如图5.1-11b所示。

图5.1-11 DYS—3—30电液束小孔加工设备及加工样件

a）电液束小孔加工设备 b）电液束加工的“三无”优质小孔

5.1.4.5 内花键、炮管膛线等内型面加工

1.内花键电解加工工艺

图5.1-12所示为滤油器骨架上的长槽，如采用铣削加工，工件极易变形，且每次只能加工一个长槽，加工效率很低，加工后还要多加一道去毛刺工序。而采用电解加工，仅需3～5min即可加工一件，且槽的边缘十分光滑。

对于内花键等工件，只要加工余量小于2.5mm，都可采用静止或无切入加工的方式，将所需形状精确地加工出来。这种加工方式所用阴极只需按工件形状均匀收缩或放大，无需进行试加工及反复修正。静止或无相对切入的加工方式是经济的，可获得较高精度及较低的表面粗糙度值。在余量小于2.5mm时，应尽可能采用这种加工方式。

加工滤油器骨架长槽时，绝缘套上的槽或阴极上的绝缘片宽度，与加工参数、阴极和工件间的初始或最终间隙有关，需经试验确定。

2.膛线电解加工工艺

对于小口径炮管，若膛线深度小于0.5mm，可采用图5.1-13所示阴极无切入方式进行加工。加工时，阴极在炮管内以一定速度移动，并按膛线要求的螺旋角转动即可。若为大口径炮管，因其膛线深度达几毫米，则需采用表5.1-20中阴极尺寸设计图a所示的三面进给阴极进行加工。阴极的旋转及进给速度则应按膛线的螺旋角大小来确定。

图5.1-12 加工滤油器骨架上的长槽

1—工件 2、4—阴极 3—绝缘套

图5.1-13 拉膛线

1—绝缘片 2—内腔线 3—炮管 4—阴极体

近年来，火炮性能不断提高，炮管膛线已由等齐缠度（膛线螺旋角为定值）发展为混合膛线，即炮管膛线由直线段+不等齐缠度段构成。采用机械拉削加工方式，由于有不等齐缠度膛线，拉削时为防止发生干涉，拉刀工作长度很短，且需采用多组拉刀、多次拉削方式加工，平均加工速度仅为8mm/min。采用电解加工工艺，用1mm厚片状电极移动式加工，所用工具阴极结构简单，易于制作，且加工线型好，复制精度高。但因电极太薄，加工效率很低，阴极移动速度仅为5mm/min左右，如果加工1根3m长的炮管，就需耗费10h。而且由于是片状阴极，对机床进给系统要求也很高，否则炮管膛线将会产生横向波纹或凹凸不平的痕迹。实际生产中采用近似表5.1-20中阴极尺寸设计图a所示的圆锥阴极，其阴极导电部分的径向尺寸由前到后逐渐加大。阴极工作部分长度不能过长，否则易发生干涉；长度若过短，则加工效率低，易产生类似片电极的缺陷。经试验得知，阴极工作段长度以25～28mm为佳，加工效率达到50mm/min。同样是加工3m长的炮管膛线，仅需1h即可。经生产中上千根炮管的加工验证，证明电解加工工艺解决此类工艺难题十分有效，在兵器工业领域有着良好的发展前景。其加工工艺参数见表5.1-52。

表5.1-52 膛线电解加工工艺参数

（续）

3.加工实例

深管螺旋线如图5.1-14所示。

（1）加工设备 DJW—15卧式数控深管型线电解机床。

（2）工艺过程及特点 两轴联动实现螺旋线加工，与一般稳压加工不同的是采用稳流加工方法，以补偿长时间加工出现阴极沉积及其他工艺参数变化导致的加工尺寸的变化，保证加工长度上尺寸的一致性。

（3）工艺参数 加工电压为14～16V；电解液为质量分数15%的NaNO₃水溶液，其工作温度为30～40℃，压力为1.0～1.6MPa；加工速度为40～120mm/min（不同口径和型线深度）；加工精度为0.15mm。

5.1.4.6 整体叶轮加工

图5.1-14 深管螺旋线

整体叶轮是汽轮机、喷气发动机、高推比发动机以及航空机载设备中的重要零件，在高转速、高压或高温条件下工作，要具有结构紧凑、体积小、质量轻、比强度高等特点，制造材料多为不锈钢、钛合金或高温耐热合金等难切削材料。因为整体结构，且叶片型面复杂，制造难度较大。

按其叶片型面的几何特点，整体叶轮可分为等截面叶片整体叶轮和变截面叶片（含变截面扭曲）整体叶轮两类。(https://www.xing528.com)

1.等截面整体叶轮电解加工

等截面型面的整体叶轮、叶栅、叶型的加工广泛采用电解套料方式，精度及效率较高。加工时要根据叶轮材料不同选择不同的电解液和加工电压。

首都机械厂采用小间隙电解加工工艺及特殊阴极结构实现了高精度、低表面粗糙度值叶片型面加工，其加工工艺参数见表5.1-53。

表5.1-53 小间隙电解加工工艺参数

2.变截面整体叶轮电解加工

针对变截面扭曲整体叶轮，可采用机械靠模仿型电解加工技术。它特别适用于直纹扭曲型面，即用直线衍生创成（展成）型面加工。其加工分为两个步骤：一是粗加工（电解开槽），用特制阴极在叶轮的轮盘毛坯上，利用机械靠模仿型电解加工叶间通道，即同时加工成形相邻两叶片中的一个叶盆型面和另一个叶背型面，逐次完成整个轮盘加工；二是精加工（电解磨削），用锥形电解磨轮逐次机械靠模仿型电解磨削叶盆和叶背型面，完成叶轮加工。电解磨削精加工后，也还需要进行手工精抛光，但工作量和劳动强度大大减小。

机械靠模仿型运动的可靠性和准确性还有待提高，在高压电解液喷射的环境中就很难精确保证。此外，零件变更后就要重新修配靠模，生产周期长，柔性很差。

针对上述问题，特别是为了提高加工的柔性，提高仿型运动的精度及运动控制的可靠性和准确性，在机械仿型电解加工的基础上进一步研究开发了多坐标数控展成电解加工技术，详细介绍见5.1.4.9节。

3.加工实例

图5.1-15a、图5.1-15b所示为用电解方法加工的涡轮转子及整体叶轮，工件材质为高温合金，采用套料加工方式，叶盆、叶背一次加工成形，叶片精度0.1mm，表面粗糙度值Ra为0.8μm，每个叶片加工仅需几分钟时间。电解套料加工已成为航空、航天领域优选的工艺方法之一。

图5.1-15c所示的导向环及图5.1-15d所示的叶栅环，材质均为不锈钢，叶片精度为0.1mm，表面粗糙度Ra值为0.8μm。图5.1-15e所示的小导向环材质为钛合金，加工叶片精度及表面精糙度与导向环、叶栅环相同。图5.1-15f所示的静环用铝金制造，加工叶片精度为0.16mm，表面粗糙度Ra值为0.8μm。

图5.1-15 叶轮加工实例

a）涡轮转子 b）整体叶轮 c）导向环 d）叶珊环 e）小导向环 f）静环

图5.1-15b所示的整体叶轮加工的工艺过程及特点如下。

（1）加工设备DJL—05立式数控电解机床（带数控分度转台）。

（2）工艺过程及特点 采用直流套料加工方式，对刀并以确定的初始加工间隙开始进行加工，加工结束后退出并由数控转台进行分度，再进行下一循环加工。整个加工过程自动进行。

（3）工艺参数 加工电压为12～18V；电解液为质量分数10%～16%的NaNO₃水溶液，工作温度为（35±1）℃，压力为10～25MPa；加工速度为3～7mm/min；加工精度为±0.05mm。

5.1.4.7 电解去毛刺、倒圆角

电解去毛刺和倒圆角是一种非常简单易行的工艺方法。由于电解去毛刺的加工间隙较大，加工时间又很短，所以工具阴极与工件相对位置固定不需作进给运动。因此，机床不需要工作进给系统及相应的控制系统，实施起来相对电解加工要简便得多。该工艺已在航空、航天、汽车的液压件、叶片榫齿、齿轮等产品的制造中得到了广泛应用，不仅提高了生产效率，也使生产质量及产品的使用寿命有了明显的提高。

1.电解去毛刺的工作原理

如图5.1-16所示，当两个电极间有电流通过时，电极尖角处的电流密度总是高于其他处。因此，可将阴极的尖角总是靠近毛刺的根部，使毛刺从根部溶解、脱落。为在去毛刺过程中得到光滑的圆角，要通过试验来确定电解间隙x及电极尖角至工件毛刺根部的垂直距离y。如果零件的精度很高，为了缩短去毛刺的时间，减少杂散腐蚀，电解间隙x取0.08～0.1mm，不超过0.4mm。如果零件已加工面防护得非常好，则可不受此例限制。为得到适当的圆角，应使阴极的尖端比毛刺根部稍低，且y值大小与x大致相当。

2.电解去毛刺工艺

（1）电解液 为减小杂散腐蚀，电解液的质量分数比其他电解加工低。根据产品材质的不同，可加入不同的添加剂，如缓蚀剂、络合剂等。还可配制各种不同的复合电解液。几种常用的电解液及其质量分数见表5.1-54。

表5.1-54 电解去毛刺常用的电解液及其浓度

（2）电解液的流向 电解液的流向应将毛刺冲离工件和阴极。表5.1-55中给出的几种电解液流动方向都符合要求。

图5.1-16 电解去毛刺原理示意图

表5.1-55 孔类零件电解去毛刺常采用的电解液流向

（3）工艺参数 电解去毛刺工艺参数见表5.1-56。

表5.1-56 电解去毛刺工艺参数

由于去毛刺的速度很快，工时很短，所以机床以多工位为主。固定工件和阴极的夹具多数采取气动半自动夹紧方式，以节省辅助时间。为简化机构，阴极的头部往往用来定位，颈部则用于去毛刺。图5.1-17所示为发动机缸体去毛刺专用机床外观。图5.1-18所示为几种典型去毛刺工件。表5.1-57给出了部分电化学去毛刺机床生产厂。表5.1-58给出了部分电化学去毛刺机床的主要技术参数。

图5.1-17 电化学去毛刺机床外观图

a）发动机缸体去毛刺机 b）汽车零部件电化学去毛刺机 c）锌合金专用去毛刺机

图5.1-18 几种典型去毛刺工件

表5.1-57 电化学去毛刺机床部分生产厂

表5.1-58 部分电化学去毛刺机床的主要技术参数

5.1.4.8 其他电解加工

其他电解加工简介见表5.1-59。

表5.1-59 其他电解加工

（续）

（续）

5.1.4.9 电解加工新技术、新工艺、新应用

随着计算机控制技术在电解加工设备与过程、参数的控制中应用的不断深入；在微精加工领域，电解加工已展现出了许多新的应用前景。同时，英、美、德等国的公司已较好地解决了电解加工过程中的环境保护问题（成本较高），使电解加工的应用进一步扩展。

1.脉冲电流电解加工

脉冲电解加工是以周期间歇脉冲供电代替连续直流供电的电解加工方法。脉冲电解加工技术从根本上改善了电解加工间隙的流场、电场及电化学过程，从而可采用较小的加工间隙，得到较高的集中蚀除能力，在保证加工效率的条件下大幅度提高了电解加工精度。

脉冲电流电解加工工艺的特点见表5.1-60。

表5.1-60 脉冲电流电解加工工艺的特点

在某些脉冲电解加工系统中，工具采取往复运动方式。在脉间的时候工具电极回退，以加强电解液冲刷和产物排出的效果；在脉间结束时，采用零位对刀方式进行加工间隙的检测，然后调整间隙到所需要的值。这种周期往复运动改善了加工的稳定性和保证了加工过程的重复性，提高了加工精度。其缺点是增加了系统的复杂性，降低了加工速度。

2.精密电解加工（PECM）技术

（1）PECM技术的特点及优势PECM精密电解加工技术是在传统直流和脉冲电解加工基础上发展起来的先进的特种精密加工技术，它大幅提高了传统电解加工的精度，其加工的精度已达到微米级，同时解决了大流量电解液高精密在线过滤和产物无害化处理等问题，是电解加工技术革命性的突破，代表了未来电解加工技术发展的方向。近年来，国外迅猛研究发展该技术，并已达到工程化要求，在中、小型难加工材料整体复杂结构件精密加工方面已成功应用。

与传统电解加工技术相比，PECM技术采用了高频超小脉宽的脉冲加工电源与振动的加工电极相结合的电解加工方法，通过高频脉冲加工电压与低频振动电极的同步，实现了极小间隙的定域加工，从而获得了高精度的加工结果。PECM与传统电解加工（ECM）的比较见表5.1-61。

表5.1-61 PECM与ECM的比较

（2）PECM设备特点PECM的设备应具有如下特点：

1）阴极工具进行30～50Hz的机械振动。

2）脉冲电流的脉宽与频率可以根据加工材料与工艺的需要，通过控制系统进行任意的编程控制，以达到精细加工的目的。

3）可实现正负脉冲的随意叠加与组合，满足各种研发需要。

4）可随时从ECM模式切换到PECM模式，实现更高精度。

5）可以实现智能短路识别，系统可识别电流波形的异常变化，实现自动断电停机。短路保护时间为200ns。

6）控制系统智能化，包括如下方面：

① 可实现pH值自动控制。

② 压力控制自动化，PECM的压力通常为0.1～0.6MPa，ECM通常为2MPa。

③ 传导率自平衡。

④ 衡温控制，一般设置为（20±1）℃。

图5.1-19～图5.1-21所示为国外主要公司研制的精密电解加工设备及其加工工件。其中，图5.1-19所示为德国Pemtec公司的单轴立式精密电解加工设备及配套的电源和输液系统；图5.1-20所示为英国Electrosion公司的4轴数控精密电解加工设备及其精加工的高压压气机叶片；图5.1-21所示为德国Emag Ecm公司的全新多轴6坐标精密电解加工设备及其精加工的发动机整体叶盘。

（3）加工实例 两种零件的工艺特点及工艺参数见表5.1-62。

图5.1-19 德国Pemtec公司的单轴立式精密电解加工设备及配套的电源和输液系统

图5.1-20 英国Electrosion公司的4轴数控精密电解加工设备及其精加工的高压压气机叶片

图5.1-21 德国Emag Ecm公司的全新多轴6坐标精密电解加工设备及其加工的发动机整体叶盘

表5.1-62 两种零件的工艺特点及工艺参数

（续）

图5.1-23～5.1-25所示为PECM精密电解加工技术的独特应用实例。

3.数控展成电解加工

图5.1-22 电动剃须刀网状刀片

数控展成电解加工技术是一种将数控技术和电解加工技术相结合的新型制造技术，主要以中、大批量生产的难切削材料制造的复杂型面零件为应用对象。由于电解加工的影响因素众多、准备时间长等不利因素影响了它的发展和应用。为简化工具设计，减少生产准备时间，使电解加工在小批量，甚至单件生产中得以应用，研制了采用简单形状电极的数控电解加工技术。数控电解加工采用与数控铣相仿的工作方式，使用简单形状电极进行多维运动，加工出所需工件形状，如图5.1-26所示。它不需针对每一种新零件制造专用电极，可显著缩短生产准备时间。另外，由于实际加工面积大为减小，因此可用小电源加工大零件，降低了对电源容量的要求。数控电解加工集成了电解加工的无工具损耗、不受材料硬度影响的优点和数控加工的柔性与自动化优势，但加工速度比较低。

图5.1-23 球型镜面加工

图5.1-24 硬质合金加工

图5.1-25 深小异形群孔加工

在数控电解加工中，电极的几何形状和结构显著地影响着电解液流动、电场分布和间隙分布。柱状电极、球头电极、片状电极和锥状电极各具特色，如柱状电极或片状电极由于加工面积较大，所以加工速度较快；球头电极适应性广，具有更大的柔性。

在数控电解加工中，在不需要加工但暴露在电解液和电场下的表面上如何有效地控制杂散腐蚀，提高电化学溶解的定域性需要重点关注。同时，间隙分布问题也要考虑。在有些场合，工件成形是由侧面间隙决定的，而侧面间隙会受到进给速度等因素的影响。在精度要求较高的加工场合，这些变化所带来的影响在制订工具走刀轨迹时需要加以考虑。相比之下，采用导电磨头的数控三维电解磨削则没有上述问题，所以它可获得较高的加工精度。

4.电解微细加工

微细加工是目前世界制造业所关注的一个重要发展方向。在电解加工中，材料去除是以离子溶解的形式进行的。这种微去除方式使得电解加工具有微细加工的可能。在微细加工过程中，应对工具结构、电解液流动、杂散腐蚀等问题进行重点关注。

图5.1-26 数控电解加工示意图

1—工具阴极 2—加工表面 3—工件

电解微细加工已成功地应用在电子工业中微、小零件的电化学蚀刻中。与传统化学蚀刻相比，电化学法更容易控制和维护，对环境的影响也小得多。电化学蚀刻可分为有遮蔽蚀刻和无遮蔽蚀刻。有遮蔽蚀刻如图5.1-27所示。在遮蔽电解蚀刻中，常用光敏材料在待加工材料上制成特定图案的遮蔽层，未被保护的材料在电解作用下逐渐腐蚀直达到所需要的深度。这种工艺被应用在高速打印机的打印带、印制板等电子产品的制造上。

图5.1-27 单侧电化学蚀刻

1—光敏材料 2—金属板材（阳极） 3—流量计 4—过滤器 5—压力表 6—泵 7—底座 8—工作台 9—阴极 10—阀门

图5.1-28 微细电解液流喷射加工原理

无遮蔽电化学微蚀刻需要去除过程具有高度的选择性，可用微细电解液射流来实现。采用微电解液射流蚀刻技术在滚动轴承上加工出微小的储油坑，原理如图5.1-28所示。采用计算机控制喷嘴位置和通电时间，在加工中，电解液流不仅限定了加工范围，还具有排除产物和清除钝化膜的作用。加工出的微坑光滑且无内应力、微裂纹等缺陷。

加工间隙直接影响电解加工精度，通过减小间隙可实现电解微细加工。通过降低加工电压和电解液浓度，成功地将加工间隙控制在10μm以下。采用微动进给和金属微管电极，在0.2mm的镍板上加工出了0.17mm的小孔。

在微细轴类零件的光整加工中，采用类似微细线电极电火花磨削（WEDG）的方式，运动的金属丝作为阴极，在阳极轴和阴极丝之间喷电解液，使轴表面产生电化学微腐蚀，如图5.1-29所示。已应用在直径数十微米小轴的抛光中，但要注意采取有效措施严格控制蚀除量。

5.在线电解修整砂轮磨削技术

金属结合剂超硬磨料砂轮在线电解修整（简称ELID）磨削技术，是国外先发展起来的一种“硬脆材料”精密和超精密加工技术。应用ELID磨削技术，可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削。图5.1-30所示为平面、内圆、外圆3种磨削方式的ELID磨削原理示意图。它针对金属结合剂金刚石和CBN砂轮难于修整的特点，利用在线电解修整作用连续修整砂轮来获得恒定的出刃高度和良好的容屑空间。同时，随着电解过程的进行，在砂轮表面逐渐形成一层钝化膜，阻止电解过程继续进行，使砂轮损耗不致太快，当砂轮表面的磨粒磨损后，钝化膜被工件表面磨屑刮擦去除，电解过程得以继续进行，对砂轮表面进行修整。上述过程循环进行避免了砂轮过快消耗，又自行保持了砂轮表面的磨削能力。

图5.1-29 微细轴的电解光整加工

图5.1-30 平面、外圆和内圆的ELID磨削原理示意图

a）平面ELID b）外圆ELID c）内圆ELID

1—磨削液喷嘴 2—电源 3—电极 4—CIFB砂轮 5—工件 6—工作台

磨削液的性能对ELID磨削有重要影响。ELID磨削采用弱电解质的水溶液，该液体既要具有电解性能又要作为磨削液使用，还要对机床没有腐蚀作用。电解时，在砂轮表面发生阳极反应，金属结合剂逐渐被去除，但作为阴极的工具电极基本上不被电解。因此，电极无损失。电解所用的电源可以是直流电源、脉冲电源或交流电源，但以高频直流脉冲电源效果最好。ELID磨削所用的金属结合剂砂轮主要有铸铁纤维结合剂（CIFB）、铸铁结合剂（CIB）、铁基结合剂（IB）、钴基结合剂（CB）、镍基结合剂（NB）及青铜结合剂（BB）等。结合剂的种类不同，在ELID磨削中的适应性、氧化膜的性质、磨削效率、磨削比，以及磨削表面加工质量也不同。ELID磨削中使用的主要是铸铁纤维和铸铁结合剂砂轮。