電化學加工的方法
2023-06-04 19:25:11 3
專利名稱：電化學加工的方法
電化學加工的方法相關申請的交叉引用本申請要求於2010年8月20日提交的國際申請PCT/RU2010/000472的權益。該申請的內容在此通過引用全文併入。
背景技術：
本發明涉及金屬和合金的電化學加工(ECM)，且更特別地涉及高精密尺度的電化學加工。本發明可以用於在複雜成形的表面上形成規則的納米層和微米層。與機械方法和熱能方法相比，電化學加工的最重要的優點包括不存在工具磨損且生產率獨立於待加工的材料的強度和剛度。然而，至近十年電化學加工一直很少用於精製工件加工階段，因為其一直不能夠提供加工表面所需的仿形精度和質量。例如，在許多情況下不能滿足與使加工誤差降低至小於IOym並使粗糙度誤差降低至小於Ra 0. Iym相關的技術要求。
決方案。就此而言，使用根據本發明的振蕩的加工電極進行脈衝電化學加工的方法被認為是有前途的方法。1980 年 7 月 22 日的出版物 US 4，213，834，IPC B23H3/02、B23H3/00、B23P1/14 公開了一種電化學加工的方法，在該方法中，具有電壓脈衝(當使用電流源時)的形狀變化特性的信號用於以小的電極間間隙值來執行過程。特別地，在脈衝期間，所使用的信號與在電極處的第二電壓導數的最大值成比例。該方法的缺點在於以下事實當加工具有大的未絕緣的側表面的特定工件時，高的電流通過這些表面，從而將工作電流分流。在這種情況下，由於前面的電極間間隙處的處理，具有電壓脈衝的形變特性的信號將非常弱。例如，這發生在將具有複雜橫截面的三維加工電極切割到工件中的階段或在用具有未絕緣的側表面的管穿出小直徑開口的過程等。 與關於間隙大小的不可靠的數據有關的另一個問題在於下述事實由於成穴現象或由停滯區域的形成引起的電解液電導率的局部改變而不是由於電極間間隙改變，所以經常發生電壓脈衝形狀的特性失真。1977年的出版物SU717847，IPC B23H 3/02公開了一種用於電化學尺度加工的方法，其中，使用具有陡峭的電流電壓特性的脈衝電源，同時其中一個電極是振蕩的並且在電極彼此相向移動時的階段期間施加電壓脈衝來進行加工，其中通過分別選擇電極彼此相向移動時和電極彼此相背移動時的位置處的電壓尖峰來控制當前電壓脈衝，通過改變電極間間隙的入口處的電解液壓力來調整電壓峰值。該方法的主要缺點在於下述事實未考慮當在小的電極間間隙值(小於0. 02mm) 下執行過程和對相對大的面積(尤其是高於15cm2)進行電化學加工時發生的臨界條件特徵。這些特徵被視作電壓脈衝、電阻或電流的波形圖的失真。當在低的電極間間隙值下進行電化學加工時，過程行為的這些特徵反映機器的加工系統的特定的動態特性和靈活性， 特別地通過顯示與電極振蕩的正弦曲線的顯著偏離，並且因此，間隙的曲線在鄰近其較低位置的相位的電極軌道的位置處發生改變。過程行為的所述特徵被視作例如特定參數的波形圖的規則形狀的失真並預期電極間間隙的短路故障。然而，由於未獲知電極間間隙處發生的臨界條件的特徵標誌物(或信號)，所以當在低的電極間間隙值下執行過程時，已知的方法不允許檢測電極間間隙處的臨界條件。缺少這樣的數據不允許基於主要結果因素來提供穩定的技術結果並使其必須在大的電極間間隙處進行加工，這又導致減小的與加工生產率、準確性和質量有關的過程特性以及增大的電化學加工過程的功率消耗。1995年7月9日公布的專利RU 2038928，IPC B23H3/02公開了一種使用具有陡峭的電流電壓特性的脈衝電源來進行電化學尺度加工的方法。當其中一個電極是振蕩的並且當電極彼此相向移動時的階段期間施加電壓脈衝時來進行加工，其中通過選擇電極彼此相向移動時的位置處的前沿電壓尖峰和電極彼此相背移動時的位置處的後沿電壓尖峰來控制當前電壓脈衝，相對於當電極彼此相向移動到最小距離時的瞬間來調整脈衝供應瞬間以便使前沿電壓尖峰與後沿電壓尖峰相等，當電壓尖峰普遍在電極彼此相向移動的位置處時脈衝供應被延時，當電壓尖峰普遍在電極彼此相背移動的位置處時脈衝電壓被提前施力口，加工電極進給速率被增大直至第三局部電壓極值在脈衝的中間形成並維持以便遵循下面的關係
權利要求
1.一種使用電流脈衝來在中性電解液中進行電化學加工的方法，所述電流脈衝與對應於電極間間隙中的電解液壓力的最大值的振蕩相位同步，其中依賴于振蕩的預定頻率和幅度來選擇加工電極的振蕩模式和電極靠近速度，所述電極靠近速度被選擇以提供不超過所述電極間間隙處的所述電解液壓力的可接受的最大值Pmax的所述電極間間隙處的所述電解液壓力的最大值Pmax α)。
2.一種使用電流脈衝來在中性電解液中進行電化學加工的方法，所述電流脈衝與對應於電極間間隙中的電解液壓力的最大值的振蕩相位同步，其中依賴于振蕩的預定頻率和幅度來選擇加工電極的振蕩模式和電極靠近速度，所述方法還包括以下控制步驟當所述電極間間隙處的所述電解液壓力的最大值Pmax(t)高於所述電極間間隙處的所述電解液壓力的可接受的最大值Pmax時，減小所述電極靠近速度，而當所述電極間間隙處的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t)低於所述電極間間隙處的所述電解液壓力的所述可接受的最大值 Pfflax時，增大所述電極靠近速度，所述電極間間隙處的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t) 被維持在範圍0. SPfflax彡Pfflax(t)彡Pfflax內。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在高於所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述可接受的最大值Pmax的所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述最大值 Pfflax(t)下使用所述加工電極的諧波正弦振蕩時，減小所述加工電極的振蕩頻率，而在低於所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述可接受的最大值Pmax的所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t)下使用所述振蕩時，增大所述加工電極的振蕩頻率。
4.一種用於在中性電解液中進行電化學加工的裝置，所述裝置包括電流脈衝發生器，其用於產生與對應於電極間間隙中的電解液壓力最大值的振蕩相位同步的電流脈衝，以及振蕩的加工電極，其中以使所述電極間間隙中的所述電解液的最大值Pmax(t)不超過所述電極間間隙中的所述電解液的可接受的最大值Pmax的方式來基於預定頻率和幅度選擇所述電極的形狀和靠近速度。
5.一種用於在中性電解液中進行電化學加工的裝置，所述裝置包括電流脈衝發生器，其用於產生與對應於電極間間隙中的電解液壓力最大值的振蕩相位同步的電流脈衝，振蕩的加工電極，其中基於預定頻率和幅度來選擇所述電極的形狀和靠近速度，以及控制單元，其用於以下述方式來控制過程當所述電極間間隙中的所述電解液壓力的最大值Pmax(t)高於所述電極間間隙中的所述電解液壓力的可接受的最大值Pmax時， 減小所述電極靠近速度，而當所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t) 低於所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述可接受的最大值Pmax時，增大所述電極靠近速度，所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t)被維持在範圍 0. SPfflax ^ Pfflax (t) ^Pfflax 內。
6.一種製造物品，其由金屬或金屬合金製成，所述物品通過權利要求2所述的方法獲得，其中所述物品具有特徵為粗糙度小於Ra 0. 1 μ M的規則的表面層。
全文摘要
本發明涉及金屬和合金的電化學加工的方法，更特別地涉及高精度尺寸的電化學加工。本發明可用於在複雜成形表面上形成規則納米層和微米層。公開了一種使用與對應於電極間間隙中的電解液壓力最大值的振蕩相位同步的電流脈衝來在中性電解液中進行電化學加工的方法，其中以特定的方式設定預定頻率和幅度時的加工電極的振蕩模式和電極靠近速度，特徵在於，以使電極間間隙處的電解液壓力的最大值Pmax(t)不超過電極間間隙處的電解液壓力的可接受的最大值Pmax的方式來設定電極靠近速度。本發明使用振蕩的加工電極，通過調整最大壓力值並確保最小電極間間隙與最大電解液壓力的最優組合的瞬時的供應電流脈衝的可能性來允許提高精度，同時維持電化學加工的生產率。
文檔編號B23H3/00GK102380676SQ201110132338
公開日2012年3月21日 申請日期2011年5月20日 優先權日2010年8月27日
發明者亞歷山大·尼古拉耶維奇·扎伊特瑟夫, 尼克雷·瓦萊裡維奇·謝拉夫基, 提姆菲·弗拉基米羅維奇·科薩列夫, 裡納特·米亞薩若維奇·薩拉赫丁諾夫 申請人:Pecm工業有限責任公司