電解去毛刺加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展（中） 波蘭Cracow金屬切削學(xué)院的A.Ruszaj和J.Cekaj教授利用形似球頭銑刀的工具陰極，進(jìn)行了型面光整加工的試驗(yàn)研究，取得了形狀誤差小于0.01mm的加工效果，從而證明了該工藝在模具的光整加工方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
美國、英國、俄羅斯都高度重視數(shù)控電解加工技術(shù)的研究并已得到應(yīng)用，在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)及航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制中發(fā)揮了重要作用。美國 GE 公司和德國DORNER公司的五軸數(shù)控電解加工，美國、俄羅斯仿形電解加工帶冠整體葉輪代表了數(shù)控電解加工整體葉輪的先進(jìn)水平。
在國內(nèi)，南京航空航天大學(xué)從20世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)行數(shù)控展成電解加工工藝技術(shù)的研究，已在電解加工設(shè)備研制、加工機(jī)理研究、控制軟件編制及工藝試驗(yàn)等方面均取得了重要進(jìn)展[8-10]。具體研究內(nèi)容包括以下幾方面。
（1）設(shè)備研制。研制了五軸數(shù)控電解加工機(jī)床及配套的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)床具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸及2個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，各軸均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
（2）成形規(guī)律研究。研究了棒狀外噴式陰極、三角形截面內(nèi)噴式陰極、矩形截面內(nèi)噴式陰極三種狀況下展成電解加工間隙隨一些主要工藝參數(shù)變化的規(guī)律。
（3）陰極設(shè)計(jì)。針對整體葉輪結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造出了新穎結(jié)構(gòu)的組合式開槽陰極及矩形截面整體式型面精加工陰極，很好地解決了加工過程中易產(chǎn)生的陰極短路燒傷問題。
（4）加工軟件開發(fā)。針對整體葉輪的開槽加工及型面精加工,開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)控展成電解加工軟件，具有葉片型面的數(shù)據(jù)處理、數(shù)控加工的展成運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算及整體葉輪的三維型面幾何造型等功能。
（5）加工工藝試驗(yàn)。包括直紋面、非直紋面整體葉（渦）輪及帶冠整體葉輪的展成電解加工、葉片型面電解拋光與五軸聯(lián)動(dòng)電解磨削等。
4 加工間隙的檢測與控制
電解加工是一個(gè)復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)。由于加工間隙處于電場和流場的共同作用下，是時(shí)間和空間的變化函數(shù)，且空間極小，因而在加工過程中適時(shí)測量非常困難，特別是對于三維空間的間隙，至今尚無成熟的采樣方案的實(shí)際應(yīng)用。但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、測試技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電源技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，測控過程中存在的難題將逐一得到解決，并zui終實(shí)現(xiàn)在線測控加工間隙。
近階段，加工間隙的檢測與控制的研究引起了眾多關(guān)注，研究主要集中在以下方面。
（1）采用循環(huán)迭代間隙控制方案，快速調(diào)整工具進(jìn)給速度，使之近似等于工件去除速度，從而地維持恒定的小間隙，并利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建電解加工控制系統(tǒng)[11]。
（2）把加工電流或流體作用在陰極上的六維力作為研究參數(shù)，用zui小二乘多變元線性擬合法，分別建立平面、斜面陰極加工電流或六維力與加工間隙之間的關(guān)系式，用葉片型面加工數(shù)據(jù)對建立的關(guān)系式進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，得到zui終的修正關(guān)系式。所得關(guān)系式在±15%的誤差范圍內(nèi)可用于在線檢測加工間隙[12-13]。
（3）采集真實(shí)電解加工過程中陰極表面上的力信號(hào)，利用小波變換和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)間隙的在線通報(bào)，并設(shè)計(jì)模糊控制器。把間隙的誤差轉(zhuǎn)化為力的誤差及誤差的變化信號(hào)，以此作為模糊控制器的輸入，以加工電壓的增量作為模糊控制器輸出，實(shí)現(xiàn)對間隙的控制。在Matlab的simulink模塊中建立了由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制器和電解加工系統(tǒng)聯(lián)合組成的智能控制系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)行仿真試驗(yàn)[14]。
（4）針對高頻窄脈沖電解加工，對加工間隙進(jìn)行建模分析，提出了間隙平均電流檢測法。通過測量相鄰一組平均電流及其方差這2個(gè)參數(shù)判斷間隙狀態(tài)，從而對進(jìn)給速度、進(jìn)給方向進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，地維持恒定的小間隙，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的加工[15]。
5 磁場提高電解加工精度的研究
這項(xiàng)技術(shù)早期研究較多的是磁場對電解磨削、電解拋光的影響。近年來，國內(nèi)開展了電解成型加工疊加磁場的研究。
西安工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了磁場影響電場的仿真試驗(yàn)及在電解加工裝置上疊加磁場的加工工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，電解加工過程中疊加磁場會(huì)改變原有電場分布，進(jìn)而改變間隙流場的分布，從而有利于解決以往電解加工過程中的雜散腐蝕現(xiàn)象，提高電解加工的質(zhì)量。只有在疊加磁場方向垂直于電場方向且N 極指向電場疊加磁場時(shí), 對電場均布有較明顯的作用[16]。此外，采取切割流線的方向疊加磁場，洛侖茲力的作用有利于成股的束流展開；磁場可以減小電解液的粘度，改善其流動(dòng)性能，有利于及時(shí)排走電解產(chǎn)物和熱量，改善加工條件，提高加工穩(wěn)定性[17]。
近期又提出了將多極內(nèi)封閉漸變磁路和多極外封閉漸變磁路組合后嵌入電解加工裝置的方法, 可消除分股束流、空穴，改善電解加工流場, 改善工件表面粗糙度；提高集中蝕除的能力，有效減輕雜散腐蝕[18]。
除了上述五大研究方向之外，葉片及整體葉輪加工、炮管膛線加工、周期循環(huán)電解加工、電解加工中管理系統(tǒng)的開發(fā)等工藝技術(shù)的研究均有所創(chuàng)新或突破。
設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用
電解去毛刺加工是一種制造技術(shù)，常要求設(shè)備研發(fā)在工藝技術(shù)之前。甚至可以說，許多工藝技術(shù)必須建立在先有硬件的基礎(chǔ)之上（如微秒級脈沖電流加工、振動(dòng)進(jìn)給加工等）。
電解加工的設(shè)備主要包括機(jī)床、電源和電解液系統(tǒng)3個(gè)主要實(shí)體以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)。
本文由電火花線切割、中走絲線切割、數(shù)控線切割機(jī)床、取斷絲錐機(jī)，數(shù)控孔加工機(jī)-蘇州中航長風(fēng)數(shù)控科技有限公司整理發(fā)布。 |
