專利名稱：電化學(xué)加工的方法
電化學(xué)加工的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2010年8月20日提交的國(guó)際申請(qǐng)PCT/RU2010/000472的權(quán)益。該申請(qǐng)的內(nèi)容在此通過(guò)引用全文并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及金屬和合金的電化學(xué)加工(ECM)，且更特別地涉及高精密尺度的電化學(xué)加工。本發(fā)明可以用于在復(fù)雜成形的表面上形成規(guī)則的納米層和微米層。與機(jī)械方法和熱能方法相比，電化學(xué)加工的最重要的優(yōu)點(diǎn)包括不存在工具磨損且生產(chǎn)率獨(dú)立于待加工的材料的強(qiáng)度和剛度。然而，至近十年電化學(xué)加工一直很少用于精制工件加工階段，因?yàn)槠湟恢辈荒軌蛱峁┘庸け砻嫠璧姆滦尉群唾|(zhì)量。例如，在許多情況下不能滿足與使加工誤差降低至小于IOym并使粗糙度誤差降低至小于Ra 0. Iym相關(guān)的技術(shù)要求。
決方案。就此而言，使用根據(jù)本發(fā)明的振蕩的加工電極進(jìn)行脈沖電化學(xué)加工的方法被認(rèn)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(kāi)了一種電化學(xué)加工的方法，在該方法中，具有電壓脈沖(當(dāng)使用電流源時(shí))的形狀變化特性的信號(hào)用于以小的電極間間隙值來(lái)執(zhí)行過(guò)程。特別地，在脈沖期間，所使用的信號(hào)與在電極處的第二電壓導(dǎo)數(shù)的最大值成比例。該方法的缺點(diǎn)在于以下事實(shí)當(dāng)加工具有大的未絕緣的側(cè)表面的特定工件時(shí)，高的電流通過(guò)這些表面，從而將工作電流分流。在這種情況下，由于前面的電極間間隙處的處理，具有電壓脈沖的形變特性的信號(hào)將非常弱。例如，這發(fā)生在將具有復(fù)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(cè)表面的管穿出小直徑開(kāi)口的過(guò)程等。 與關(guān)于間隙大小的不可靠的數(shù)據(jù)有關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題在于下述事實(shí)由于成穴現(xiàn)象或由停滯區(qū)域的形成引起的電解液電導(dǎo)率的局部改變而不是由于電極間間隙改變，所以經(jīng)常發(fā)生電壓脈沖形狀的特性失真。1977年的出版物SU717847，IPC B23H 3/02公開(kāi)了一種用于電化學(xué)尺度加工的方法，其中，使用具有陡峭的電流電壓特性的脈沖電源，同時(shí)其中一個(gè)電極是振蕩的并且在電極彼此相向移動(dòng)時(shí)的階段期間施加電壓脈沖來(lái)進(jìn)行加工，其中通過(guò)分別選擇電極彼此相向移動(dòng)時(shí)和電極彼此相背移動(dòng)時(shí)的位置處的電壓尖峰來(lái)控制當(dāng)前電壓脈沖，通過(guò)改變電極間間隙的入口處的電解液壓力來(lái)調(diào)整電壓峰值。該方法的主要缺點(diǎn)在于下述事實(shí)未考慮當(dāng)在小的電極間間隙值(小于0. 02mm) 下執(zhí)行過(guò)程和對(duì)相對(duì)大的面積(尤其是高于15cm2)進(jìn)行電化學(xué)加工時(shí)發(fā)生的臨界條件特征。這些特征被視作電壓脈沖、電阻或電流的波形圖的失真。當(dāng)在低的電極間間隙值下進(jìn)行電化學(xué)加工時(shí)，過(guò)程行為的這些特征反映機(jī)器的加工系統(tǒng)的特定的動(dòng)態(tài)特性和靈活性， 特別地通過(guò)顯示與電極振蕩的正弦曲線的顯著偏離，并且因此，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(fā)生改變。過(guò)程行為的所述特征被視作例如特定參數(shù)的波形圖的規(guī)則形狀的失真并預(yù)期電極間間隙的短路故障。然而，由于未獲知電極間間隙處發(fā)生的臨界條件的特征標(biāo)志物(或信號(hào))，所以當(dāng)在低的電極間間隙值下執(zhí)行過(guò)程時(shí)，已知的方法不允許檢測(cè)電極間間隙處的臨界條件。缺少這樣的數(shù)據(jù)不允許基于主要結(jié)果因素來(lái)提供穩(wěn)定的技術(shù)結(jié)果并使其必須在大的電極間間隙處進(jìn)行加工，這又導(dǎo)致減小的與加工生產(chǎn)率、準(zhǔn)確性和質(zhì)量有關(guān)的過(guò)程特性以及增大的電化學(xué)加工過(guò)程的功率消耗。1995年7月9日公布的專利RU 2038928，IPC B23H3/02公開(kāi)了一種使用具有陡峭的電流電壓特性的脈沖電源來(lái)進(jìn)行電化學(xué)尺度加工的方法。當(dāng)其中一個(gè)電極是振蕩的并且當(dāng)電極彼此相向移動(dòng)時(shí)的階段期間施加電壓脈沖時(shí)來(lái)進(jìn)行加工，其中通過(guò)選擇電極彼此相向移動(dòng)時(shí)的位置處的前沿電壓尖峰和電極彼此相背移動(dòng)時(shí)的位置處的后沿電壓尖峰來(lái)控制當(dāng)前電壓脈沖，相對(duì)于當(dāng)電極彼此相向移動(dòng)到最小距離時(shí)的瞬間來(lái)調(diào)整脈沖供應(yīng)瞬間以便使前沿電壓尖峰與后沿電壓尖峰相等，當(dāng)電壓尖峰普遍在電極彼此相向移動(dòng)的位置處時(shí)脈沖供應(yīng)被延時(shí)，當(dāng)電壓尖峰普遍在電極彼此相背移動(dòng)的位置處時(shí)脈沖電壓被提前施力口，加工電極進(jìn)給速率被增大直至第三局部電壓極值在脈沖的中間形成并維持以便遵循下面的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種使用電流脈沖來(lái)在中性電解液中進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，所述電流脈沖與對(duì)應(yīng)于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(yù)定頻率和幅度來(lái)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(guò)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)。
2.一種使用電流脈沖來(lái)在中性電解液中進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，所述電流脈沖與對(duì)應(yīng)于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(yù)定頻率和幅度來(lái)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(dāng)所述電極間間隙處的所述電解液壓力的最大值Pmax(t)高于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(shí)，減小所述電極靠近速度，而當(dāng)所述電極間間隙處的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t)低于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(shí)，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) 被維持在范圍0. SPfflax彡P(guān)fflax(t)彡P(guān)fflax內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在高于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(shí)，減小所述加工電極的振蕩頻率，而在低于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(shí)，增大所述加工電極的振蕩頻率。
4.一種用于在中性電解液中進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置，所述裝置包括電流脈沖發(fā)生器，其用于產(chǎn)生與對(duì)應(yīng)于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沖，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(guò)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(lái)基于預(yù)定頻率和幅度選擇所述電極的形狀和靠近速度。
5.一種用于在中性電解液中進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置，所述裝置包括電流脈沖發(fā)生器，其用于產(chǎn)生與對(duì)應(yīng)于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沖，振蕩的加工電極，其中基于預(yù)定頻率和幅度來(lái)選擇所述電極的形狀和靠近速度，以及控制單元，其用于以下述方式來(lái)控制過(guò)程當(dāng)所述電極間間隙中的所述電解液壓力的最大值Pmax(t)高于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(shí)， 減小所述電極靠近速度，而當(dāng)所述電極間間隙中的所述電解液壓力的所述最大值Pmax(t) 低于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(shí)，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)被維持在范圍 0. SPfflax ^ Pfflax (t) ^Pfflax 內(nèi)。
6.一種制造物品，其由金屬或金屬合金制成，所述物品通過(guò)權(quán)利要求2所述的方法獲得，其中所述物品具有特征為粗糙度小于Ra 0. 1 μ M的規(guī)則的表面層。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬和合金的電化學(xué)加工的方法，更特別地涉及高精度尺寸的電化學(xué)加工。本發(fā)明可用于在復(fù)雜成形表面上形成規(guī)則納米層和微米層。公開(kāi)了一種使用與對(duì)應(yīng)于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沖來(lái)在中性電解液中進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，其中以特定的方式設(shè)定預(yù)定頻率和幅度時(shí)的加工電極的振蕩模式和電極靠近速度，特征在于，以使電極間間隙處的電解液壓力的最大值Pmax(t)不超過(guò)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(lái)設(shè)定電極靠近速度。本發(fā)明使用振蕩的加工電極，通過(guò)調(diào)整最大壓力值并確保最小電極間間隙與最大電解液壓力的最優(yōu)組合的瞬時(shí)的供應(yīng)電流脈沖的可能性來(lái)允許提高精度，同時(shí)維持電化學(xué)加工的生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)B23H3/00GK102380676SQ201110132338
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者亞歷山大·尼古拉耶維奇·扎伊特瑟夫, 尼克雷·瓦萊里維奇·謝拉夫基, 提姆菲·弗拉基米羅維奇·科薩列夫, 里納特·米亞薩若維奇·薩拉赫丁諾夫 申請(qǐng)人:Pecm工業(yè)有限責(zé)任公司