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)申請的交叉引用本申請要求于2011年1月12日提交的俄羅斯申請RU 2011101119的權(quán)益。該申請的內(nèi)容在此通過引用全文并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料的電化學(xué)加工(ECM)并可以用于在精制加工階段制造印模、 模具工具和其他復(fù)雜形狀的工件。已知用于電化學(xué)尺度加工的方法(USSR發(fā)明人證書號717847，IPCB23H 3/02， 1977)，其中，使用具有陡峭的電流電壓特性的脈沖電源，同時其中一個電極是振蕩的并且在電極彼此相向移動時的階段期間施加電壓脈沖來進(jìn)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(dāng)前電壓脈沖，通過改變電極間間隙的入口處的電解液壓力來調(diào)整電壓峰值。已知用于電化學(xué)尺度加工的方法(1995年7月10日公布的俄羅斯專利號 2038928，IPC B23H3/02)，其中，使用具有陡峭的電流電壓特性的脈沖電源，同時其中一個電極是振蕩的并且當(dāng)電極彼此相向移動時的階段期間施加電壓脈沖時來進(jìn)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(dāng)前電壓脈沖，相對于當(dāng)電極彼此相向移動到最小距離時的瞬間來調(diào)整脈沖供應(yīng)，當(dāng)電壓尖峰普遍在電極彼此相向移動的位置處時脈沖供應(yīng)被延時，當(dāng)電壓尖峰普遍在電極彼此相背移動的位置處時脈沖電壓被提前施加，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使得電壓尖峰不超過多于脈沖的中間的電壓值的20 %。已知的用于電化學(xué)加工的方法的特征在于它們采用微秒脈沖，在此期間，電極間間隙填充有陽極溶解產(chǎn)物例如沉積物和氣-汽混合物。而且，當(dāng)溫度升高并使用小的電極間間隙時，工藝穩(wěn)定性惡化。因此，尤其在抗熱合金、耐熱合金、剛性合金和鈦合金的情況下，已知的方法不允許提高加工性能和質(zhì)量并提高所加工表面的成形精度。雖然所述方法采用長的脈沖(具有幾個毫秒的持續(xù)時間)，但是它們不允許獲得高的電流強(qiáng)度且不允許提供低粗糙度的待加工表面。已知用于電化學(xué)加工的方法(1981年12月23日公布的USSR發(fā)明人證書號 891299，IPC B23P1/04)，其中借助于微秒范圍的矩形電流脈沖來進(jìn)行陽極溶解過程。電流脈沖持續(xù)時間被設(shè)置成至少等于位于離陰極最短距離的點(diǎn)處的陽極的雙電層的電容充電的時間，且不長于位于離陰極的距離等于可接受的最大電極間間隙值并具有仿形加工電極的尺寸的可接受的誤差特性的點(diǎn)處的陽極的雙電層的電容充電的時間。上述方法的缺點(diǎn)是缺少用于選擇確保預(yù)定的表面粗糙度的脈沖參數(shù)的技術(shù)。已知具有最優(yōu)脈沖持續(xù)時間的用于電化學(xué)加工的方法(2004年4月20日公布的 US 6723223，IPC B23H3/00)。根據(jù)該方法，將具有預(yù)定的最優(yōu)持續(xù)時間的多個加工電壓脈沖施加到工件間隙，基于預(yù)定尺寸的工件間隙的局部系數(shù)的最大值來確定所述最優(yōu)持續(xù)時間。上述方法是與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)并被認(rèn)為是原型。
然而，由于以下事實(shí)該方法和前述描述的方法未提供對加工模式的參數(shù)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的表面粗糙度，所以它們具有低的性能。發(fā)明簡述本發(fā)明旨在通過以最小的電流強(qiáng)度獲得預(yù)定的表面粗糙度來優(yōu)化電化學(xué)加工過程的精制階段。通過提供本發(fā)明的一個方面來實(shí)現(xiàn)上面設(shè)定的目的，使用振蕩的加工電極進(jìn)行電化學(xué)加工的方法包括以下步驟施加與加工電極和工件電極彼此相向移動到最短距離的時刻同步的矩形微秒電流脈沖，特征在于，在加工過程期間使電流脈沖幅度增大，并且以每個脈沖的后沿對應(yīng)于電極間間隙的最大電導(dǎo)率的時刻的方式來選擇脈沖持續(xù)時間，使所述幅度增大直至達(dá)到所需的待加工表面的粗糙度。本發(fā)明的另一個方面，提供了一種使用加工電極對工件電極進(jìn)行電化學(xué)加工的裝置，該裝置包括電流脈沖發(fā)生器，電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與加工電極和工件電極之間為最大接近度的時刻同步的矩形微秒電流脈沖，其中在以下參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行加工脈沖持續(xù)時間t = 5 μ s. .. 500 μ s,幅度電流強(qiáng)度 j = 200A/cm2. . . 10000A/cm2，以及脈沖和幅度調(diào)節(jié)器，脈沖和幅度調(diào)節(jié)器調(diào)整幅度和脈沖持續(xù)時間使得每個脈沖的后沿對應(yīng)于電極間間隙的最大電導(dǎo)率的時刻。本發(fā)明的又一個方面，提供了通過第一方面的方法得到的制造物品，其中物品特征為低粗糙度的加工表面?？梢岳酶鶕?jù)本發(fā)明的方法加工的制造物品的實(shí)例包括印模、 模具、具有復(fù)雜形狀的其他工件、工具等。若干附圖的簡述借助于附圖來闡述本發(fā)明的細(xì)節(jié)和優(yōu)勢效果，其中，

圖1示出了各種幅度電流強(qiáng)度J時的表面粗超度Ra隨脈沖持續(xù)時間t的變化；圖2示出了各種電壓值(U = 10V. . . 35V(電解液5. 5% NaCl、電極間間隙大小s = 30 μ m、電極間間隙處的電解液壓力P =3atm))時的電流強(qiáng)度J的波形圖，圖3示出了均勻粗糙度Ra (j，t)=恒定值和電流脈沖參數(shù)選擇圖的曲線a_可接受的最大脈沖持續(xù)時間t隨幅度電流強(qiáng)度的變化，b-對應(yīng)于預(yù)定粗糙度的曲線，M-工作點(diǎn)，R-可能的最小粗糙度。發(fā)明詳述對于利用電化學(xué)加工進(jìn)行加工的大多數(shù)合金，當(dāng)電流強(qiáng)度增大時，其表面粗超度降低。當(dāng)使用直流電流進(jìn)行電化學(xué)加工時，由于去除來自電極間間隙的反應(yīng)產(chǎn)物的過程，所以直流電流受到限制。脈沖電化學(xué)加工允許獲得更高的電流強(qiáng)度，并且已觀察到當(dāng)脈沖持續(xù)時間增加時表面粗超度也降低(見圖1)。還觀察到電流強(qiáng)度波形圖通常具有三個局部最大值Jmaxl、Jfflax2, Jfflax3 (圖2)。當(dāng)達(dá)到第三最大值(Jmax3)時，電極間間隙的電阻發(fā)生快速的增大，然后電流終止。相應(yīng)地，由于相截止，所以超過tmax3的脈沖持續(xù)時間的增長受到限制，相截止的開始對應(yīng)于電流波形圖中的最大值(Jmax = J(tmax3))(圖2)，并且相截止之后，電極間間隙的電擊穿的可能性顯著增強(qiáng)。因此，在所描述的條件下，具有超過1_3的脈沖持續(xù)時間的加工模式被認(rèn)為是不可操作的。電化學(xué)加工期間選擇脈沖參數(shù)的問題的另一方面在于因設(shè)備特征導(dǎo)致的局限性。 例如，幅度電流的增大受到發(fā)生器的最大電流值的限制。對于給定的電流強(qiáng)度，在特定機(jī)器
4上存在可利用的最大加工面積。因此，當(dāng)選擇加工模式時應(yīng)考慮以下因素1.幅度電流強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時間的增加允許降低加工表面的粗糙度。2.幅度電流強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時間的增加具有能量限制。3.為了增大最大加工面積且降低過程能耗，電流強(qiáng)度幅度可以被有利地減小。在表面(j-t)上的投影面Ra = f (j，t)導(dǎo)致具有均勻粗糙度的曲線集合(圖3)。 對于相對于坐標(biāo)j-t所選擇的加工模式參數(shù)的設(shè)置(見表)，定義曲線tmax3 = f (j)，曲線的每個點(diǎn)對應(yīng)于電壓脈沖波形圖中的最小位置(圖3中的曲線a)?？赡艽嬖陔姌O間間隙的擊穿的、不允許參數(shù)的區(qū)域位于所述曲線之上。點(diǎn)R表示可能的最小表面粗糙度，在R處，所述曲線正切于均勻粗糙度的曲線。在所描述的情況下，所述點(diǎn)對應(yīng)于Ra 0.02 μ m及j = 850A/cm2禾口 τ = 40 μ So曲線b對應(yīng)于預(yù)定的粗糙度，該預(yù)定的粗糙度應(yīng)該高于點(diǎn)R處的粗糙度。由曲線 b和曲線a界定的曲線的第一交點(diǎn)提供坐標(biāo)(j*，t*)上的點(diǎn)M，在該點(diǎn)處，以最小的電流強(qiáng)度得到預(yù)定的表面質(zhì)量。表
權(quán)利要求
1.一種使用振蕩的加工電極進(jìn)行電化學(xué)加工的方法，所述方法包括以下步驟施加與所述加工電極和工件電極之間為最大接近度的時刻同步的矩形微秒電流脈沖，其中，在以下參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行所述加工過程脈沖持續(xù)時間t = 5μ s. . . 500 μ s，幅度電流強(qiáng)度j = 200A/cm2. . . lOOOOA/cm2，其中調(diào)整所述幅度和脈沖持續(xù)時間以便使每個脈沖的后沿對應(yīng)于電極間間隙的最大電導(dǎo)率的時刻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，通過以下步驟確定所述電極間間隙的所述最大電導(dǎo)率首先增加電流脈沖的幅度或持續(xù)時間直至觀察到與所述電極間間隙的電導(dǎo)率的下降相關(guān)的陡峭的電壓上升為止，然后減少所述電流脈沖的幅度或持續(xù)時間直至達(dá)到每個脈沖結(jié)束時的電壓值為最小時的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，通過以下步驟確定所述電極間間隙的所述最大電導(dǎo)率首先增加電壓脈沖的幅度或持續(xù)時間直至觀察到與所述電極間間隙的電導(dǎo)率的下降相關(guān)的陡峭的電流下降為止，然后減少所述電壓脈沖的幅度或持續(xù)時間直至達(dá)到每個脈沖結(jié)束時的電壓值為最大時的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，通過增加電流脈沖的振幅同時以每個脈沖的后沿對應(yīng)于所述電極間間隙的所述最大電導(dǎo)率的時刻的方式調(diào)整所述脈沖持續(xù)時間，使所述幅度增加直至得到所述加工表面的預(yù)定的粗糙度為止，從而在所述加工過程期間獲得所述加工表面的所述預(yù)定的粗糙度。
5.一種使用加工電極對工件電極進(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，所述電流脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與所述加工電極和所述工件電極之間為最大接近度的時刻同步的矩形微秒電流脈沖，其中在以下參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行所述加工脈沖持續(xù)時間 t = 5 μ S. · · 500 μ s，幅度電流強(qiáng)度 j = 200A/cm2. · · 10000A/cm2，以及脈沖和幅度調(diào)節(jié)器，所述脈沖和幅度調(diào)節(jié)器調(diào)整所述幅度和脈沖持續(xù)時間，使得每個脈沖的后沿對應(yīng)于電極間間隙的最大電導(dǎo)率的時刻。
6.一種制造物品，其通過權(quán)利要求1所述的方法得到，所述制造物品的特征為低粗糙度的加工表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造物品，其是印模、模具或具有復(fù)雜形狀的其他工件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)加工的方法。本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料的電化學(xué)加工(ECM)并可以用于在加工過程的精制階段制造印模、模具工具和其他復(fù)雜形狀的工件。使用振蕩的加工電極進(jìn)行電化學(xué)加工的方法包括以下步驟施加與加工電極和工件電極彼此相向移動到最短距離的時刻同步的矩形微秒電流脈沖。在加工過程期間，電流脈沖的幅度增大并以使每個脈沖的后沿對應(yīng)于電極間間隙的最大電導(dǎo)率的時刻的方式來調(diào)整脈沖持續(xù)時間，使幅度增大直至得到預(yù)定的待加工表面的粗糙度。本發(fā)明旨在通過以最小的電流強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)預(yù)定的表面粗糙度來優(yōu)化電化學(xué)加工過程的精制階段。
文檔編號B23H3/02GK102581398SQ20111013763
公開日2012年7月18日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者維亞切斯拉夫·亞歷山德羅維奇·扎伊特瑟夫, 鐵木爾·拉什托維奇·伊德里索夫, 馬克辛·謝爾蓋耶維奇·斯米爾諾夫 申請人:Pecm工業(yè)有限責(zé)任公司