电解加工技术的现状与展望(2)

北京首都航天机械公司与四通公司合作，也开发了 PLC 控制系统。该系统采用步进电机驱动， 直线光栅反馈，具有高运动精度。

2.1.3 可重构电解加工机床研究

常规的电解加工机床是根据用户具体需求单机生产，机床研制周期长、设计重复、成本高。为 此，南京航空航天大学提出采用开放式控制系统、模块化思想开发可重构电解机床，将机床本体分 解成运动轴模块和机床台面两大部分，各运动轴模块配置相应的控制模块，控制模块通过总线连接 成为整体。控制模块都是智能化模块，内部包含模块类型、功能信息。这些模块加入到系统时，可 直接与 PC 机进行通信。PC 机探测到有新模块时，根据加工对象、加工精度、加工批量等要求，可 构建成单轴、双轴或三轴电解加工机床，这种体系结构的主要特点是 CNC 硬件平台独立于机床控 制单元，各模块通过 CAN 总线传递信息，极大地简化了数控系统硬件平台和连线，借助于网络的 柔性控制体系结构和开放的数据交换可经济、高效地实现可重构的数控机床 [18]。

中国台湾元智大学与合肥工业大学也合作开展了可重构电解加工机床研究，并已制造出小型样机。 2.2 电源

2.2.1 毫秒级脉冲电源

由于制造成本与直流电源相差无几，近年开发的机床基本上配置了毫秒级脉冲与直流两用电 源。旧设备改造时，除了针对特定产品的专用设备以外，也大多更换为脉冲电源。 2.2.2 微秒级脉冲电源

20 世纪 90 年代由华南理工大学和英国爱丁堡大学合作研制 MOSFET 脉冲电源，已开发了 1000A、2000A 的工程化样机，主要性能指标如下[3] :

额定峰值电流： 1000Ａ(2000A)；

额定电压： 最高脉冲频率： 脉冲宽度：

24Ｖ(直流)，20Ｖ(脉冲峰值)； 100Hz～20KHz，连续可调； 25μｓ～5ms，连续可调；

短路保护关断时间：10μｓ

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该电源解决了大电流快速换流所引发和派生的诸多技术难题，如：矩形波波形畸变，功率开关 器件的过压击穿、过热烧损，快速短路保护等，有望用于实际生产。

此外，多家研究机构还开发了不同类型的小功率微秒级脉冲电源，主要用于电化学抛光、微细 加工等领域。

2.2.3 高频群脉冲电源

北京理工大学和合肥工业大学相继开展了高频群脉冲电源的研究。该电源可用于微细电解加工。 群脉冲是经过主脉冲(高频)和调制脉冲(低频)相乘获得的特殊脉冲信号。高频群脉冲电源既能单 独控制每一个脉冲的宽度，也可以控制一组内脉冲的个数，因而输出脉冲的波形灵活多变，特别适 合于微细加工[19]。

2.2.4 双向脉冲电源

为了保持阴极工作表面的几何尺寸及物化性能的稳定，须利用双向脉冲电源的负半周电流来去 除阴极表面的沉积。

该类电源尤其适合用于深小孔的加工。

3 展望

近阶段，电解加工的研究重点及应用领域会主要集中在以下几个方向。 (1) 微秒级脉冲电解加工工艺规律及扩大应用的研究。

脉冲参数(脉冲宽度及占空比)对加工效果的影响；流场的影响，冲液加工的可行性及相应的参 数选择；在不同领域的应用及相应的参数选择。

(2) 微秒级脉冲电源的进一步研发。

脉冲电源的工程化完善；脉冲参数在较大范围内可调，脉冲宽度更小、功率更大的脉冲电源的 研制。

(3) 电化学微细加工的研究

电化学加工技术具有优良的加工机理，具有在微精甚至在纳米加工领域进一步研究探索的空 间，但必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新，才能在微精加工及 MEMS 制造领域有所 作为。具体应关注以下几点：

① 注重工艺复合化，实现与其它精密微精加工技术的优势互补。

② 实现加工过程自动检测与控制，实时补偿加工参数变化对加工精度的影响，从而有效控制 加工精度；

③ 以平面工艺为基础，完善设备、电极制作及加工工艺，达到可加工各种复杂三维微结构的 目标；

④ 开发微进给系统及微控工作台。 ⑤ 微细加工电解液的研究。

(4) 数控电解加工工艺的完善、设备的改进、以及稳定工程应用的研究。

在航空、航天发动机整体构件、如整体叶盘、整体涡轮、整体机匣的加工中，作为数控铣削、 精密铸造方法的必要补充，数控电解显示了极大的优越性[20]。应进行相关工艺及设备的研究，力求 将数控电解在发动机研制和生产中得到稳定应用。

(5) 电解加工机床(包括其控制系统)及电解液系统性能的进一步改善。

精密加工、微细加工等新技术对电解加工设备提出了更高的要求，如：机床的高定位精度及低 速进给的稳定性、电解液系统的高清洁度及参数的稳定等，这些都需要引起足够重视。

参 考 文 献

1 2 王建业，罗干英．功率电子技术与电加工．电加工，1998(6)

王建业．电解加工技术的新发展——高频窄脉冲电流电解加工．电加工，1998(2)

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3 4 5 6 7 8 9 余艳青，王建业，韩冠军. MOSFET 高频窄脉冲电解加工程化电源研制. 电加工与模具，2005(2) 徐家文，王建业，田继安，等. 电解加工在航空制造中的应用及发展. 航空制造技术，2002(4) 朱荻. 纳米技术与特种加工. 电加工与模具，2002(2)

李小海，王振龙，赵万生. 微细电化学加工研究新进展. 电加工与模具，2004(2)

徐家文，云乃彰，严德荣. 数控电解加工整体叶盘的研究、应用和发展. 航空制造技术，2003(6) 徐家文，朱永伟，胡平旺，等. 数控电解加工整体叶轮的关键技术. 宇航材料工艺，2003，.33(2) 朱永伟，徐家文，胡平旺. 数控展成电解加工整体叶轮的研究与应用. 航空学报，2001，22(4)

10 孙春华，朱荻，李志永，等. 电解加工阴极设计 CAD/CAE/CAM 系统的开发. 机械科学与技术，2004，23(6) 11 孙春华，朱获，李志永. 基于正问题数值求解模拟“试验修整”的电解加工阴极设计. 机械设计与制造，2004(6) 12 陈远龙，朱树敏，陈心昭．应用数据表进行电解加工阴极设计的新方法．电加工与模具，2001(4) 13 陈历喜，王红军. 磁场对电解加工的影响. 航空工艺技术，1995(1)

14 钟玲，范植坚，马保吉，等. 电解加工中磁场对电场分布的影响. 电加工与模具，2004(1)

15 Zhijian Fan，Tiancheng Wang，Ling Zhong. The Mechanism of Improveing Machining Accuracy of ECM by Magnetic

Field. 14th International Symposium on Electromachining. Scotland UK，March 2004

16 鲁玉峰，吴蓉昆. 航空叶片精密电解加工数字化集成系统. 见：2003 年全国特种加工学术会议论文集，2003 17 陈远龙，王天霁，万胜美．基于 PLC 和触摸屏技术的数控电解加工机床研制. 电加工与模具，2005(3) 18 史先传，朱荻. 可重构电解加工机床研究. 电加工与模具，2003(6)

19 王文焕，张之敬，唐兴伦. 电解加工电源的发展及特点. 现代机械，2004(1) 20 陈光. 整体叶盘在国外航空发动机中的应用. 航空发动机，1999(1)

作者简介：陈远龙，男，1964 年 10 月生，副研究员、博士。主要从事特种加工工艺及设备方面的研究开发工作。 通信地址：合肥市屯溪路 193 号。邮编：230009。电话/传真：0551－2901357。

E-mail：chenyuanlong@sina.com

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