加工时,工具电极接电源负极称为阴极,工件接电源正极称为阳极。施加一定电压的同时,两极间充满高速流动的电解液并保持较小的间隙。加工过程中,阳极发生氧化反应,形成金属阳离子,并不断被电解液带走;阴极发生还原反应,析出氢气。电解加工成型过程如图1所示,当工具电极以一定的速度进给时,将使工件金属按工具阴极的形状以离子的形式不断溶解去除,同时高速流动的电解液不断带走加工产物和热量,使溶解去除过程继续,直至工件形状和尺寸达到要求为止。
电解加工的成形精度主要由加工间隙决定,一般情况下,间隙越小精度越高。
传统的电解成形加工采用直流加工电源持续加工的工艺模式。在间隙很小时,因为电解产物导致电解液的黏度增大,电解产物不能及时被电解液带出(冲出)加工区。因此,传统直流电解加工只能在较大的加工间隙下加工,成形精度不高。20世纪90年代,开始采用高频窄脉冲加工电源,脉冲供电的方式,氢气的断续析出会在电解液流场中产生压力波有利于电解产物的排除,可以实现更小间隙的加工,提高成形精度。
精密振动电解加工(PECM)是在传统直流/脉冲电解加工基础上发展出的电解加工工艺,其基本原理如图2所示。采用高频窄脉冲电流加工,加工阴极在进给的同时附加一个循环振动,脉冲加工电源的开/关与阴极振动同步匹配。即阴极振动到接近最低点时,加工脉冲开通加工;当阴极振动离开最低点后,加工脉冲关断停止加工,如此循环往复完成整个加工过程。由于采用了间歇式的加工方式,实现了小间隙时加工、大间隙时冲刷,加工电解液得到有效更新,可以实现极小间隙下的定域加工,成形精度可达到微米级。
电解成形加工具有的工艺特点:①加工范围广。电解加工适用于大部分导电材料,基本不受材料的强度、硬度、韧性等力学、物理性能的限制。②加工品质好。加工后材料的组织基本上不发生变化。常用于高温合金、淬火钢、不锈钢、硬质合金等难加工材料的加工。③工具阴极无损耗,生产效率高。在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气,而不发生溶解反应,阴极在理论上不消耗,可以反复使用。④能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔,批量生产时效率、成本优势巨大。⑤无加工应力。电解加工过程中工具和工件不接触,不存在机械切削力,在加工薄壁和易变形时不产生残余应力和变形。
电解成形加工也具有一定的局限性:一是影响电解加工间隙的因素很多,且规律难以掌握,尤其是加工间隙的控制比较困难,二是由于阴极和夹具的设计、制造及修正工序复杂,周期较长,因而单件生产的成本较高。
电解加工技术在批产中具有显著的技术优势,因此,在航空、航天、兵器、船舶、汽车等军、民用领域具有广泛的应用。