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电化学加工的方法

阅读：33发布：2021-02-12

IPRDB可以提供电化学加工的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种电化学加工的方法。本发明涉及导电材料的电化学加工(ECM)并可以用于在加工过程的精制阶段制造印模、模具工具和其他复杂形状的工件。使用振荡的加工电极进行电化学加工的方法包括以下步骤：施加与加工电极和工件电极彼此相向移动到最短距离的时刻同步的矩形微秒电流脉冲。在加工过程期间，电流脉冲的幅度增大并以使每个脉冲的后沿对应于电极间间隙的最大电导率的时刻的方式来调整脉冲持续时间，使幅度增大直至得到预定的待加工表面的粗糙度。本发明旨在通过以最小的电流强度实现预定的表面粗糙度来优化电化学加工过程的精制阶段。，下面是电化学加工的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种使用振荡的加工电极进行电化学加工的方法，所述方法包括以下步骤：施加与所述加工电极和工件电极之间为最大接近度的时刻同步的矩形微秒电流脉冲，其中，在以下参数范围内进行所述加工过程：脉冲持续时间t＝5μs...500μs，幅度电流强度j＝

2 2

200A/cm...10000A/cm，其中调整所述幅度和脉冲持续时间以便使每个脉冲的后沿对应于电极间间隙的最大电导率的时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，特征在于，通过以下步骤确定所述电极间间隙的所述最大电导率：首先增加电流脉冲的幅度或持续时间直至观察到与所述电极间间隙的电导率的下降相关的陡峭的电压上升为止，然后减少所述电流脉冲的幅度或持续时间直至达到每个脉冲结束时的电压值为最小时的值。

3.根据权利要求1所述的方法，特征在于，通过以下步骤确定所述电极间间隙的所述最大电导率：首先增加电压脉冲的幅度或持续时间直至观察到与所述电极间间隙的电导率的下降相关的陡峭的电流下降为止，然后减少所述电压脉冲的幅度或持续时间直至达到每个脉冲结束时的电压值为最大时的值。

4.根据权利要求1所述的方法，特征在于，通过增加电流脉冲的振幅同时以每个脉冲的后沿对应于所述电极间间隙的所述最大电导率的时刻的方式调整所述脉冲持续时间，使所述幅度增加直至得到所述加工表面的预定的粗糙度为止，从而在所述加工过程期间获得所述加工表面的所述预定的粗糙度。

5.一种使用加工电极对工件电极进行电化学加工的装置，所述装置包括：

电流脉冲发生器，所述电流脉冲发生器产生与所述加工电极和所述工件电极之间为最大接近度的时刻同步的矩形微秒电流脉冲，其中在以下参数范围内进行所述加工：脉冲持

2 2

续时间t＝5μs...500μs，幅度电流强度j＝200A/cm...10000A/cm，以及脉冲和幅度调节器，所述脉冲和幅度调节器调整所述幅度和脉冲持续时间，使得每个脉冲的后沿对应于电极间间隙的最大电导率的时刻。

6.一种制造物品，其通过权利要求1所述的方法得到，所述制造物品的特征为低粗糙度的加工表面。

7.根据权利要求6所述的制造物品，其是印模、模具或具有复杂形状的其他工件。

说明书全文

电化学加工的方法

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2011年1月12日提交的俄罗斯申请RU 2011101119的权益。该申请的内容在此通过引用全文并入。

[0003] 发明背景

[0004] 本发明涉及导电材料的电化学加工(ECM)并可以用于在精制加工阶段制造印模、模具工具和其他复杂形状的工件。

[0005] 已知用于电化学尺度加工的方法(USSR发明人证书号717847，IPCB23H 3/02，1977)，其中，使用具有陡峭的电流电压特性的脉冲电源，同时其中一个电极是振荡的并且在电极彼此相向移动时的阶段期间施加电压脉冲来进行加工，其中通过分别选择电极彼此相向移动时和电极彼此相背移动时的位置处的电压尖峰来控制当前电压脉冲，通过改变电极间间隙的入口处的电解液压力来调整电压峰值。

[0006] 已知用于电化学尺度加工的方法(1995年7月10日公布的俄罗斯专利号2038928，IPC B23H3/02)，其中，使用具有陡峭的电流电压特性的脉冲电源，同时其中一个电极是振荡的并且当电极彼此相向移动时的阶段期间施加电压脉冲时来进行加工，其中通过分别选择电极彼此相向移动时和电极彼此相背移动时的位置处的电压尖峰来控制当前电压脉冲，相对于当电极彼此相向移动到最小距离时的瞬间来调整脉冲供应，当电压尖峰普遍在电极彼此相向移动的位置处时脉冲供应被延时，当电压尖峰普遍在电极彼此相背移动的位置处时脉冲电压被提前施加，加工电极进给速率被增大直至第三局部电压极值在脉冲的中间形成并维持使得电压尖峰不超过多于脉冲的中间的电压值的20％。

[0007] 已知的用于电化学加工的方法的特征在于它们采用微秒脉冲，在此期间，电极间间隙填充有阳极溶解产物例如沉积物和气-汽混合物。而且，当温度升高并使用小的电极间间隙时，工艺稳定性恶化。因此，尤其在抗热合金、耐热合金、刚性合金和钛合金的情况下，已知的方法不允许提高加工性能和质量并提高所加工表面的成形精度。

[0008] 虽然所述方法采用长的脉冲(具有几个毫秒的持续时间)，但是它们不允许获得高的电流强度且不允许提供低粗糙度的待加工表面。

[0009] 已知用于电化学加工的方法(1981年12月23日公布的USSR发明人证书号891299，IPC B23P1/04)，其中借助于微秒范围的矩形电流脉冲来进行阳极溶解过程。电流脉冲持续时间被设置成至少等于位于离阴极最短距离的点处的阳极的双电层的电容充电的时间，且不长于位于离阴极的距离等于可接受的最大电极间间隙值并具有仿形加工电极的尺寸的可接受的误差特性的点处的阳极的双电层的电容充电的时间。

[0010] 上述方法的缺点是缺少用于选择确保预定的表面粗糙度的脉冲参数的技术。

[0011] 已知具有最优脉冲持续时间的用于电化学加工的方法(2004年4月20日公布的US 6723223，IPC B23H3/00)。根据该方法，将具有预定的最优持续时间的多个加工电压脉冲施加到工件间隙，基于预定尺寸的工件间隙的局部系数的最大值来确定所述最优持续时间。

[0012] 上述方法是与本发明最接近的现有技术并被认为是原型。

[0013] 然而，由于以下事实：该方法和前述描述的方法未提供对加工模式的参数优化以实现预定的表面粗糙度，所以它们具有低的性能。

[0014] 发明简述

[0015] 本发明旨在通过以最小的电流强度获得预定的表面粗糙度来优化电化学加工过程的精制阶段。

[0016] 通过提供本发明的一个方面来实现上面设定的目的，使用振荡的加工电极进行电化学加工的方法包括以下步骤：施加与加工电极和工件电极彼此相向移动到最短距离的时刻同步的矩形微秒电流脉冲，特征在于，在加工过程期间使电流脉冲幅度增大，并且以每个脉冲的后沿对应于电极间间隙的最大电导率的时刻的方式来选择脉冲持续时间，使所述幅度增大直至达到所需的待加工表面的粗糙度。

[0017] 本发明的另一个方面，提供了一种使用加工电极对工件电极进行电化学加工的装置，该装置包括：

[0018] 电流脉冲发生器，电流脉冲发生器产生与加工电极和工件电极之间为最大接近度的时刻同步的矩形微秒电流脉冲，其中在以下参数范围内进行加工：脉冲持续时间t＝2 2
5μs...500μs，幅度电流强度j＝200A/cm...10000A/cm，以及

[0019] 脉冲和幅度调节器，脉冲和幅度调节器调整幅度和脉冲持续时间使得每个脉冲的后沿对应于电极间间隙的最大电导率的时刻。

[0020] 本发明的又一个方面，提供了通过第一方面的方法得到的制造物品，其中物品特征为低粗糙度的加工表面。可以利用根据本发明的方法加工的制造物品的实例包括印模、模具、具有复杂形状的其他工件、工具等。若干附图的简述

[0021] 借助于附图来阐述本发明的细节和优势效果，其中，图1示出了各种幅度电流强度J时的表面粗超度Ra随脉冲持续时间t的变化；图2示出了各种电压值(U＝10V...35V(电解液5.5％NaCl、电极间间隙大小s＝30μm、电极间间隙处的电解液压力P＝3atm))时的电流强度J的波形图，图3示出了均匀粗糙度Ra(j，t)＝恒定值和电流脉冲参数选择图的曲线：a-可接受的最大脉冲持续时间t随幅度电流强度的变化，b-对应于预定粗糙度的曲线，M-工作点，R-可能的最小粗糙度。

[0022] 发明详述

[0023] 对于利用电化学加工进行加工的大多数合金，当电流强度增大时，其表面粗超度降低。当使用直流电流进行电化学加工时，由于去除来自电极间间隙的反应产物的过程，所以直流电流受到限制。脉冲电化学加工允许获得更高的电流强度，并且已观察到当脉冲持续时间增加时表面粗超度也降低(见图1)。

[0024] 还观察到电流强度波形图通常具有三个局部最大值Jmax1、Jmax2、Jmax3(图2)。当达到第三最大值(Jmax3)时，电极间间隙的电阻发生快速的增大，然后电流终止。相应地，由于相截止，所以超过tmax3的脉冲持续时间的增长受到限制，相截止的开始对应于电流波形图中的最大值(Jmax＝J(tmax3))(图2)，并且相截止之后，电极间间隙的电击穿的可能性显著增强。因此，在所描述的条件下，具有超过tmax3的脉冲持续时间的加工模式被认为是不可操作的。

[0025] 电化学加工期间选择脉冲参数的问题的另一方面在于因设备特征导致的局限性。例如，幅度电流的增大受到发生器的最大电流值的限制。对于给定的电流强度，在特定机器上存在可利用的最大加工面积。

[0026] 因此，当选择加工模式时应考虑以下因素：

[0027] 1.幅度电流强度和脉冲持续时间的增加允许降低加工表面的粗糙度。

[0028] 2.幅度电流强度和脉冲持续时间的增加具有能量限制。

[0029] 3.为了增大最大加工面积且降低过程能耗，电流强度幅度可以被有利地减小。

[0030] 在表面(j-t)上的投影面Ra＝f(j，t)导致具有均匀粗糙度的曲线集合(图3)。对于相对于坐标j-t所选择的加工模式参数的设置(见表)，定义曲线tmax3＝f(j)，曲线的每个点对应于电压脉冲波形图中的最小位置(图3中的曲线a)。可能存在电极间间隙的击穿的、不允许参数的区域位于所述曲线之上。点R表示可能的最小表面粗糙度，在R处，所述曲线正切于均匀粗糙度的曲线。在所描述的情况下，所述点对应于Ra～0.02μm及j＝
2
850A/cm 和τ＝40μs。

[0031] 曲线b对应于预定的粗糙度，该预定的粗糙度应该高于点R处的粗糙度。由曲线＊＊b和曲线a界定的曲线的第一交点提供坐标(j ，t )上的点M，在该点处，以最小的电流强度得到预定的表面质量。

[0032] 表

[0033]参数参考符号测量单位变化范围
1 电极间间隙处的电压 U V 5...150
2 电极间间隙的大小 s μm 10...60
3 入口至电极间间隙中的电解液压力 P KPa 100...5000
4 电流脉冲持续时间 t μs 10...500
5 电解液温度 T0 ℃ 20
6 振荡幅度 Δh μm 200
7 振荡频率 f Hz 50
8 脉冲幅度 I and 500...2000
9 前沿/后沿 τf μs 0.5...1

[0034] 按如下实现该方法：

[0035] 第一，在低电流强度下进行加工，以使脉冲持续时间比对于电压源发生器而言达到电流最大值t3所需时间短的方式来调整脉冲持续时间。在电压源发生器的情况下，基于电压波形图中的最小值来确定脉冲持续时间。

[0036] 在进行试验加工之后，测量加工表面的粗糙度。如果粗糙度高于预定值，那么使电流增大并重复前述步骤。

[0037] 如果粗糙度小于或等于预定值，那么所得到的脉冲持续时间和幅度电流被认为是电化学加工的精制阶段的最优参数。

[0038] 另外，描述了本方法的具体实施方式。根据上表中提到的加工模式参数来进行加工。

[0039] 预定的表面粗糙度是Ra＝0.06μm。该值在最小电流强度600A/cm2和电流脉冲持续时间t＝54μs(图3)时得到，这按下述方式确定：

[0040] 1.所选择的电流强度是j＝100A/cm2。脉冲持续时间t＝5ms，其相当于由发生器提供的最大持续时间。加工后得到的表面粗糙度显著超过预定值。

[0041] 2.电流强度增大至j＝300A/cm2，且由于相截止而受到限制的脉冲持续时间为t＝150μs。加工过程中得到的表面粗糙度超过预定值。

[0042] 3.重复步骤2，其中电流强度以50A/cm2的间距增加，且所选择的脉冲持续时间短于相截止所必须的时间间隔，直至得到预定粗糙度Ra＝0.06μm。

[0043] 因而，本发明允许在电化学加工过程的精制阶段以小的电流强度获得预定的表面粗糙度，且因此提高加工性能。

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