CN108971677A - 极间温度梯度差辅助电解切割加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极间温度梯度差辅助电解切割加工方法，属于电化学加工技术领域。其主要特征在于：选用微细中空金属管替代现用的金属丝状电极，电解切割时，不同于工件、电解液温度的流体在微细管电极内部流过，微细管电极表面温度发生变化，与工件阳极之间形成温度梯度差，加速电解液中离子、电子的对流扩散，加快电解反应速度；当流体温度相对高时，在微细管电极表面电解析出的氢气泡更容易脱离，且受热膨胀体积增大，加速漂浮出加工间隙；当流体温度相对低时，在微细管电极表面电解析出的氢气泡收缩，体积变小，减小了气泡对电解液中电场的影响，提高了电解加工时的电流密度及电场一致性。

Description

极间温度梯度差辅助电解切割加工方法

技术领域

本发明涉及一种极间温度梯度差辅助电解切割加工方法，属于电化学加工技术领域。

背景技术

随着现代科技的发展，零件结构正向着小型化、微型化方向发展，越来越多的微机械产品、微机电系统在航空航天、微传感器、精密器械、生物医疗等领域得到应用，与之相应的微细加工制造技术成为了当前研究的焦点。在各种微细加工方法中，微细电解线切割技术得到了人们的青睐。这是因为微细电解线切割技术是以直径为几微米至数百微米的导电丝作为工具阴极，利用金属在电解液中发生电化学溶解的原理，结合多轴数控运动，对金属材料进行加工成形的一种电解加工方法。从理论上讲，工件是以离子的形式被蚀除，加工精度高，并且可以忽略材料的硬度，不会产生加工应力、再铸层和热变形。此外，电解加工时，工具阴极上仅析出氢气，电极本身不会发生溶解，而且工具阴极不与工件接触，正常加工情况下工具阴极不会有损耗。

基于以上优点，微细电解线切割技术在实际生产中得到广泛应用，但是美中仍存在不足：微细电解切割效率较低、加工稳定性较差。这是因为微细电解线切割切缝很小，甚至达到微米级，电解加工时产生的气泡和不溶性产物很难从切缝中排出，蓄积在切缝中会导致电解液的成分和浓度发生变化，影响电解加工的稳定性，甚至会出现短路而中止加工，并且新鲜电解液很难进入切缝到达加工区域，降低了电解反应速度。

如何快速高效排出切缝中的电解产物、更新电解液，提高电解切割效率及稳定性，研究人员提出了很多中传质方法并进行了大量的实验研究。轴向冲液电解线切割方法，利用高速流动的电解液沿线电极轴向方向快速冲进切缝，带走切缝中的电解产物，达到快速更新电解液的目的；线电极单向走丝、往复走丝以及工件或工具电极低频振动等电解线切割方法，它们都是利用电极丝相对工件做轴向运动，对加工间隙内的电解液进行拖拽，促进电解产物的排出和电解液的更新；亲水性电极和非圆截面电极电解切割方法，它们是在线电极表面加工出微织构或者螺旋沟槽等来提高线电极表面的亲水性，增大线电极对电解液的拖拽力来加快电解产物的排出和电解液的更新。

采用上述方法，加快了加工间隙内电解产物排出速度、提高了电解液更新速率，但是还不够理想，这是因为电解切割加工时，金属阳极发生阳极溶解反应，生成氢氧化物（中性盐溶液），阴极发生析氢反应，这些反应都发生在电极表面，并且电解产物在电解液中扩散速度很慢，此外流体具有粘性，含有电解产物的电解液会吸附在两电极表面，而上述方法只能有效加速两电极之间的部分电解液流动，对电极表面的电解液影响作用不大，电解产物的排出和电解液的更新并不彻底。

因此，如何快速高效排出电解产物、提高电解切割效率及稳定性仍是电解切割加工存在的重要难题。

发明内容

针对电解线切割时电解产物排出困难、加工效率偏低及稳定性较差等问题，本发明提出了一种极间温度梯度差辅助电解切割加工方法。

一种极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：选用微细中空金属管作为电解切割加工中的阴极；将阴极、工件均置于电解液中；电解切割时，不同于工件、电解液温度的流体在微细管电极内部流过，微细管电极表面温度发生变化，微细管电极表面与工件阳极之间形成温度梯度差，加速电解液中离子、电子的对流扩散，加快电解反应速度。

所述流经微细管电极内部的流体温度高于工件、电解液温度时，微细管电极表面温度升高，在微细管电极表面电解析出的氢气泡更容易脱离，且受热膨胀体积增大，加速漂浮出加工间隙，促进了电解产物的排出。

所述流经微细管电极内部的流体温度低于工件、电解液温度时，微细管电极表面温度降低，在微细管电极表面电解析出的氢气泡收缩，体积变小，减小了气泡对电解液中电场的影响，提高了电解加工时的电流密度及电场一致性。

所述流经微细管电极内部的流体温度不等于加工时的工件、电解液温度，使阴阳两电极之间形成温度梯度差，加速离子扩散速度，并且流体温度控制在10~60℃之间，温度太低，不利于离子的扩散，温度太高，容易出现气泡胀破、加工区有空穴现象。10~60℃之间，有利于离子、电子较快对流扩散，并避免因气温度过高、气泡胀破而出现的空穴现象，保证了电解切割加工精度。

所述的在微细管电极内部流经的流体是液体，在温控箱内被加热/冷却管加热/冷却后由微量泵经流通管道注入微细管电极内。

所述的在微细管电极内部流经的流体是气体，在储气罐内被空气加热/冷却器加热/冷却后由气泵经流通管道注入微细管电极内。

所述流通管道，外部包覆隔热层，防止流体热量在传输过程中散失、在电解液槽内影响电解液温度。

本发明采用微细中空金属管作为电解切割加工中的阴极，利用不同于工件、电解液温度的流体流经微细管电极内部，从而改变微细管电极表面温度，使其与工件阳极之间形成温度梯度差，加速电解液中离子、电子的对流扩散，加快电解反应速度，提高电解切割效率。

附图说明

图1是极间温度梯度辅助电解切割示意图；

图2是高温液体辅助极间温度梯度电解切割装置示意图；

图3是高温气体辅助极间温度梯度电解切割装置示意图；

其标号名称分别为：1、脉冲电源，2、工件，3、电解液，4、温控箱，5、加热/冷却管，6、温度传感器，7、液压泵，8、电解液槽，9、流通管道，10、隔热层，11、阴极支架，12、转换接头，13、微细管电极，14、储气罐，15、空气加热/冷却器，16、气泵。

具体实施方式

根据图1所示，本发明提出的一种极间温度梯度差辅助电解切割方法，选用微细中空金属管作为电解切割加工中的阴极，电解切割时，不同于工件2、电解液3温度的流体在微细管电极13内部流过，微细管电极13表面温度发生变化，与工件2阳极之间形成温度梯度差，加速电解液中离子、电子的对流扩散，加快电解反应速度。

根据图2、图3所示，工件2固定在电解液槽8中，注入适量电解液3，使工件2沉浸其中；微细管电极13固定安装在阴极支架11上，上下两端经转换接头12与流通管道9接通，流通管道9外部包覆隔热层10；工件2接脉冲电源1正极，微细管电极13接脉冲电源1负极。

根据图2所示，采用加热/冷却管5加热/冷却温控箱4内的液体，温度传感器6实时监测液体温度，将液体温度控制在某一稳定值，高温/低温液体由液压泵7经流通管道9注入到微细管电极13内。

根据图3所示，采用空气加热/冷却器15加热/冷却储气罐14内的气体，温度传感器6实时监测气体温度，将气体温度控制在某一稳定值，高温/低温气体由气泵16经流通管道9注入到微细管电极13内。

电解切割加工时，打开脉冲电源1，精密机床Z轴作上下往复运动，促进电解产物的排出，X/Y轴控制微细管电极13与工件2之间的相对运动，实现对工件2的电解切割。

Claims (8)

1.一种极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

选用微细中空金属管作为电解切割加工中的阴极；将阴极、工件均置于电解液中；

电解切割时，不同于工件（2）、电解液（3）温度的流体在微细管电极（13）内部流过，微细管电极（13）表面温度发生变化；

微细管电极（13）表面与工件（2）阳极之间形成温度梯度差，加速电解液（3）中离子、电子的对流扩散，加快电解反应速度。

2.根据权利要求1所述的极间温度梯度差辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述流经微细管电极（13）内部的流体温度高于工件（2）、电解液（3）温度，微细管电极（13）表面温度升高，在微细管电极（13）表面电解析出的氢气泡更容易脱离，且受热膨胀体积增大，加速漂浮出加工间隙。

3.根据权利要求1所述的极间温度梯度差辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述流经微细管电极（13）内部的流体温度低于工件（2）、电解液（3）温度，微细管电极（13）表面温度降低，在微细管电极（13）表面电解析出的氢气泡收缩，体积变小，减小了气泡对电解液（3）中电场的影响，提高了电解加工时的电流密度及电场一致性。

4.根据权利要求1-3任一所述的极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述流经微细管电极（13）内部的流体温度控制在10~60℃之间，且不等于加工时工件（2）、电解液（3）温度。

5.根据权利要求1-3任一所述的极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述在微细管电极（13）内部流经的流体是液体，在温控箱（4）内被加热/冷却管（5）加热/冷却后由液压泵（7）经流通管道（9）注入到微细管电极（13）内。

6.根据权利要求5所述的极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述流通管道（13），其外部包覆隔热层（10），防止流体热量在传输过程中散失、在电解槽（8）内影响电解液（3）温度。

7.根据权利要求1-3任一所述的极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述在微细管电极（13）内部流经的流体是气体，在储气罐（14）内被空气加热/冷却器（15）加热/冷却后由气泵（16）经流通管道（9）注入到微细管电极（13）内。

8.根据权利要求7所述的极间温度梯度辅助电解切割加工方法，其特征在于：

所述流通管道（13），其外部包覆隔热层（10），防止流体热量在传输过程中散失、在电解槽（8）内影响电解液（3）温度。