[发明专利]采用双极性脉冲的电化学加工方法

说明书

本发明涉及在电解液中的导电工件和导电电极之间加双极性电脉冲，对工件进行电化学加工的方法，其间，一个或多个正常极性的电流脉冲与相反极性的电压脉冲交替进行。

这种方法可从俄罗斯专利说明SU 1440636 A1中得知，并可用于生产具有复杂外形的部件或由高强度、高硬度的钢和合金制成的成形工具。在正常极性的电流脉冲过程中，工件相对于电极而言处于正电位，工件的金属溶解到电解液中，同时在工件的表面上形成钝化层。在相反极性的电压脉冲过程中，工件相对于电极而言处于负电位，在工件表面发生除钝(depassvation)作用。与此同时，水中形成的氢使工件附近的电解液变为碱性。高PH值引起工件表面的钝化层发生溶解反应。反极性电压脉冲之后有一个停顿，大致相当于电压脉冲长度的0.5至2倍。

这种方法的缺点在于，不知道相反极性电压脉冲的电压值变化的最佳限度，以保证高的生产率、精度和加工质量。电极发生溶解，使得电极的大小和形状发生改变，其结果是破坏了精度和表面质量。

美国专利3654116公开了一种双极性脉冲电化学加工的方法，其中正常极性的脉冲与相反极性的脉冲交替进行。对相反极性的脉冲的幅值和/或持续时间及/或位置按照一定的方式进行控制，使得这些脉冲的作用恰好足够消除钝化作用。然而，这种方法并没有公开相反极性的脉冲其幅值所应处于的最佳限度。

EP 0454 081公开了一种电化学加工(ECM)工件的方法，它使用包含一个与工件相对、隔开预定加工间隙的工具电极的ECM设备和一个通过提供在加工间隙中的电解液向加工间隙施加脉冲电流的装置。该方法包括如下步骤：确定具有预定的脉冲宽度的预定脉冲电流、选择多个其中每个具有预定部分脉冲周期的部分脉冲电流、根据所述部分脉冲宽度计算多个剩余周期和施加部分脉冲电流，每个所述部分脉冲周期被所述至少一个剩余周期分开。所述ECM设备包括一个控制单元、工具电极、加工间隙和在两个连续的脉冲电流之间的停顿时间期间向加工间隙提供预定量的电解液以从加工间隙和电极除去剩余的电解产物的电路。

本发明的一个目的，在于提供一种提高工件的精度、生产率和加工质量的方法。本发明的另一个目的，在于提供一种实施上述方法的设备。为此，在开始段落中定义的这类方法的特征，在于电压脉冲的幅值在两个预定值之间调节，这两个值是从工件的给定表面质量和电极损耗的发生导出来的，这样的导出是通过加工该工件之前的至少一次测试得出的。

利用预先测试来决定幅值所应处于的最佳限度，可以消除电极溶解和随之引起的对加工精度的破坏，而且，伴随着精心确定的表面质量如很好的光洁度，还可以获得很高的加工效率。

在加工铬-镍钢时，在这些运行情况下，废电解液中遗留的有毒六价铬减少了，这样很容易就可以符合环保要求。

相反极性的电压脉冲幅值所应处于的最佳限度，是通过根据本发明的各种方法来确定的，其特征在于，在测试中，电压脉冲的幅值从初值逐渐上升至终值，其特征还在于，这两个预定值是根据某个参数连续值之间的差值的符号变更来决定的，该参数是运行过程中电极和工件之间间隙的典型参数。

已经发现，在给定相反极性电压脉冲的幅值的情况下，电极和工件之间间隙的典型参数的连续值之间差值的符号变更的发生，是一种特征现象。第一个符号变更显示一个范围的开始，其间电压脉冲的幅值产生光亮的工件表面。第二个符号变更标志着电极开始溶解在电解液中以及加工精度开始遭到破坏这一时刻。在测试中，相反极性电压脉冲的幅值被升高，并且在随后的两个符号变更过程中，相应的幅值均被储存下来。接着，这两个相应的幅值就成为两个预定值，加工过程就在这两个值之间进行。

如果不加相反极性的脉冲，在正常极性的电流脉冲结束后一刹那，电极和工件之间的电压并不为零，而是等于极化电压，如果不再加电流脉冲，该电压将逐渐减少到零。根据本发明，测试过程中电压脉冲的幅值从基本对应于极化电压的初值，一直上升至最终值，最终值小于等于电极开始溶解到电解液中时的电压。