0引言

      電解加工是利用金屬在電解液中可以發生（shēng）陽極溶解（jiě）的原理將零件加工成（chéng）形的,加工過程中工具（jù）電極與工件陽極（jí）不接觸,具有加工（gōng）不受材料的強度和（hé）硬度限製、工具（jù）電極無損耗、不會產生加工變形和應力以及加工質量（liàng）好（hǎo）、生產率高等優點[1]。電解線（xiàn）切割加工技術（shù）是（shì）電解加工技術與線割加工技術的結合,該技術不僅繼（jì）承了電解加工的優（yōu）點,而且還有自身的特點:采用線電極,結合工件的二維（wéi）平麵運動,能夠簡單（dān）地實現複雜微結構的加工;因為加工電極絲（sī）直徑在微米級,加工間隙也在微米級（jí）,所以在微製（zhì）造領域有很（hěn）大的發展潛力。

      電解線（xiàn）切割加工時,隨著工件深寬比的增大,加工間隙內電（diàn）解產物的排除越來越困難,造成加工（gōng）區電解液濃度、電導率發生變化（huà）,影（yǐng）響加工的精度與效率,製約了其實（shí）際應用水平的提高。文獻[3]采用（yòng）衝液（yè）加工的方式（shì）排（pái）出電解（jiě）產物;文獻[7]利用加工電極（jí）絲微振（zhèn）動（dòng）的方（fāng）式促進加工產物的排出;文（wén）獻[8]采用電極絲往複運絲的方式實現電解產物的（de）排出（chū）。

      為取得更好的加工效果,本文提出利用環形（xíng）鍍（dù）鋅黃銅絲作為加工（gōng）電極絲,配合（hé）精密電機的控製,使環形絲沿著重力的方向保持恒定的張力運行,能夠（gòu）有效地（dì）將電解加工（gōng）產物及時排除,迅速更（gèng）新電解液。環形電極絲理論上無損耗,可反複利用,降（jiàng）低了使用（yòng）成本。

1環形絲電解（jiě）線切割試驗研究

1.1加工試驗原理

      環形絲電解線切（qiē）割加工原理如圖1所（suǒ）示。本文通（tōng）過冷焊模具將單（dān）根（gēn）黃銅絲冷焊成（chéng）環形（xíng）電極（jí）絲,環形絲電極與電源負極相連,工件（jiàn）作為陽極與電源正極相連,采用電化學陽極溶解的原理,結合二（èr）軸數控運動平台,將工件加工成形。保持環形絲的運動方向與重力方向（xiàng）一致,對整個加工間隙內的電解液進行拖曳,有效利用電極絲的動能在加工（gōng）間隙內部“擾動暠流體,使其（qí）產生對流運（yùn）動,配合超聲振動,促進新鮮電解液的進入和加快產物的排出,大幅度提高加工效率。

1.2加（jiā）工試驗係統

      環形絲單向運（yùn）絲電解線（xiàn）切（qiē）割加工係統示意圖見圖2,加工係統主要（yào）分為運動控製、恒張（zhāng）力運絲、加工狀態監測三部分。

      係統采用PI公司高精（jīng）度三軸運動平台實現X、Y、Z 伺服運（yùn）動,將陽極（jí）工件夾具與Z 軸相連接,在計算機的控製下實現任意精（jīng）密的二維運動。恒（héng）張力（lì）運絲部分（fèn）由（yóu）環形絲、運絲機構、張力傳感器。

      和數據采集卡組成;采用首尾相接的環形電極絲4作為工（gōng）具（jù）陰極（jí）,陰極絲環繞（rào）在恒張力裝置上並（bìng）施加一定的預緊力將其張緊,環（huán）形絲在主動輪9的帶動下,開始沿著重（chóng）力方向運（yùn）動;張力傳感（gǎn）器7配合數（shù）據采集卡10實時檢測環形絲上的張力,將實時采集的張力與預先設定的張力（lì）作比較,若張力發生變化,則計算機會驅動（dòng）電機8前進或者後退來控製環形絲（sī）上的張力,確保環形絲在恒定的張力下運（yùn）行。為了選擇合理（lǐ）的加工參數,加工過程中,電流（liú）由霍爾電流傳感器檢測並通過數據采集（jí）卡傳入計算機。

1.3試驗條件和方法

      本文通過四因素（sù）四（sì）水平的正交試驗研究加工電壓、進給速度、電解液（yè）濃度以及電極絲的（de）運絲速（sù）度對加工間隙S 的影響。加工間隙的模型如圖3所示,加工間隙S 用公式表示為：

       S = (S-d)/2

      式中,S 為切縫縫（féng）寬;d 為電極絲直徑。

      試驗采用200 的環形電極絲作為（wéi）工具陰極,5mm 的不鏽鋼板(304SS)作為工件（jiàn）陽極,加工電解液為NaNo3 溶液,溶液溫度設定在30。試驗選用（yòng）L16(45)的正交試驗（yàn）表,試驗因素水平表見表1。其中,因素A 為（wéi）加工電壓,因素B為進給（gěi）速度（dù）,因素C為電解液濃度,因素（sù）D為運絲速（sù）度。 

2試驗（yàn）結果（guǒ）與分析

      采用極差分析法分析加工試（shì）驗結果,結果如表2所示。由表2可知,影響加工間隙的主（zhǔ）次因素分別是進給速度、電解液濃度（dù）、加工電（diàn）壓和環形絲的運絲速度。

      根據表2可以作出各因素對加工間隙的影響趨勢圖,見圖4。從圖4進給速度（dù）與加工間隙的關係可以看出,進給速度對加（jiā）工間隙的影響比較顯著（zhe）,加工間隙隨進給速度的（de）增大而減小,但是間隙的減小會（huì）使得電解液（yè）更新變得（dé）困難,加工穩定性變差。電解液濃度（dù）的變化影響（xiǎng）溶液的電導率,電解（jiě）液濃度增（zēng）大會使得溶液中帶電離子增多,從而（ér）溶（róng）液的電導率也隨之增大,加工間隙變大;但是電導率的增大會導致電解加工定域性下降,加工精度變差,為保證加工表麵質量與加（jiā）工精度,電（diàn）解液濃度（dù）不能過大。加（jiā）工間隙隨加工電壓的增大而增（zēng）大,即單位時間內,當加工電壓增大時,加工間隙（xì）內電場增強,材料的蝕除量也隨之增大;但是較（jiào）大的加工電壓會（huì）造成較嚴重的雜散腐蝕,影響加工精度。分析環形絲運絲速度與加工間隙（xì）的關係得（dé）知（zhī）,較低的運絲速度對促進（jìn）加工區產物（wù）排出影響小,加工區產物堆積嚴重,電導率小（xiǎo）且加（jiā）工間隙小;電極絲運絲速度的提高（gāo）有利於電解產物與電解熱的排出,加工間隙（xì）也隨之變大,但是過快的運絲速度會加劇電極（jí）絲的抖動且（qiě）伴隨頻繁（fán）的短路,加工不穩定。 

3複雜結構的加工

      通過正交（jiāo）試驗獲得優化後的加工參數如下:加工電壓為9V,電解液濃度為5g/L,電極絲進給速度為1.2/s,電極（jí）絲運絲速度為（wéi）5mm/s。以優化的加工（gōng）參數在5mm厚（hòu）的不鏽鋼板(304SS)上加工（gōng）出五角星結構,如圖5所示。環形絲電（diàn）極是直徑為200的鍍鋅黃銅絲,切縫寬度為250 左右,其深寬比達到20,加工過程中未出現（xiàn）短路（lù）現象。

4.結論

      (1)本文設計了恒張力運絲機構,建立了環形運絲電解線切割加工係統,使環形（xíng）絲的運（yùn）行始終與（yǔ）重力方向保（bǎo）持（chí）一致,有效地帶出電解加工（gōng）產物與電解熱,有利（lì）於加工高深寬比結（jié）構零件。(2)在搭建的加工係（xì）統（tǒng）中（zhōng）進行了正（zhèng）交試驗。結果表明,減小（xiǎo）加工電（diàn）壓、減小電解液濃度,提高進給速度和降低（dī）運（yùn）絲速度有利於提高電解加（jiā）工精度（dù）,減小加工縫寬。(3)采用優化後的加工參數,在5mm 厚（hòu）的不鏽鋼板上加工出五角星圖案,加工（gōng）縫（féng）寬（kuān）在250 左右,深寬比達到20,加工過程（chéng）穩定。