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标  题: 电解磨削及相关加工技术的发展现状(1)
发信站: 紫 丁 香 (Sun Jan  9 11:19:37 2000), 转信

本文源自徐玉春博士论文

电解磨削ECG（Electrochemical Grinding）属于电化学机械加工ECMM（Electrochemi
cal Mechanical Machining）的范畴，它可用于多种特殊材料（比如磁性材料）及难加
工材料的磨削，磨削形式包括平面、外圆、内孔磨削以及各种模具型腔的加工。与电解
磨削相关的加工技术主要包括电解珩磨ECH（Electrochemical Honing）和电解研磨EAM
（Electrochemical Abrasive Machining）。电解磨削按照磨具相对于工件的进给形式
可分为刚性进给与浮动进给，刚性进给的电解磨削所用磨具可选用普通机械磨削砂轮，
加工中磨具通过机床的进给机构实现进给，如图1-1(a)所示。浮动进给的电解磨削所用
磨具为磨条（或研磨介质）等磨具，利用弹簧或其它弹性元件的压力压紧在工件表面，
随着工件表面金属的不断去除，磨具逐渐进给，如图1-1(b)所示。电解珩磨和电解研磨
加工中由于磨具或磨料分别靠弹簧和砂布压紧在工件表面，因而属于浮动进给的电解磨
削。

国外的电解磨削技术
日本在电解磨削方面的研究相对较多，主要是用于大面积的光整加工。早在70年代后期
，为了提高不锈钢板的加工表面质量，日立造船株式会社的田宫胜恒、前田英彦等人开
发了不锈钢板的电解研磨方法，并对此进行了较多的研究。后来曙川电机制作所的釜田
浩、大阪大学工学部的木本康雄、京都大学的垣野义昭等学者也参与了这方面的研究[1
0,11]。八十年代初期，日本工业技术院机械技术研究所的清宫宏一等人又采用泡沫聚氨
酯作研磨介质、在电解液中直接混入微细磨料进行了流动磨料的电解研磨研究。与此相
对应，田宫胜恒、前田英彦等人开展的电解研磨方法称为固定磨料的电解研磨，但在加
工原理上二者并没有本质上的不同[12]。两种研磨方法比较起来，采用流动磨料的电解
研磨加工表面质量更好，而且省去了制造砂布的工序，但金属去除率比采用固定磨料研
磨时要低，两种方法电解研磨平面的原理如图1-2所示。图中工具电极是一中空圆盘，其
盘面端部上均匀分布着小直径通孔，电解液通过这些小孔送入加工区内。盘面下端安装
一层多孔的粘弹性研磨介质，在研磨介质或电解液中含有磨料。加工时将工件接直流电
源正极，工具圆盘接直流电源负极，圆盘高速旋转。工件在电解作用和研磨介质的磨削
作用下不断被去除。电解研磨加工表面的粗糙度值一般可小于Ra0.005?m[13]。八十年代
中期日本机械技术研究所还研制出了大型板材的镜面加工生产线，该生产线能够加工长
度为6m、宽度为1.5m的不锈钢板材，加工表面粗糙度可达Rmax0.05?m[14]。
图 1-2  平面电解研磨的原理
Fig. 1-2  Principle of plate electrochemical abrasive machining
日本在电解研磨方面的研究较多，目前应用领域已经从化学工业扩展到电子工业、半导
体工业和原子能工业等领域中[15-17]。但至今未见其它国家有相关的报道。八十年代以
后，日本将电解研磨技术推广到大直径外圆及内孔表面的加工，其加工原理与平面加工
基本相同[15]。但该种外圆磨削方法加工出的表面磨削轨迹分布不理想，加工表面往往
存在较大的波纹度。为改善这种加工缺陷，日本的木本康雄等人在八十年代后期提出了
一种回转的盘形工具相对于工件偏置的研磨方法，其加工原理如图1-3所示[18,19]。加
工中工件与工具同时旋转，二者的轴线在空间正交，工具的轴线相对于工件的轴线向上
偏移一定距离Y，加工中工具阴极沿工件的轴线方向作往复进给运动。这种研磨方法加工
出的工件表面具有较理想的磨削痕迹，可降低加工表面的波纹度和表面粗糙度值。
图 1-3  采用转盘式电极的圆柱面电解研磨
Fig. 1-3  Cylinder electrochemical abrasive machining with a rotating disk c
athode
电解研磨还被用于内孔、自由曲面和模具型腔的加工。日本的清工宏一等人采用聚氨酯
作研磨介质，研制了手持式的电解研磨加工装置，可用于自由曲面的加工[12,15]。采用
尼龙不织布螺旋缠绕在金属管上作研磨工具进行了φ4～6mm小孔的镜面电解研磨，加工
中磨具以23rps的转速旋转，并以7Hz的频率和8mm的振幅作上下振动，其加工原理如图1
-4所示。该种加工方法可在2分钟内使加工表面的粗糙度由Rmax2～3?m降至Rmax0.05?m[
14]。
图 1-4  小孔的电解研磨
Fig. 1-4  Electrochemical abrasive machining of small hole
日本北海道大学的佐藤敏一还对电解磨削在模具加工中的应用进行了研究[20]。加工中
可以采用石墨磨轮、金刚石磨轮或磨粒间加入导电物质的磨轮，其最典型的应用是对硬
质合金进行成型磨削。由于电解磨削产生的热量少，加工表面无热烧伤，金相组织不发
生变化，因而加工出的硬质合金表面与烧结的硬质合金表面组织结构非常相似，具有很
高的耐磨性[20]。
在电解磨削加工的精度方面，日本和英国进行过一些相应的研究。英国曼彻斯特科技大
学的伊朗学者A. F. Tehrani在电解磨削平面的过程中研究了尺寸“过切”的问题[21]。
该研究认为，由于电解作用的杂散腐蚀，当磨削过程中砂轮的切向进给速度较慢时，工
件实际的去除量要大于名义去除量，即产生尺寸超差的现象，称为“过切”。该研究认
为若提高电解磨削的加工精度应相应提高砂轮的切向进给速度。同时，A. F. Tehrani的
研究还提出采用脉冲电解磨削PECG工艺减小加工过程中的尺寸“过切”量，因为脉冲电
解磨削可以在相同的加工电流密度下减小电解作用的实际参与时间，从而减小电解作用
，提高加工精度。A. F. Tehrani采用靠继电器实现开关的脉冲电源，用6.5～12V的电压
、19～48mm/min的砂轮切向进给速度、0.0035～0.3s的脉冲间隔和0.5～0.75s的脉冲周
期进行了脉冲电解磨削的工艺试验，试验结果表明该工艺能够减小加工过程中的尺寸“
过切”量。日本为提高电解磨削的加工精度也进行了一些研究，其基本思想是提高机械
磨削作用在整个加工过程中所占的比重[22,23]。一种方法是将电解磨削分为两个工步，
粗加工采用大的切深（可达几毫米）和低往复运动速度进行电解磨削，精加工则以较高
的往复运动速度和微量切深进行机械磨削，从而提高加工精度，该方法被称为SAM（Sur
face Shining Avodic Machining）法。另一种方法是采用微量切削深度（0.01～0.02m
m）和高往复运动速度（十几米/分）进行电解磨削来提高加工精度，该种方法被称为EM
G磨削（Electro Mechanical Grinding）。但严格来说这两种工艺并不是新的加工方法
，只是在不同工艺条件和操作规程下所进行的“电解磨削”＋“机械磨削”而已。
国外还对电解磨削的加工效率、能量消耗以及加工过程的优化进行了研究[24,25]。优化
指标包括电解砂轮的损耗、砂轮载荷、加工表面粗糙度、金属去除率和尺寸“过切”量
等方面。根据不同的加工要求确定各单项指标的加权系数，再通过对大量试验结果的计
算分析，确定获得最优加工质量的工艺条件[24]。


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