一种电化学加工中的杂散腐蚀冰层抑制方法与流程

本发明属于电化学加工技术领域，尤其涉及一种电化学加工中的杂散腐蚀冰层抑制方法。

背景技术：

电化学加工技术是基于电化学阳极溶解原理实现金属材料快速去除的加工方法。与传统机械加工方式相比，该加工方法为非接触加工，具有高速、加工表面质量好、工具无损耗、无残余应力，无塑性变形等优点，可以对难加工材料、复杂形状工件进行批量加工。但由于加工过程中无法约束电场、流场在期望加工区域，因此工件的非加工区域易受到杂散电流的杂散腐蚀作用，影响工件的表面质量和精度。

杂散腐蚀是电解加工中的常见问题，已经成为制约电解加工精度的一个重要因素,目前减少杂散腐蚀的方法主要为工具电极侧壁绝缘，采用钝性电解液（如低浓度复合电解液）、混气电解加工等方法。

侧壁绝缘通过在电极侧壁贴涂绝缘物质，使得电极只有端部参与工件的电化学溶解，从而有效避免工件侧壁的杂散腐蚀和已加工表面的二次加工，但是侧壁绝缘方式不适用于端面杂散腐蚀的控制，加工初始时电极端面逐步向工件表面移动，杂散电流会对工件表面产生杂散腐蚀。

钝性电解液活化效应强，粘度低，对流场敏感性低，可以减小对非加工表面的杂散腐蚀，提高加工精度，在电解-电火花复合加工当中低浓度复合电解液得到了很好地应用，但不适用于纯电解加工，低浓度电解液下电解速度会大幅下降，加工效率降低。

混气电解加工通过气体在侧壁通道体积膨胀达到降低电解液局部电导率，减小材料去除速率，提高加工过程的整平能力，提高加工精度，减少侧壁杂散腐蚀。但气液混合装置的设计较为复杂，且混气电解加工主要提高了工件侧壁质量，对于工件的端面质量没有影响，不能解决工件非加工面杂散腐蚀问题。

2015年11月11日专利cn105033371a公开了一种电加工用防电化学杂散腐蚀的方法，该方法在加工初始阶段给工具电极与工件之间施加正负对称的交流辅助电源，使两电极之间电解液中的离子和电子在小范围内来回“振动”，使工具电极移动过程中离子的移动减少，从而减少工件表面非加工区域的杂散腐蚀。但该方法中交流辅助电源对未加工表面的保护效果未知，且该方法与绝缘处理相比缺少稳定性和可预见性。

2016年10月26日专利cn106041235a公开了一种随动式辅助阳极电解线切割加工系统及方法，该方法在电解线切割加工区安装随工具电极运动的不溶性辅助阳极，在辅助阳极上施加高于工作电压的电势，可以有效抑制工件加工区附近非加工区的杂散腐蚀现象，但该方法只阐述了应用于电解线切割方面的效果，其他电化学加工的可应用性未提及。

2016年12月14日专利cn106216784a公开了一种电化学或电火花-电化学复合加工中未加工表面的保护方法。该方法将双面导电金属箔片胶带粘附在待加工的工件表面，工具电极直接在粘附双面导电金属箔片胶带的工件表面进行放电加工，将工件表面的杂散电流转移到双面导电金属箔片胶带表面，实现对工件表面的保护作用。但该方法所用的亚克力胶在后续清洗中不易去除，且电极穿透导电胶带可能会造成一定的损耗。

2017年1月4日专利cn106270842a公开了一种抑制微细电化学加工杂散腐蚀的加工装置和方法，该发明在加工电极外围安置绝缘罩并通过垂直和三维位移台实现加工控制，既可抑制型腔表面的杂散腐蚀，也可避免以往在电极侧壁采用固定绝缘层对铣削侧壁加工带来的不良影响，但该方法提出的绝缘罩需要针对电极的不同形状尺寸进行定制。

2017年3月1日专利cn104801801b公开了一种基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置，该发明主要利用低温环境使工件底部形成冰层反衬，保持加工的稳定性，改善工作液流场，但没有涉及杂散腐蚀的解决方法。

2018年11月16日专利cn108817582a公开了一种用于电解加工中阴极绝缘的装置，该发明在阴极表面需要绝缘处制备超疏水微结构以实现选择性绝缘，从而将电场约束在加工区域，降低杂散腐蚀和侧壁锥度，提高加工效率和精度，但该方法不适用于需要侧壁电解作用的电解-电火花复合加工。

技术实现要素：

本发明提供了一种电化学加工中的杂散腐蚀冰层抑制方法，利用低温环境，通过在工件非加工表面覆盖冰层的方法降低加工过程中杂散电流对其的散蚀作用，改善了工件加工表面质量。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种电化学加工中的杂散腐蚀冰层抑制方法，包括以下步骤：

(1)在待加工工件表面制备冰层绝缘保护膜；

(2)保持工作环境低温，需要加工的表面通过加工通道进行电化学加工；

(3)加工结束后，提高加工环境温度，冰层融化后取下工件。

以上所述步骤中，步骤(1)中所述冰层绝缘保护膜的厚度为2mm～5mm，所述冰层绝缘保护膜为采用低温实施措施，利用环状模具在工件表面直接制冰，或预先制备成型性的带有加工通道的冰层，在低温环境下使冰层与工件冻结；制备所述冰层保护膜所用液体电导率为0.3μs/cm～2μs/cm，所述液体为去离子水或工作液；所述环状模具材料为耐低温-50℃～0℃的不锈钢或环氧树脂；所述低温环境的制冷方式为物质相变制冷、蒸汽压缩式制冷、绝热放气制冷或半导体制冷；步骤(2)中所述加工通道通过利用电化学加工中管电极内冲液的热量及压力使冰层局部溶解形成。

有益效果：本发明提供了一种电化学加工中的杂散腐蚀冰层抑制方法，在工件表面覆盖冰层，管电极通过内冲液局部溶解冰层形成进给通道，进给通道以外的表面仍被冰层覆盖绝缘，工具电极对工件表面进行电化学加工时，由于冰层绝缘流场和电场均无法影响非加工面，非加工面处的杂散腐蚀得到很好地控制，孔口质量和精度得到了提升，加工过程中保持制冷，保证冰层与工件表面紧密牢固接触，同时控制内冲液溶解冰层形成的进给通道直径适宜，使得工作液能从通道和电极间的间隙正常流出，也能保证非加工表面始终覆盖冰层，同时保证在加工过程中由于持续供冷通道直径不会扩大。

在工件表面覆盖冰层不会对工件表面造成物理或化学影响，与涂覆绝缘材料或镶嵌金属材料保护非加工表面的方式相比，冰层制备简单快速，去除方便，只需提升环境温度让冰层融化即可去除，同时不会对零件表面造成划痕、挤压等物理伤害，节省加工后处理时间，提高加工效率，同时冰融化后是水，不会对环境造成影响，绿色环保。

在工件表面覆盖冰层的绝缘方式适用于电解加工、电火花加工、电解电火花复合加工，直接对非加工表面进行绝缘不会导致侧壁无法电解的现象。对于电火花电解复合加工来说，电火花加工后的重铸层被工具电极侧壁电解去除，所以工具电极侧壁绝缘的方式是不适合的，直接对非加工表面进行绝缘保护更为理想。

利用管电极内冲液热量和冲液压力控制冰层局部溶解形成通道的直径，主轴控制工具电极进给穿过通道对工件表面进行电解、电火花、电解电火花复合加工等工艺，电极尺寸的不同对于冰层的制备没有影响，任何尺寸管电极的电化学加工都可以利用本方法冰层抑制非加工表面的杂散腐蚀。

利用预先制冰法，根据工具电极形状预先制好带有加工通道的冰层，主轴控制工具电极进给直接穿过通道对工件表面进行电解、电火花、电解电火花复合加工等工艺，工件非加工表面因为冰层覆盖而绝缘，不受杂散电流的影响。任何形状尺寸工具电极的电化学加工都可以利用本方法冰层抑制工件非加工表面的杂散腐蚀。

附图说明

图1为本发明利用环状模具在工件表面直接制冰后，工具电极内冲液使冰层局部溶解形成通道示意图；

图2为本发明预先成型制冰，工具电极直接进给示意图；

图3为本发明加工过程示意图；

图中，1为工作液，2为工具电极，3为喷嘴，4为制冷物质，5为待加工的工件，6为冰，7为脉冲电源，8为环状模具，9为加工产物，10为预先制好的冰层，11为加工通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

(1)将环状模具8下边缘均匀沾取少量去离子水后贴合工件5的待加工表面；

(2)采用低温实施措施，喷嘴3持续喷出制冷物质4对工件待加工区域进行降温处理，使环状模具8下边缘和工件5表面之间的去离子水凝固冻结，从而使环状模具8下边缘与工件5表面紧密贴合；

(3)在低温环境下，将适量去离子水缓缓倒入环状模具8与工件5表面形成的容器当中，容器中去离子水被冻结，并和工件5待加工表面自然冻结在一起且具有连接强度，形成具有一定厚度的冰层绝缘保护膜6；

(4)将工件5与脉冲电源7的正极相连，将工具电极2与脉冲电源7的负极相连，工作液1采用管电极内冲液的方式进行供给，工具电极2在进给机构驱动下运动，温度控制器控制工作液1的温度，工具电极内冲液的热量和冲液压力使冰层局部融化形成加工通道，随后进行电化学加工，加工过程中的产物9排出通畅，工件5的非加工表面由于冰层绝缘6的存在得到较好的保护；

(5)加工结束后，提高加工环境温度，冰层融化后取下工件5。

以上所述步骤中，所述工作液温度控制器是连续可调的，通过控制电极内冲液温度可以控制冰层融化所形成的通道直径。

所述低温环境是由制冷部件和工作液温度控制器共同构成的。

所述制冰层所用的液体为去离子水，电导率为2μs/cm，环状模具材料为不锈钢；低温温度范围为-50～0℃；所述的冰层保护膜厚度根据具体加工情况而定为2mm；所述低温环境的制冷方式为物质相变制冷。

实施例2

(1)用预先成型制好的带有加工通道11的冰层10，在低温环境下，将预制冰层10直接与工件5表面冰冻连接；

(2)将工件5与脉冲电源7的正极相连，将工具电极2与脉冲电源7的负极相连，工作液1采用管电极内冲液的方式进行供给，工具电极2在进给机构驱动下运动，温度控制器控制工作液1的温度，工具电极内冲液的热量和冲液压力使冰层局部融化形成加工通道，随后进行电化学加工，加工过程中的产物9排出通畅，工件5的非加工表面由于冰层绝缘6的存在得到较好的保护；

(3)加工结束后，提高加工环境温度，冰层融化后取下工件5。

以上所述步骤中，所述低温环境是由制冷部件和工作液温度控制器共同构成的；所述制冰层所用的液体为去离子水，电导率为0.3μs/cm，所述的冰层保护膜厚度根据具体加工情况而定为5mm；所述低温环境的制冷方式为蒸汽压缩式制冷。

实施例3

(1)将环状模具8下边缘均匀沾取少量工作液后贴合工件5的待加工表面；

(2)采用低温实施措施，喷嘴3持续喷出制冷物质4对工件待加工区域进行降温处理，使环状模具8下边缘和工件5表面之间的工作液凝固冻结，从而使环状模具8下边缘与工件5表面紧密贴合；

(3)在低温环境下，将适量工作液缓缓倒入环状模具8与工件5表面形成的容器当中，容器中工作液被冻结，并和工件5待加工表面自然冻结在一起且具有连接强度，形成具有一定厚度的冰层绝缘保护膜6；

(4)将工件5与脉冲电源7的正极相连，将工具电极2与脉冲电源7的负极相连，工作液1采用管电极内冲液的方式进行供给，工具电极2在进给机构驱动下运动，温度控制器控制工作液1的温度，工具电极内冲液的热量和冲液压力使冰层局部融化形成加工通道，随后进行电化学加工，加工过程中的产物9排出通畅，工件5的非加工表面由于冰层绝缘6的存在得到较好的保护；

(5)加工结束后，提高加工环境温度，冰层融化后取下工件5。

以上所述步骤中，所述工作液温度控制器是连续可调的，通过控制电极内冲液温度可以控制冰层融化所形成的通道直径。

所述低温环境是由制冷部件和工作液温度控制器共同构成的。

所述制冰层所用的液体为工作液，环状模具材料为环氧树脂；低温温度范围为-50～0℃；所述的冰层保护膜厚度根据具体加工情况而定为3mm；所述低温环境的制冷方式为绝热放气制冷。

实施例4

(1)用预先成型制好的带有加工通道11的冰层10，在低温环境下，将预制冰层10直接与工件5表面冰冻连接；

(2)将工件5与脉冲电源7的正极相连，将工具电极2与脉冲电源7的负极相连，工作液1采用管电极内冲液的方式进行供给，工具电极2在进给机构驱动下运动，温度控制器控制工作液1的温度，工具电极内冲液的热量和冲液压力使冰层局部融化形成加工通道，随后进行电化学加工，加工过程中的产物9排出通畅，工件5的非加工表面由于冰层绝缘6的存在得到较好的保护；

(3)加工结束后，提高加工环境温度，冰层融化后取下工件5。

以上所述步骤中，所述低温环境是由制冷部件和工作液温度控制器共同构成的；所述制冰层所用的液体为工作液，所述的冰层保护膜厚度根据具体加工情况而定为4mm；所述低温环境的制冷方式为半导体制冷。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。