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摘 要 本文介绍了薄壁旋转件机匣外壁凸台采用电解加工方法相比传统机械加工方法的优势，并对机匣外壁凸台电解加工，确定了电解加工工艺的可行性且对电解加工过程中出现的电解加工技术问题进行分析研究及采取的改进措施。
关键词 机匣；机匣外壁凸台；电解加工；工艺
中图分类号：V261.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0149-01
电解加工又称电化学加工（ECM）是一种以金属电化学阳极溶解为机理即将待加工的金属以离子方式溶解，达到去除材料的目的。
电解加工应用范围广，可以加工各种难切削金属材料，不产生切削应力和切削热；无工具损耗，加工表面质量好，表面粗糙度值可达到Ra1.25μm；加工效率高，电解加工材料去除率高（100 mm3/min），并随着加工电流密度和总的加工面积的增大而增大。
本文通过对机匣外壁凸台电解加工原理及工艺方法、工装设计、电解加工过程及参数控制研究和试验，确定了薄壁零件机匣外壁凸台采用电解加工的可行性与优越性。
1 电解加工原理
电解加工是金属电化学阳极溶解为机理即将待加工的金属工件为阳极，以导电性能好的材料为阴极，两极保持一定的距离，并以一定压力快速流动的电解液流过两极间，在外加电压的作用下，工件阳极表面金属原子不断失去电子成为正阳离子与电解液中的OH离子生成难溶性的氢氧化物被高速流动的电解液带走，两极间的电解液不断更新，随着上述电化学反应过程的不断进行，工件阳极不断溶解，最后形成具有一定的形状和尺寸的工件。
2 机匣外壁凸台电解加工过程
2.1 机匣外壁凸台工艺分析
该机匣形状为薄壁锥筒形，材料为高温合金GH4169，毛坯采用锻件，该材料强度高、韧性好。机匣外壁凸台是机匣外锥面衍生的凸台。即机匣外壁沿圆周360°圆周上呈发散分布14个形状、大小各异的凸台，其基体等壁厚1.2 mm，凸台等高度
1 mm，基体壁厚与凸台转接R不小于1 mm。
机匣外壁凸台电解工艺方案先采用机械加工成等壁厚锥筒，然后采用电解加工形成凸台。
2.2 机匣外壁凸台电解加工工艺方法
采用电解加工机匣外壁凸台时，机匣内壁定位，电解电极做成一个与机匣外壁相同角度的圆锥面，大小取机匣圆周周向的一部份，固定在机床的Z轴上。机匣外壁凸台位置涂上保护绝缘层，机匣外壁锥面与电解电极锥面之间形成一个均匀的加工间隙， 在间隙之间通以高速流动的电解液作为导电介质。在加工过程中，零件相对于自身轴线360°旋转。没绝缘保护裸露金属机匣外壁不断失去电子，电离溶解并去除材料。机匣外壁凸台绝缘保护的部位和裸露金属加工部位随着金属的溶解形成高度差而形成凸台。
2.3 专用工装电极设计
采用电极固定，被加工零件机匣进行旋转的加工方法。在设计电极时，考虑电极加工面与机匣外壁加工回转面等间隙分布的原则，同时根据电流的大小来计算电极加工面的大小。
根据加工经验及查阅相关资料，考虑到机匣外壁是中小面积型面加工，电流密度（i）在20 A/cm2～50 A/cm2范围内选择。根据零件UG模型分析研究机匣外壁的表面积S=132020 mm2。
非加工表面积S1=45450 mm2
实际加工面积S2=S-S1=132020-45450=86570 mm2
总加工电流I= i*S2=25971 A
在加工工艺方案制定中，零件旋转，电极全包容零件，所需电流可达到25971 A，机床功率难以满足加工要求。根据机床功率，电极宽度大小取机匣外壁圆周十二分之一弧长，电极长度按零件的高度，机匣外壁凸台所需加工的最大电流为2164 A，能满足机床功率及加工要求。
2.4 电解加工导电介质电解液的选用
在电解加工中，电解液选择是否合理，是加工成败的关键，它影响到加工材料去除的效率，及加工表面质量和尺寸精度。
常用的电解液有2种，即NaCl和NaNO3电解液。
在加工过程中采用不同的电解溶液其效果不一样，NaNO3非线性电解液，在加工中，随着加工间隙的不断加工大，加工溶解的速度愈来愈小，当加工间隙增大约1 mm，基本上金属不能溶蚀，到形成钝性，导致加工不能进行，尺寸控制不好。
NaCl电解液是线性电解液，随着加工间隙的增大，加工间隙在1 mm左右，金属依然保持很好的溶蚀速度
在机匣外壁凸台电解加工实验中，分别采用了NaCl和NaNO3电解液在不同浓度下进行加工实验。实验结果显示：10%～15%的NaCl电解液加工效果好，即能保证凸台形状，且表面质量好。
3 机匣外壁凸台电解加工工艺的规范
根据对试验件进行电解加工，其电解加工工艺参数汇总
如下。
工件材料：GH4169；
工件转速：500-1000转/分钟；
工具电极：1Cr18Ni9Ti；
加工间隙：0.4-1.65MM；
加工电压：15 V -25 V；
加工电流：1000 A-2200 A；
电解液成分：10%-15%NaCl；
加工时间：30 min-120 min。
按上述参数加工机匣外壁凸台，加工尺寸精度即壁厚尺寸控制的精度在0.15 mm，形状各异的14个凸台轮廓尺寸及位置尺寸公差均在±0.3 mm以内，表面粗糙度0.8 μm，完全满足了设计要求。
4 总结
机匣外壁凸台零件材料为GH4169，在一般加工中，机匣外壁凸台加工采用机匣内壁填充石蜡增加刚性，然后采用数铣切削加工成型，加工中变形严重，无法满足设计要求。而电解加工完全解决了该零件的数铣加工难点。在电解加工中，电极没有接触机匣外壁、无切削应力，不存在加工变形，此工艺方案在薄壁零件加工中显示其加工优势。这种工艺方式工装夹具电极设计制造简单，一次投入，长期使用，降低了生产成本低，提高加工效率高。本技术可为这种难加工材料薄壁零件研制加工提供了一种高效可行的技术方案，为零件加工扩展了加工领域，为未来加工制造（军工方面）应用提供很好的途经。
参考文献
[1]曹凤国.特种加工手册[M].机械工业出版社，2010.
[2]徐家文，云乃彰，王建业，田继安，徐文骥，等.电化学加工技术原理.工艺及应用[M].国防工业出版社，2008.
[3]电解加工原理及工艺[Z].南京航空学院，1976.
关键词 机匣；机匣外壁凸台；电解加工；工艺
中图分类号：V261.5 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0149-01
电解加工又称电化学加工（ECM）是一种以金属电化学阳极溶解为机理即将待加工的金属以离子方式溶解，达到去除材料的目的。
电解加工应用范围广，可以加工各种难切削金属材料，不产生切削应力和切削热；无工具损耗，加工表面质量好，表面粗糙度值可达到Ra1.25μm；加工效率高，电解加工材料去除率高（100 mm3/min），并随着加工电流密度和总的加工面积的增大而增大。
本文通过对机匣外壁凸台电解加工原理及工艺方法、工装设计、电解加工过程及参数控制研究和试验，确定了薄壁零件机匣外壁凸台采用电解加工的可行性与优越性。
1 电解加工原理
电解加工是金属电化学阳极溶解为机理即将待加工的金属工件为阳极，以导电性能好的材料为阴极，两极保持一定的距离，并以一定压力快速流动的电解液流过两极间，在外加电压的作用下，工件阳极表面金属原子不断失去电子成为正阳离子与电解液中的OH离子生成难溶性的氢氧化物被高速流动的电解液带走，两极间的电解液不断更新，随着上述电化学反应过程的不断进行，工件阳极不断溶解，最后形成具有一定的形状和尺寸的工件。
2 机匣外壁凸台电解加工过程
2.1 机匣外壁凸台工艺分析
该机匣形状为薄壁锥筒形，材料为高温合金GH4169，毛坯采用锻件，该材料强度高、韧性好。机匣外壁凸台是机匣外锥面衍生的凸台。即机匣外壁沿圆周360°圆周上呈发散分布14个形状、大小各异的凸台，其基体等壁厚1.2 mm，凸台等高度
1 mm，基体壁厚与凸台转接R不小于1 mm。
机匣外壁凸台电解工艺方案先采用机械加工成等壁厚锥筒，然后采用电解加工形成凸台。
2.2 机匣外壁凸台电解加工工艺方法
采用电解加工机匣外壁凸台时，机匣内壁定位，电解电极做成一个与机匣外壁相同角度的圆锥面，大小取机匣圆周周向的一部份，固定在机床的Z轴上。机匣外壁凸台位置涂上保护绝缘层，机匣外壁锥面与电解电极锥面之间形成一个均匀的加工间隙， 在间隙之间通以高速流动的电解液作为导电介质。在加工过程中，零件相对于自身轴线360°旋转。没绝缘保护裸露金属机匣外壁不断失去电子，电离溶解并去除材料。机匣外壁凸台绝缘保护的部位和裸露金属加工部位随着金属的溶解形成高度差而形成凸台。
2.3 专用工装电极设计
采用电极固定，被加工零件机匣进行旋转的加工方法。在设计电极时，考虑电极加工面与机匣外壁加工回转面等间隙分布的原则，同时根据电流的大小来计算电极加工面的大小。
根据加工经验及查阅相关资料，考虑到机匣外壁是中小面积型面加工，电流密度（i）在20 A/cm2～50 A/cm2范围内选择。根据零件UG模型分析研究机匣外壁的表面积S=132020 mm2。
非加工表面积S1=45450 mm2
实际加工面积S2=S-S1=132020-45450=86570 mm2
总加工电流I= i*S2=25971 A
在加工工艺方案制定中，零件旋转，电极全包容零件，所需电流可达到25971 A，机床功率难以满足加工要求。根据机床功率，电极宽度大小取机匣外壁圆周十二分之一弧长，电极长度按零件的高度，机匣外壁凸台所需加工的最大电流为2164 A，能满足机床功率及加工要求。
2.4 电解加工导电介质电解液的选用
在电解加工中，电解液选择是否合理，是加工成败的关键，它影响到加工材料去除的效率，及加工表面质量和尺寸精度。
常用的电解液有2种，即NaCl和NaNO3电解液。
在加工过程中采用不同的电解溶液其效果不一样，NaNO3非线性电解液，在加工中，随着加工间隙的不断加工大，加工溶解的速度愈来愈小，当加工间隙增大约1 mm，基本上金属不能溶蚀，到形成钝性，导致加工不能进行，尺寸控制不好。
NaCl电解液是线性电解液，随着加工间隙的增大，加工间隙在1 mm左右，金属依然保持很好的溶蚀速度
在机匣外壁凸台电解加工实验中，分别采用了NaCl和NaNO3电解液在不同浓度下进行加工实验。实验结果显示：10%～15%的NaCl电解液加工效果好，即能保证凸台形状，且表面质量好。
3 机匣外壁凸台电解加工工艺的规范
根据对试验件进行电解加工，其电解加工工艺参数汇总
如下。
工件材料：GH4169；
工件转速：500-1000转/分钟；
工具电极：1Cr18Ni9Ti；
加工间隙：0.4-1.65MM；
加工电压：15 V -25 V；
加工电流：1000 A-2200 A；
电解液成分：10%-15%NaCl；
加工时间：30 min-120 min。
按上述参数加工机匣外壁凸台，加工尺寸精度即壁厚尺寸控制的精度在0.15 mm，形状各异的14个凸台轮廓尺寸及位置尺寸公差均在±0.3 mm以内，表面粗糙度0.8 μm，完全满足了设计要求。
4 总结
机匣外壁凸台零件材料为GH4169，在一般加工中，机匣外壁凸台加工采用机匣内壁填充石蜡增加刚性，然后采用数铣切削加工成型，加工中变形严重，无法满足设计要求。而电解加工完全解决了该零件的数铣加工难点。在电解加工中，电极没有接触机匣外壁、无切削应力，不存在加工变形，此工艺方案在薄壁零件加工中显示其加工优势。这种工艺方式工装夹具电极设计制造简单，一次投入，长期使用，降低了生产成本低，提高加工效率高。本技术可为这种难加工材料薄壁零件研制加工提供了一种高效可行的技术方案，为零件加工扩展了加工领域，为未来加工制造（军工方面）应用提供很好的途经。
参考文献
[1]曹凤国.特种加工手册[M].机械工业出版社，2010.
[2]徐家文，云乃彰，王建业，田继安，徐文骥，等.电化学加工技术原理.工艺及应用[M].国防工业出版社，2008.
[3]电解加工原理及工艺[Z].南京航空学院，1976.