0引言

      電解加工是利用金屬在電解液中可（kě）以發生陽極溶解的原理（lǐ）將零（líng）件加工成形的（de）,加工過程中工具（jù）電極與工件陽極不接（jiē）觸,具有加工不受材料的強度和硬（yìng）度限製、工具電極無損耗（hào）、不會產生加工變形和應力以及加工質量好、生（shēng）產率高等優點[1]。電解線（xiàn）切割加工技術是電解加工技術與線割加（jiā）工（gōng）技術（shù）的結合,該技術不僅繼承了（le）電（diàn）解（jiě）加工的優點,而且還有自身的特點:采用線電極,結合工件的二（èr）維平麵運動,能夠簡（jiǎn）單地實現複雜（zá）微結構的加工;因為加工電極絲直徑在微（wēi）米級,加工（gōng）間（jiān）隙也在微米級,所以在微製造領域有很大的發展潛力。

      電解線切割加工時,隨著工件深寬比的增大,加（jiā）工間隙內電解產物（wù）的（de）排除越來越困難,造成加工區電解液濃度、電導率發生變化,影響（xiǎng）加工的（de）精度與效率（lǜ）,製約了其（qí）實際應用水（shuǐ）平的提高（gāo）。文獻[3]采用（yòng）衝液加工的方式排（pái）出電解產物;文獻[7]利用（yòng）加工電極絲微振（zhèn）動的方式促進（jìn）加工產物的排出;文獻[8]采用電極絲往複運絲的方式實現電解產物的排出。

      為取得（dé）更（gèng）好的加（jiā）工效果,本（běn）文提（tí）出（chū）利用環形鍍鋅黃銅絲作為加（jiā）工（gōng）電極絲,配合精密電機的控（kòng）製,使（shǐ）環形絲沿著（zhe）重力的（de）方（fāng）向保持恒（héng）定的張力運行,能夠有效地將電解加工產物及時排除,迅速更新電解液。環形電極絲理論（lùn）上無損耗（hào）,可反複利用（yòng）,降低了使用成本。

1環形絲電解線切割試驗研究

1.1加工試驗原理

      環形絲電解線切割加（jiā）工原理如圖1所（suǒ）示。本文通過冷焊（hàn）模具將單根黃銅絲冷焊成環形電極絲,環形絲電極與電源負極相連,工（gōng）件（jiàn）作為陽極與電源正極相連,采用電化學陽極溶解的（de）原理,結合二軸數控運動平台,將工件加工成形。保持環形絲的運動方向與重力方向一致,對整個加（jiā）工間隙內的電解液進行拖曳,有效利用電極（jí）絲的動（dòng）能（néng）在加工間（jiān）隙內部“擾動暠流體,使其產生對流運動,配合超（chāo）聲振動,促（cù）進新鮮電解液的進入和加快產物的排出,大（dà）幅度提（tí）高加工效率。

1.2加工試驗係統

      環形絲單向運絲電解線切割加工係統示（shì）意圖見圖2,加（jiā）工係（xì）統主要分為運動控製、恒張力運絲（sī）、加工狀態監測三部分。

      係統采用PI公司高精度三軸運（yùn）動平台實現X、Y、Z 伺服運動,將陽極工件夾具與Z 軸相連接,在計算機的控（kòng）製下（xià）實現任意精密的二維運動。恒張力運絲部分由環形絲、運絲機構、張力傳感器。

      和數據采集卡組（zǔ）成;采用首尾相接的環形電極絲4作為工具陰極,陰極絲環繞在恒張力裝置上並施（shī）加一定的預緊力將其（qí）張緊,環形絲在主動輪9的帶動下,開始沿著重力方向（xiàng）運動;張力（lì）傳感器7配合數據采集卡10實時檢測（cè）環形絲上的張力,將實時采集的張力與預先設定的張力作比（bǐ）較,若張力發生變化,則計算機會驅動電機8前進或者後退（tuì）來控製環形絲上的張（zhāng）力（lì）,確保環形絲在恒定的張力下（xià）運行。為了選擇合理（lǐ）的加工參數,加工過程中,電流由（yóu）霍爾電流傳感器檢測並通過數（shù）據（jù）采集卡傳入計算機。

1.3試驗條件和方法

      本文通過四因素四水平（píng）的正交試驗研究加工電（diàn）壓、進給速度、電解液濃度以及電極絲的運絲速度對加工（gōng）間隙S 的影響。加（jiā）工間隙的模型如圖3所示（shì）,加工間隙S 用公式表示為：

       S = (S-d)/2

      式中,S 為切縫縫寬;d 為電極絲（sī）直徑。

      試驗采用200 的環形電極絲作為工具（jù）陰極,5mm 的不鏽鋼板(304SS)作（zuò）為工（gōng）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L16(45)的正交試驗表,試驗因素水平表見表1。其中,因素A 為加工電壓,因素B為進給速度,因素（sù）C為電解液濃（nóng）度,因素D為運絲速度。 

2試驗結果（guǒ）與（yǔ）分析

      采用極差分析法分析加工試驗結果,結果如表2所示。由表2可知,影響加工間隙的主次因素（sù）分別是進給速度、電解液濃度、加（jiā）工電壓（yā）和環形絲的運絲速（sù）度。

      根據表2可（kě）以作出各因素對加工（gōng）間隙的影響（xiǎng）趨勢圖,見（jiàn）圖4。從圖4進（jìn）給（gěi）速度與加工間隙的關係可以看出,進給速度對加工間隙（xì）的影響比較顯著,加（jiā）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（diàn）解液更新變得困難,加工穩定性變差。電解液濃度的變化影響溶液的電導率,電解液濃度增大（dà）會使得溶液中帶（dài）電離子增多,從而溶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工精度,電解液濃度不能過大。加工間隙隨加工電壓的增大（dà）而增（zēng）大,即單位時間內,當加工電壓增大時,加工間隙內（nèi）電場增強,材料的蝕（shí）除量也隨之增大;但是較大的加工電壓會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的關係得知,較低（dī）的運絲速度對促進加工區產物排出影響小,加工區產物堆（duī）積嚴重（chóng）,電導率小且加工間隙小;電極絲運絲速（sù）度的提高有利於電解產物與電解熱的排出,加工間隙也隨之變大,但是過快（kuài）的運絲速度會加劇電極絲的抖動且伴隨頻繁的（de）短路,加工不穩定。 

3複雜（zá）結構的（de）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（nóng）度為5g/L,電極絲進給速（sù）度為1.2/s,電極絲運絲速度為5mm/s。以優化的加工參數在5mm厚的不鏽鋼板(304SS)上加工出五角星結構,如圖5所示。環形（xíng）絲電極是直徑為200的鍍鋅黃（huáng）銅絲,切縫寬度為250 左右,其深寬比達到（dào）20,加（jiā）工過程中未出現短路（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（yùn）絲電解（jiě）線切割加工係統,使環形絲的運行始終與重力（lì）方向保持一致,有（yǒu）效地帶出電解加工產物與（yǔ）電解熱,有（yǒu）利於加工高深寬（kuān）比（bǐ）結構（gòu）零（líng）件。(2)在搭建的加工係統中進行了（le）正交試驗。結（jié）果（guǒ）表明,減小加工電壓、減小電解液濃度,提高進給（gěi）速度和降低運絲速度有利於提高電解加工精度,減小加（jiā）工（gōng）縫寬。(3)采用優化後的加工參數,在5mm 厚的（de）不鏽鋼板上加工出五角星圖案,加工縫寬在250 左（zuǒ）右,深寬比達到20,加工過程穩定。