專利名稱：用于電化學加工的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過在工件和導電電極之間施加電加工脈沖而同時在工件和電極之間供有電解質的用于電化學加工導電工件的處理的方法、裝置和電源。
電化學加工是在提供電解質和電流的同時導電工件在電極位置處溶解的過程。為此，電極位于工件附近而同時電解質輸進工件和和電極之間的間隙，大電流經電解質通過工件和電極，工件相對電極是正極。電流以具有給定幅度和時長的加工脈沖形式施加。在加工脈沖之間的間隔中更新電解質。加工脈沖作用期間電極和工件以給定的進給速度相互向對方移動，結果在工件表面形成空穴或最后形成孔洞，該空穴或孔洞的形狀對應電極形狀。例如，可使用該工藝，用于制備復雜空穴或孔洞或對硬質金屬或合金加工成形。
工件的空穴或孔洞形狀跟隨電極形狀的復制精度對最終質量而言極為重要。同時，以雜志論文和專利文獻形式的許多出版物已公開了改善電化學加工的復制精度的方法。
因此，本發(fā)明的目的是提供優(yōu)良復制精度的電化學加工方法和裝置。為此，開始段落中所定義的該類方法的特征在于加工脈沖與具有同加工脈沖相同極性的電鈍化脈沖相交替，鈍化脈沖的電壓具有不足以溶解工件和工件上的鈍化膜的幅度。
在加工脈沖之間的間隔中，即電解質更新期間，以可在電極周圍工件上形成金屬氧化物的鈍化層的幅度慎重施加鈍化脈沖。在下一次加工脈沖期間，在電極端表面選擇地去除該層。以該方式在進給方向上給出高效加工脈沖。因為在電極端表面溶解相對多的工件材料和在工件要加工的空穴中在空穴邊緣與側表面的斜面上形成較小半徑，這就改善了復制精度。要提到的另一優(yōu)點是過程的能量消耗較低以及進給方向上的工件溶解速率更高。這是因為由于局部鈍化層，加工脈沖的能量不再用于從工件的空穴側表面上非所要求地去除材料。
優(yōu)選地，保持工件和電極之間的距離，加工脈沖期間的距離比鈍化脈沖期間的要小。通過提高鈍化脈沖期間的工件和電極之間的距離，由于距離較大可實現(xiàn)鈍化脈沖的電場在電極端表面的作用比在工件空穴的側表面要小。因此，可較高精度實現(xiàn)相對電極端表面，即在工件空穴的底面上，形成鈍化層要比將要加工的空穴中的其它地方薄，或甚至沒有鈍化層。以只在加工脈沖期間的距離較小的情況下發(fā)生要加工表面活化的方式選擇加工脈沖的幅度、時長和波形。在該種情況下加工脈沖作用期間的陽極溶解僅發(fā)生在間隙小于臨界距離的那些工件位置上。工件的剩余部分被鈍化層所保護并且不被溶解。這導致非常高的復制精度。以按照本發(fā)明的不同方法，工件和電極進行相互振蕩移動，加工脈沖期間工件和電極之間的距離到達最小。
鈍化脈沖的電壓幅度起重要作用。太低，電壓不起作用或起極小作用，因為鈍化層太薄。相反，太高，電壓導致以前形成的鈍化層在空穴側表面消失并使復制精度降低。相對更高的電壓最終產生與額定加工脈沖相同的作用并導致工件在要加工的空穴的各個不希望位置上溶解。為優(yōu)化鈍化脈沖的幅度，按照本發(fā)明的不同方法的特征在于電化學加工期間調節(jié)至少一次鈍化脈沖的電壓幅度，改變一系列連續(xù)鈍化脈沖的鈍化脈沖幅度直到工件和電極之間的測量電阻達到最大，之后以對應最大電阻值的鈍化脈沖幅度繼續(xù)電化學加工。
在一系列連續(xù)鈍化脈沖期間逐漸改變鈍化脈沖的電壓幅度，例如從零增加到工件開始溶解的給定最大值。在每個隨后鈍化脈沖中施加略高的電壓并測量和存儲間隙電阻。從測量的電阻值中選擇最高值并且固定對應的電壓幅度，在隨后的工件加工期間保持一段時間。從而對于最大間隙電阻優(yōu)化了鈍化脈沖的電壓幅度。這意味著在側表面上形成鈍化層也是最大的并且復制精度是最佳的。
為此，按照本發(fā)明裝置的特征在于裝置包括電極；用于定位電極與工件的空間位置關系從而保持電極和工件之間的間隙的裝置；用于將電解質供給間隙的裝置；第一電源，與電極和工件電連接以便將加工脈沖供給工件和電極；與第一電源有相同極性并具有通過控制信號可控的輸出電壓的第二電源，該第二電源同電極和工件電連接以便將鈍化脈沖供給工件和電極；
用于交替地將第一和第二電源與工件和電極連接的裝置；用于產生變化的控制信號的裝置，控制信號用于改變連續(xù)鈍化脈沖期間的第二電源的輸出電壓；用于在連續(xù)鈍化脈沖期間測量在鈍化脈沖期間某一時刻的工件和電極之間的間隙電阻并且用于存儲代表所述時刻的間隙電阻的電阻信息值以及對應所述時刻的控制信號的控制信號值的裝置；以及用于從電阻信息值中計算最大值的裝置，和用于在對應最大值的控制信號值處保持第二電源的控制信號的裝置。
第二電源是可控制的并且其電壓可逐漸升高，存儲所測量的間隙電阻是最大的電壓值。
當使用變化的間隙距離，工件和電極之間的距離的任何值將對應鈍化脈沖電壓的另一優(yōu)化幅度。當工件和電極進行相互振蕩移動而它們之間的距離實際上從不恒定時，尤其是這樣的。為消除這問題，按照本發(fā)明的再一不同方法特征在于鈍化脈沖分成時間片而對于每個不同時間片改變鈍化脈沖的電壓瞬時幅度直至各個時間片期間工件和電極之間所測量的電阻值達到最大，之后，用鈍化脈沖繼續(xù)電化學加工，鈍化脈沖的瞬時幅度根據(jù)每個時間片發(fā)現(xiàn)的并對應于所述時間片最大電阻值的幅度而變化。
每個鈍化脈沖的時間間隔分成多個時間片，并在每個時間片中改變連續(xù)鈍化脈沖期間的電壓幅度直至發(fā)現(xiàn)所述時間片的最大電阻。存儲該時間片的鈍化脈沖的對應最佳時間片電壓。在結束該調節(jié)過程時以正確次序在鈍化脈沖的時間間隔內接連產生所有存儲的最佳時間片電壓，結果鈍化脈沖的電壓幅度對于變化的間隙距離具有優(yōu)化的波形。
為此，按照本發(fā)明的裝置的實施例特征在于用于產生變化的控制信號的裝置包括在一個鈍化脈沖時間間隔內的不同時刻改變第二電源的輸出電壓的裝置；用于測量和存儲的裝置適合存儲代表鈍化脈沖內的不同時刻的間隙瞬時電阻的電阻信息值以及存儲不同時刻的控制信號的對應控制信號值；用于計算的裝置適合從連續(xù)鈍化脈沖內的對應時刻的電阻信息值中計算各個最大值以及產生具有瞬時值的控制信號，該瞬時值在不同時刻等于對應各個最大值的控制信號。
因此，第二電源的電壓在鈍化脈沖的時間間隔內改變，鈍化脈沖的波形與鈍化脈沖期間變化的間隙大小最佳匹配。
在進一步的工件電化學加工期間，可按需要重復上述確定和保持鈍化脈沖電壓的最佳幅度波形的調節(jié)過程。
按照本發(fā)明的不同方法特征在于在工件和電極之間在連續(xù)加工脈沖之間的時間間隔中施加相反極性的附加電脈沖，最后提到的附加脈沖的電壓幅度不超過電極開始在電解質中溶解的電壓幅度，和/或在連續(xù)加工脈沖之間的時間間隔中鈍化脈沖與相反極性的電脈沖交替，最后提到的附加脈沖的電壓幅度不超過電極開始在電解質中溶解的電壓幅度。
該過程在加工脈沖之間的時間間隔中以相反極性的電脈沖補充和/或交替。在國際申請WO97/03781中全面描述了相反極性的脈沖電壓幅度的目的、作用和設定。所述申請描述了在最佳極限之間調節(jié)相反極性的脈沖電壓幅度，一方面，以防止電極溶解和加工精度的降低，另一方面，實現(xiàn)高加工效率和精確限定的表面狀況，例如有一定光澤的形式。當加工鉻-鎳鋼，發(fā)現(xiàn)在這些工作條件下濃度降低的六價有毒鉻殘留在完成的電解質溶液中，由于此結果，易符合環(huán)境污染方面的要求。
通過測量電極與工件之間間隙的電流和電壓并將測量數(shù)據(jù)存儲在存儲器中可計算出間隙電阻。通過與存儲測量數(shù)據(jù)的計算機相連的模擬-數(shù)字變換器優(yōu)選測量電流和電壓。計算機通過分析測量數(shù)據(jù)計算最大間隙電阻。計算機還產生用于控制第二電源的輸出電壓的控制信號。在調節(jié)過程期間在計算機發(fā)出的控制信號指令下逐漸改變第二電源的輸出電壓。在計算機已發(fā)現(xiàn)最大電阻值之后通過計算機在給定時間內連續(xù)產生對應的控制信號。
參考附圖詳細描述本發(fā)明的這些以及其它特征，其中

圖1示意性表示完成本發(fā)明方法的裝置的實施例；圖2表示按照本發(fā)明的不同方法中出現(xiàn)的信號波形；圖3表示當完成按照本發(fā)明的不同方法時電極與工件之間的電解質條件的變化；圖4表示按照本發(fā)明的不同方法中出現(xiàn)的信號波形；
圖5表示用于完成按照本發(fā)明的方法的另一電流脈沖序列的波形；圖6表示用于完成按照本發(fā)明方法的裝置的實施例的電方框圖；圖7說明當完成按照本發(fā)明的方法時在加工工件空穴中形成鈍化層；圖8表示當完成按照本發(fā)明的方法時在電極與工件之間的電壓和電阻的波形；圖9A和圖9B是按照本發(fā)明的不同方法的處理步驟的流程圖；圖10表示按照本發(fā)明的不同方法中出現(xiàn)的附加信號的波形；圖11表示按照本發(fā)明的另一不同方法中出現(xiàn)的附加信號的波形；在這些圖中具有類似功能或目的的部件采用相同標號。
圖1表示用于電化學加工的工件2的裝置。工件2位于平臺4上，平臺4以進給速率Vk朝電極6移動，電極6相對工件進行振蕩移動，通過由馬達10驅動的曲柄軸8操作工件2。工件由例如一種含鉻的鋼組成。如堿金屬硝酸鹽的水溶液的電解質流經工件2與電極6之間的間隙5并從儲存器3中以壓力P1循環(huán)。工件2、平臺4和電極6導電。電極6和平臺4與將電脈沖供給電極6和平臺4的電源12相連。電脈沖包括具有一種極性的加工脈沖，對于該極性，平臺4和隨后的工件2相對電極6是正的，該脈沖與具有相同極性和下文所述的電壓及波形的鈍化脈沖交替。在加工脈沖期間工件2的金屬在電解質中開始陽極溶解。鈍化脈沖期間工件2的表面局部鈍化。
圖2的曲線I代表電極6與工件2之間的間隙5的大小S(t)的變化。圖2的曲線II代表下文所述的調節(jié)過程期間間隙5的電壓U的變化，而曲線III表示隨后加工階段期間間隙5的電壓變化。在時間間隔ti中施加加工脈沖MP，如圖2的曲線IV所示，其中電極6最接近工件2。在這些加工脈沖期間，間隙5的電壓具有整體最小的波形，如圖2的曲線II所示。加工脈沖與時間間隔tu的鈍化脈沖pp相交替，如圖2的曲線V所示。應注意到所示間隙5的電壓U的波形僅近似于實際電壓波形。
圖3給出間隙5中出現(xiàn)的過程現(xiàn)象。在相對大的間隙Smax的情況下電極6向工件2移動的開始階段中，電解質的流動是湍流特征而電解質包含蒸氣和氣泡。在該階段中電極6與工件2之間的空間具有相對高的電阻，它從圖2的曲線II中的電壓U的第一最大值明顯可見。當電極6移近，電解質的壓力增大而蒸氣和氣泡溶解，結果間隙中的電解質均勻一致，小間隙尺寸內可得到高電流密度。結果，電阻下降，在圖2的曲線II中的電壓U的整體最小處明顯可見。電極6與工件2之間的距離增加以及蒸氣和氣泡恢復產生的結果，電阻再次提高到圖2的曲線II所示的第二最大值。電能的供給可以大到電解質開始激烈沸騰并且隨后在間隙中產生空穴現(xiàn)象?？昭▽е码娊赓|的電阻的暫時增大，這表明自身作為加工脈沖期間的電極與工件之間的電壓變化U中的局部最大值。圖4更詳細表示具有整體最小Umin之后其中出現(xiàn)的局部最大值U3max的電壓U的變化。
應注意到可通過施加成組的加工脈沖避免激烈的空穴現(xiàn)象，加工脈沖組與鈍化脈沖交替。如圖5示出這種脈沖組。因此，利用相同最小間隙尺寸更穩(wěn)固進行該過程，結果更精確。
圖6表示按照本發(fā)明的電化學加工裝置的電方框圖，它包括按照本發(fā)明的電源12。電源12包括提供加工脈沖的電流源14和提供鈍化脈沖的電壓源16，電流源14提供其幅度通過控制信號CSI控制的電流I，而電壓源16提供由控制信號CSU控制的輸出電壓Up。電流源14的負極端子和可控電壓源16的負極端子經串聯(lián)電阻器18均與電極6相連。電流源14的正極端子經開關20與工件2相連。開關20在信號Si控制下在時間間隔ti(參見圖2)處關閉，信號Si由同步單元22提供?？煽仉妷涸?6的正極端子經開關24與工件2相連。開關24在信號Su控制下在時間間隔tu(參見圖2)處關閉，信號Su也由同步單元22提供，單元22也與馬達10同步。通過模擬-數(shù)字變換器26在端子32和34上測量電極6與工件2之間的模擬電壓U并將模擬電壓轉換成數(shù)字信號DU，其在計算機28中被存儲、分析和處理。通過第二模擬-數(shù)字變換器30在端子36和38上測量串聯(lián)電阻器18的電壓降可測出間隙的電流I，第二模擬-數(shù)字變換器30將模擬電壓降轉換成數(shù)字信號DI，類似于數(shù)字信號DU由計算機28處理數(shù)字信號DI?？蛇x擇變流器或其它任何合適的接口來代替串聯(lián)電阻器18。如在適當時刻模擬-數(shù)字變換器26的輸入端子從經端子32和34的電壓測量切換到經端子36和38的電流測量，可免除模擬-數(shù)字變換器30。為同步單元22、模擬-數(shù)字變換器26和30、以及計算機28提供時鐘脈沖(圖6中未示出)，它確保數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理與交替的加工同鈍化脈沖及電極振蕩的出現(xiàn)同步。平臺4的位置由位置傳感器40監(jiān)控，它提供平臺4位移測量的信號DS。計算機28經適當接口42和44產生電流源14的控制信號CSI和可控電壓源16的控制信號CSU，接口42和44的結構例如可以是數(shù)字-模擬變換器。通過傳感器46測量曲柄軸8的旋轉角度，傳感器46將信號DP供給計算機28，該信號是電極6與工件2之間的相對距離的測量。
通過控制平臺4的進給速率Vk，可以以如圖4所示出現(xiàn)局部最大值U3max的方式調節(jié)間隙5。通過模擬-數(shù)字變換器26和計算機28或通過示波器并分析電壓U可測量該局部最大值。然而，如需要的話，對于間隙5的大小，可選擇其它任何工作點，即電壓U中無局部最大值U3max出現(xiàn)。
圖7說明鈍化脈沖的作用。選擇可控電壓源16的電壓Up的幅度以便在加工工件2空穴中形成鈍化層PL。然而，電壓Up的幅度不高至使工件溶解并且也不高至使鈍化層再次溶解。由于振蕩移動加工脈沖期間電極6端表面之間的距離d2小于加工空穴的側表面與電極之間的距離d1。在正確選擇加工脈沖的幅度和時長的情況下，實現(xiàn)工件只正面溶解，即與進給方向上的電極6端表面相反且不在鈍化層PL的位置處。這使得復制精度非常優(yōu)良，工件2的空穴形狀非常精確地遵循電極6的形狀。得到精度10弧分的復雜輪廓和穿孔斜面。局部沉積的鈍化層PL不僅提供較高復制精度，還提供較好能量效率和較高加工速度。這是因為沒有能量浪費在用于不期望地從加工空穴的側表面去除材料。
對于優(yōu)化效果，如鈍化脈沖的電壓Up具有不高至使鈍化層PL或甚至工件溶解并且也不如此小至不足以或幾乎不形成鈍化層的幅度，因此這是所希望的。在兩種情況下，加工脈沖將溶解工件2的任何可能的地方并在所有方向上將產生相對大的加工空穴，從而降低復制精度。鈍化脈沖的優(yōu)化幅度是間隙5的電阻最高時的幅度。這是此時因為導電差的鈍化層PL的生長最大而且復制精度也是最大。
為實現(xiàn)鈍化脈沖的電壓幅度的優(yōu)化調節(jié)，電化學加工裝置(圖6)進行調節(jié)處理，其中在電極6的多個連續(xù)振蕩期間從零逐步提高鈍化脈沖的電壓Up到開始陽極溶解的電壓Uap。為此，計算機28經接口44將適當控制信號CSU提供給可控電壓源16。在每次提高電壓Up之后，通過模擬-數(shù)字變換器26和30測量間隙5的電阻。測量的電阻值和對應的控制信號CSU作為數(shù)字值存儲在計算機28的主存儲器中。從所發(fā)現(xiàn)的所有電阻值中計算機確定電壓Up的最大值和相關幅度。利用所發(fā)現(xiàn)的電壓Up的幅度，完成調節(jié)過程并在給定時間TM內繼續(xù)加工處理。作為電極6振蕩移動的結果，鈍化脈沖期間連續(xù)改變在進給方向上的工件2和電極6之間的距離。工件與電極之間的每個距離值對應鈍化脈沖電壓的另一優(yōu)化幅度?？紤]到這種情況，鈍化脈沖的時間間隔分成時間片?，F(xiàn)確定每個時間片的優(yōu)化幅度，間隙的電阻在該時間片上是最大。當完成調節(jié)過程時計算機28在每個鈍化脈沖的時間片內將該系列控制信號供給可控電壓源16，其中給定該鈍化脈沖的幅度，該幅度對于變化的間隙尺寸是最佳。在圖2的曲線III中給出鈍化脈沖的這種變化幅度的例子。參考圖8的圖示和圖9A和9B的流程圖詳細描述該復雜細致的調節(jié)過程。
圖8的曲線I表示工件2和電極6之間的距離S。曲柄軸8的轉動產生距離S的正弦波變化，達到加工脈沖MP期間的最小值Smin。曲柄軸8的每次轉動對應周期T的振蕩。調節(jié)過程包含一組m次振蕩并因此具有時長mT。調節(jié)過程即m次振蕩組之后是加工周期TM，其中工件還將通過具有在以前調節(jié)過程中確定的幅度變化的加工脈沖MP和鈍化脈沖PP來加工。加工周期TM的長度取決于操作條件并可按照需求設定。當完成加工周期TM時重復再次包含m次振蕩的調節(jié)過程。重復調節(jié)過程的次數(shù)取決于操作條件和所要的結果。在最簡單的情況下，只進行一次調節(jié)過程而在隨后的加工周期內電化學加工工件一次。每組具有從1達到加工處理的時間總長度所確定的值的序數(shù)i。組i中的每次振蕩具有從1達到m的序數(shù)j。此外，每次振蕩即加工周期TM的振蕩分成長度Dt的時間片。每個時間片具有從1達到n的序數(shù)k。圖8中每個鈍化脈沖PP已分成8個時間片，即n＝8，但明顯也可能是更大或更小數(shù)量的時間片。所需的時間片數(shù)量取決于幅度和工件與電極之間相對移動的時間變化。更多的時間片造成確定鈍化脈沖的電壓幅度的優(yōu)化波形的分辨率提高以及復制精度改善。
圖8的曲線II表示鈍化脈沖的幅度的逐步提高。在j＝1的振蕩中，進行第一步驟，從零伏開始。對于所有時間片k＝n到k＝1，步驟相同。而且，示出具有序數(shù)j＝m-1的前置振蕩和具有序數(shù)j＝m的最終振蕩。在具有序數(shù)j＝m的最終振蕩中電壓幅度等于工件開始陽極溶解的電壓Uap。當每個時間片k(k＝1..n)終止時測量間隙的電阻R并將它存儲在計算機的存儲器中。此外，對應控制信號CSU的值作為數(shù)字值存儲。對于每次振蕩j(j＝1..m)重復這些n次電阻測量，結果在曲線III中所示，其中示出了各個時間片的電阻值。對于每個時間片確定m次測量的最大電阻Rmax。假定，通過例子，對于每個時間片在具有序數(shù)j＝m-1的前置振蕩中測量的每時間片的電阻值也是最大電阻值Rmax(j＝m-1，k＝1)到Rmax(j＝m-1，k＝n)。然而，這并不必需?？稍诰哂胁煌驍?shù)j的振蕩中發(fā)現(xiàn)每個不同時間片k的最大間隙電阻。對于最大電阻Rmax所發(fā)現(xiàn)的每個值，計算機了解對應的控制信號CSU。完成調節(jié)過程之后，即加工周期TM中，計算機28以正確序列在每個鈍化脈沖的時間間隔內產生控制信號CSU的對應值。圖8的曲線IV給出加工周期TM中間隙的電壓U變化的例子。
如圖9A和9B的流程圖所示進行加工處理和調節(jié)過程。這些圖的方框具有如下標題B0開始B1i＝1B2U*k＝1，k＝1..nB3R*k＝0，k＝1..nB4Uk11＝0，k＝1..nB5j＝1B6檢測DP開關20開；開關22關產生加工脈沖B7k＝1B8Ukji＝(Ukji+dU)＜Uap開關20關；開關22開B9等待DtB10測量Ik11B11RKji＝Ukji＝/Ikji
B12RKji＝R*k？B13R*k＝RKjiB14U*k＝UKjiB15k＝k+1B16k＞n？B17j＝j+1B18j＞m？B19ECM(U*k，TM)B20i＝i+1B21停止ECM？B22結束在方框B1中設定組的序數(shù)i為開始值1。在方框B2中設定所有時間片k的各個優(yōu)化電壓U*為開始值零。在方框B3中設定所有時間片k的各個優(yōu)化電壓R*為開始值零。在方框B4中設定所有時間片k的增大的鈍化脈沖幅度的開始值為零。在方框B5中設定記錄已過去的振蕩數(shù)目的計數(shù)器j為開始值1。
該初始化之后開始加工處理。在方框B6中檢測表示電極位置的信號DP。在正確位置的情況下，打開開關20連接電流源14并且打開開關24斷開可控電壓源16。之后，施加加工脈沖。該加工脈沖具有給定的時長，它也通過計算機確定。完成加工脈沖之后在方框B7中設定時間片計數(shù)器k為值1。
在方框B8中通過階躍值dU增大鈍化脈沖的ith組的jth振蕩的kth時間片的幅度Ukji。所得的幅度應不超過電壓Uap。此外，打開開關20斷開電流源14并且關閉開關24連接可控電壓源16。隨后，在方框B9中觀察一個時間片周期Dt的等待時間。之后，在方框B10中測量并存儲ith組的jth振蕩的kth時間片上的電流Ikji瞬時值。在方框B11中通過瞬時電壓Ukji除以瞬時電流Ikji可計算出瞬時電阻值Rkji。
在方框B12中檢測所得的瞬時電阻值Rkji是否大于時間片的各個最大電阻值R*k。如不是這種情況，則轉移到方框B15。如所述的值較大，使各個最大電阻值R*k等于瞬時電阻值Rkji，這在方框B13中完成。此外，在方框B14中使所述時間片的對應的各個優(yōu)化電壓U*等于瞬時值Ukji。在方框B15中檢測時間片計數(shù)k是否大于n。如不是這種情況，所有時間片仍未被分割而且程序返回方框B8，通過一個階躍增加下一時間片的電壓，測量電流，計算電阻并存儲具有相關瞬時電壓值的最大電阻值。繼續(xù)該過程直至所有時間片被分割。
一旦已完成所有時間片，在方框B17中振蕩計數(shù)j增加一個階躍并同方框B18中的值m相比。如已過去的振蕩數(shù)目小于或等于m，程序返回方框B6并施加后面的加工脈沖，在隨后的鈍化脈沖中電壓增加一個階躍。繼續(xù)該過程m次振蕩。之后，在方框B20中在周期TM期間以各個優(yōu)化時間片電壓U*k(k＝1..n)繼續(xù)電化學加工處理。此后，在方框B20中組計數(shù)器i以1增量。在方框B21中判斷加工處理是否持續(xù)足夠長。如加工處理持續(xù)較長時間，組計數(shù)器i應在采用停止決定之前增量。停止加工處理的標準可以是，例如，通過位置傳感器40的信號DS位移平臺4或經過的處理時間。如仍未完成加工處理，返回方框B2并啟動調節(jié)過程，接著進行另一加工周期TM。當達到最終值時，在方框B22終止加工處理。
如上所述的方法和裝置用于加工試樣。試樣和電極的材料是退火條件下的鋼40X13，加工面積是2cm2而電解質是8％NaNO3。在加工過程中加工脈沖的電壓是7V，加工脈沖的時長是2ms，鄰近間隙入口的電解質壓力為350kPa，電解質的溫度為18℃，電極振蕩的頻率為47Hz，振蕩幅度是0.2mm。在最小間隙的情況下鈍化脈沖的電壓是+2.8V而最大間隙的情況下鈍化脈沖的電壓是+3.8V。
加工結果的分析表明，與傳統(tǒng)加工方法相比，使用按照本發(fā)明的電化學加工方法可使加工生產率提高1.25倍而能量消耗可下降1.2倍。電極與要加工的表面的復制誤差不大于0.01mm。
如需要的話，可補充圖2的曲線III和圖8的曲線IV所示的鈍化脈沖和/或與相反極性的電脈沖交替。在國際申請WO97/03781中充分描述相反極性的電壓幅度的目的、作用和設定。所述申請描述了在優(yōu)化極限之間調節(jié)相反極性的脈沖電壓的幅度，一方面，以防止電極溶解和加工精度的降低，另一方面，實現(xiàn)高加工效率和精確限定的表面狀況，例如一定光澤的形式。在許多方面所述國際申請的所述裝置類似于圖1和6所示的裝置。然而，對于在加工脈沖之間的間隔中產生相反極性的電壓脈沖，需暫時使可控電壓源16(圖6)的極性相反，或提供附加的相反極性的可控電源及類似于開關24的附加開關。
圖10的曲線II說明了加工脈沖如何與負電壓脈沖交替。施加負脈沖代替正鈍化脈沖，它可使工件具有高光澤。可在完成上文所述的加工方法之前、期間或之后施加負電壓脈沖。
圖11表示另一種可供選擇的方案，其中在加工脈沖之間的間隔中首先施加負電壓脈沖，之后施加按照上文所述的調節(jié)過程確定其波形和幅度的正鈍化脈沖。
至此，已假定電極和工件相互進行振蕩移動，在工件與電極之間的最小距離期間施加加工脈沖。增加距離使電解質容易更新。然而，嚴格地說，如操作條件和所希望的結果允許，該距離變化并不必需。
為產生改變電極6與工件2之間的距離的振蕩或其它移動，可使用其它驅動機構來代替轉動曲柄軸。為此，可使用具有小齒輪和齒形架的電或液壓驅動結構，或電或液壓驅動螺桿。然后使電極6接近工件2，之后調節(jié)間隙尺寸。加工處理期間使間隙尺寸適合以便實現(xiàn)進給速率基本上平均恒定，其基本上等于工件2的溶解速率。
權利要求
1.一種電化學加工導電工件(2)的方法，通過在工件(2)與導電電極(6)之間施加電加工脈沖而同時電解質提供在工件(2)與電極(6)之間，特征在于加工脈沖與具有同加工脈沖相同極性的電鈍化脈沖交替，鈍化脈沖的電壓具有不足以溶解工件(2)和工件(2)上的鈍化膜的幅度。
2.如權利要求1所述的方法，特征在于在電化學加工期間調節(jié)至少一次鈍化脈沖的電壓幅度，改變一系列連續(xù)鈍化脈沖的鈍化脈沖幅度直至工件(2)和電極(6)之間測量的電阻達到最大，之后以對應最大電阻值的鈍化脈沖幅度繼續(xù)電化學加工。
3.如權利要求2所述的方法，特征在于鈍化脈沖分成時間片而對于每個不同時間片改變鈍化脈沖的電壓瞬時幅度直至各個時間片期間在工件(2)和電極(6)之間所測量的電阻值達到最大，之后以鈍化脈沖連續(xù)進行電化學加工，鈍化脈沖的瞬時幅度按照每個時間片發(fā)現(xiàn)的并對應于所述時間片的最大電阻值的幅度而變化。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，特征在于加工脈沖期間保持工件(2)與電極(6)之間的距離小于鈍化脈沖期間的距離。
5.如權利要求4所述的方法，特征在于工件(2)與電極(6)相互進行振蕩移動，加工脈沖期間工件(2)與電極(6)的距離達到最小。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，特征在于在連續(xù)加工脈沖之間的時間間隔中在工件(2)和電極(6)之間施加相反極性的附加電脈沖，所述附加脈沖的電壓幅度不超過電極(6)開始在電解質中溶解的幅度。
7.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，特征在于在連續(xù)加工脈沖之間的時間間隔中鈍化脈沖與相反極性的電脈沖交替，該最后提到的脈沖的電壓幅度不超過電極(6)開始在電解質中溶解的幅度。
8.一種用于電化學加工導電工件(2)的裝置，通過在工件(2)與電極(6)之間施加電加工脈沖而同時電解質提供在工件(2)與電極(6)之間，特征在于裝置包括-電極(6)；-用于定位電極(6)與工件(2)的空間位置關系從而保持電極(6)和工件(2)之間的間隙(5)的裝置(4、40)；-用于將電解質供給間隙(5)的裝置(3)；-第一電源(14)，與電極(6)和工件(2)電連接以便將加工脈沖供給工件(2)和電極(6)；-第二電源(16)，與第一電源(14)有相同極性并具有通過控制信號(CSU)可控的輸出電壓，第二電源(16)同電極(6)和工件(2)電連接以便將鈍化脈沖供給工件(2)和電極(6)；-用于交替將第一(14)和第二電源(16)與工件(2)和電極(6)連接的裝置(20、24)；-用于產生變化的控制信號的裝置(28、44)，控制信號用于改變連續(xù)鈍化脈沖期間的第二電源(16)的輸出電壓；-用于在連續(xù)鈍化脈沖期間測量在鈍化脈沖期間某一時刻的工件(2)和電極(6)之間的間隙(5)電阻并且用于存儲代表所述時刻的間隙(5)電阻的電阻信息以及對應所述時刻的控制信號(CSU)的控制信號值的裝置(18、30、26、28)；以及用于從電阻信息值中計算最大值的裝置(28)，和用于在對應最大值的控制信號值處保持第二電源(16)的控制信號(CSU)的裝置(28、44)。
9.如權利要求8所述的裝置，特征在于-用于產生變化的控制信號的裝置(28、44)，包括在一個鈍化脈沖時間間隔內的不同時刻改變第二電源(16)的輸出電壓的裝置；-用于測量和存儲的裝置(18、30、26、28)，適合存儲代表鈍化脈沖內的不同時刻的間隙(5)瞬時電阻的電阻信息值以及存儲不同瞬時的控制信號的對應控制信號值；-用于計算的裝置(28)，適合從連續(xù)鈍化脈沖內的對應時刻的電阻信息值中計算各個最大值以及產生具有瞬時值的控制信號，該瞬時值在不同時刻等于對應各個最大值的控制信號。
10.如權利要求9所述的裝置，特征在于裝置還包括用于改變電極(6)與工件(2)之間的距離的裝置(8、10)，供給加工脈沖期間的距離小于供給鈍化脈沖期間的距離。
11.如權利要求10所述的裝置，特征在于裝置包括用于產生工件(2)與電極(6)之間的振蕩移動的裝置(8、10)，和用于使交替連接第一(14)和第二(16)電源的裝置(20、24)與工件(2)的振蕩移動同步的裝置(22)。
12.在電化學加工導電工件(2)的方法中使用的電源，電化學加工通過在工件(2)和導電電極(6)之間施加加工脈沖而同時在工件(2)與電極(6)之間提供電解質，特征在于電源包括-第一電源(14)，與電極(6)和工件(2)電連接以便將加工脈沖供給工件(2)和電極(6)；-第二電源(16)，與第一電源(14)有相同極性并具有通過控制信號(CSU)可控的輸出電壓，第二電源(16)同電極(6)和工件(2)電連接以便將鈍化脈沖供給工件(2)和電極(6)；-用于交替將第一和第二電源與工件(2)和電極(6)連接的裝置(20、24)；-用于產生變化的控制信號(CSU)的裝置(28、44)，控制信號(CSU)用于改變連續(xù)鈍化脈沖期間的第二電源(16)的輸出電壓；-用于在連續(xù)鈍化脈沖期間測量在鈍化脈沖期間某一時刻的工件(2)和電極(6)之間的間隙(5)電阻并且用于存儲代表所述時刻的間隙(5)電阻的電阻信息以及對應所述時刻的控制信號的控制信號值的裝置(18、26、28、30)；和-用于從電阻信息值中計算最大值的裝置(28)，和用于在對應最大值的控制信號值處保持第二電源(16)的控制信號(CSU)的裝置(28、44)。
13.如權利要求12所述的電源，特征在于-用于產生變化的控制信號的裝置(28、44)，包括在一個鈍化脈沖時間間隔內的不同時刻改變第二電源(16)的輸出電壓的裝置；-用于測量和存儲的裝置(18、30、26、28)，適合存儲代表鈍化脈沖內的不同時刻的間隙(5)瞬時電阻的電阻信息值以及存儲不同瞬時的控制信號的對應控制信號值；-用于計算的裝置(28)，適合從連續(xù)鈍化脈沖內的對應時刻的電阻信息值中計算各個最大值以及產生具有瞬時值的控制信號，該瞬時值在不同時刻等于對應各個最大值的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及在電解質中電化學加工導電工件的方法,通過在工件和電極之間施加電脈沖,一個或多個加工脈沖與用于在工件上沉積鈍化層的電壓脈沖(PP)交替。調節(jié)過程期間調節(jié)電壓幅度,其中從零逐漸將電壓脈沖的幅度提高到工件開始在電解質中溶解的電壓。每次電壓升高之后測量電極與工件之間的間隙電阻。在存儲器中存儲最高間隙電阻的電壓值并在下面加工期間使用?？蓪㈦妷好}沖的時間間隔分成時間片(Dt)而且對于每個時間片調節(jié)電壓用于該時間片期間的最大間隙電阻。
文檔編號B23H3/02GK1272076SQ99800852
公開日2000年11月1日 申請日期1999年3月29日 優(yōu)先權日1998年4月6日
發(fā)明者I·L·阿加福諾夫, R·A·阿林貝科夫, A·L·貝洛戈爾斯基, N·Z·吉梅夫, A·N·扎塞夫, V·N·庫森科, R·R·穆楚特迪諾夫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司, 菲利普斯有限公司