朱育權(quán)，杜令奇，馬保吉，李　龍

（西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710021）

磁場對電解加工過程影響的實(shí)驗(yàn)研究

朱育權(quán)，杜令奇，馬保吉，李龍

（西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710021）

為了揭示磁場對電解加工的影響，在流速為0.3～1.5 m/s范圍內(nèi)通過添加不同方式、不同強(qiáng)度的磁場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)磁場方向和流場垂直時(shí)，在流速較低的情況下阻礙了加工，當(dāng)流速達(dá)到1.54 m/s時(shí)增加了去除量；當(dāng)磁場方向和流場平行時(shí)，在流速和磁場都較低時(shí)阻礙了電解加工速率，當(dāng)磁場強(qiáng)度增大到4400 mT后開始促進(jìn)加工速度。

電解加工；磁場；復(fù)合電解加工

電解加工的優(yōu)點(diǎn)在于可加工難加工的材料、沒有陰極損耗、加工效率高和加工表面無殘余應(yīng)力等。由于電解加工的加工過程是腐蝕材料離子，因此具有精密加工的能力。但由于影響因素很多，涉及到電化學(xué)反應(yīng)、流場和電場等多個(gè)因素的共同作用，很難有效控制，加工精度不易控制。因此，越來越多的實(shí)驗(yàn)研究傾向于復(fù)合場輔助電解加工技術(shù)。文獻(xiàn)［1］應(yīng)用旋轉(zhuǎn)磁輔助超聲波電化學(xué)光整加工技術(shù)，得到該技術(shù)有助于減少處理時(shí)間，并能使工件表面光滑和光亮。范植堅(jiān)等［2］利用嵌入磁路的電解加工技術(shù)，提高了集中蝕除的能力，可有效減輕雜散腐蝕。本實(shí)驗(yàn)是在仿真基礎(chǔ)上的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，主要內(nèi)容是在電解加工中添加3種不同方式的磁場，分析添加不同強(qiáng)度磁場后對電解加工材料去除量影響的規(guī)律。

1　實(shí)驗(yàn)方案

1.1電解加工實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%的NaCl溶液，陽極材料為Ly12鋁合金，陰極材料為黃銅，兩極施加直流電源24 V，加工間隙為0.2 mm。磁鐵選擇具有較高矯頑力、磁能積高的釹鐵硼，性價(jià)比較高，磁性優(yōu)于大部分其他磁鐵，其退磁曲線為線性，可靈活選擇磁鐵放置位置。電解加工裝置見圖1，磁鐵方式共3種：方式一為磁場、電場和流場互相垂直；方式二為磁場和流場垂直和電場平行；方式三為磁場和電場垂直和流場平行。圖2～圖4為磁場方式示意圖。

為了使夾具沒有導(dǎo)磁性，不影響磁場的方向，電解加工的裝置是通過3D打印機(jī)用光敏樹脂材料打印制成。液體流道的截面尺寸為18 mm×1 mm。陽極材料加工之前放在乙醇溶液中通過超聲波清洗機(jī)清洗表面，烘干之后放入帶編號的實(shí)驗(yàn)袋。

1.2實(shí)驗(yàn)安排

首先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，在靜夜環(huán)境下，添加水平磁場后可觀測到電磁力對電解液產(chǎn)生驅(qū)動效果，帶走加工間隙中的產(chǎn)物，降低加工溫度，促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕速度。對換磁鐵N、S極后，液體流動方向相反。添加豎直磁場后，可觀測到加工周圍的液體圍繞著陰極旋轉(zhuǎn)。對換磁鐵N、S極后，液體旋轉(zhuǎn)方向逆向。

根據(jù)現(xiàn)有的磁鐵表面高斯范圍分別為2110、 2790、3110、3300、4100、4400 mT。在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，磁鐵對電解加工過程的影響有一定的速度范圍，因此選擇流量范圍為10~100 L/h，加工時(shí)間為100 s，改變磁場的大小、放置方式和電解液流速，其余條件不變，進(jìn)行全因素實(shí)驗(yàn)，并測量加工工件的去除量。

圖1　電解加工裝置

圖2　磁場方式一

圖3　磁場方式二

圖4　磁場方式三

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1～表3）

表1　方式一實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2　方式二實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3　方式三實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

用數(shù)據(jù)處理軟件SPSS進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)繪制曲線圖，并求出相應(yīng)的斜率（表4）。

本次實(shí)驗(yàn)只針對流速為0.3～1.54 m/s范圍內(nèi)。通過分析數(shù)據(jù)可看出，加工去除量無論是無磁場環(huán)境還是磁場輔助加工環(huán)境都與流量成線性關(guān)系，方式一和方式二的曲線斜率均大于無磁環(huán)境。方式一和方式二添加磁場都在流量小的時(shí)候減少了加工量，在0.3～1.54 m/s范圍內(nèi)均出現(xiàn)了交點(diǎn)，也就是說當(dāng)磁場和流場垂直時(shí)，在流速很低的時(shí)候，無論磁場大小都減小了加工速率；逐漸增加流速，磁場又開始促進(jìn)加工速率。根據(jù)斜率k值可看出，方式一的增加量大于方式二；而方式三當(dāng)磁場和流場平行時(shí)，加工速率隨著磁場強(qiáng)度增強(qiáng)而逐漸增大，當(dāng)磁場強(qiáng)度達(dá)到4400 mT時(shí)，斜率超過無磁環(huán)境。

表4　斜率k值

3　結(jié)論

在電解加工添加磁場后，由電磁感應(yīng)原理受洛倫茲力影響，對電解液有攪拌作用，減輕濃度極化，影響了加工間隙的流場，改變了電解加工速度。方式一和方式二當(dāng)磁場方向和流場垂直時(shí)候，在流速比較低的情況下均阻礙了加工，減少了加工去除量，當(dāng)流速到達(dá)1.54 m/s時(shí)均超過了無磁環(huán)境下加工去除量，加快了加工速率。方式三當(dāng)磁場方向和流場方向平行時(shí)，產(chǎn)生了和流場方向垂直的力，在流速和磁場都較低時(shí)，改變了流場運(yùn)動方向，減小了加工去除量，減慢了電解加工速率，但當(dāng)磁場強(qiáng)度增大到4400 mT后開始促進(jìn)加工速度。

［1］ PA P S.Super finishing with ultrasonic and magnetic assistance in electrochemical micro-machining［J］Electrochimica Acta，2009，54（25）：6022-6027.

［2］ 范植堅(jiān)，王天誠，李福援，等.永磁場提高電解加工尺寸精度的試驗(yàn)研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，2001，22（4）：563-565.

［3］ 范植堅(jiān)，王崗罡，賈建利.電解加工測試方法的研究進(jìn)展［J］.電加工與模具，2005（5）：1-4.

［4］ 寧生科，王瑞鋒，馬保吉.磁場對電解加工間隙流場影響的仿真分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015（8）：89-93.

［5］ 趙珊珊，馬保吉.磁場復(fù)合電解加工間隙磁場的有限元分析［J］.電加工與模具，2004（1）：24-27.

Experiment Study on the Influence of Magnetic Field on Electrochemical Machining Process

Zhu Yuquan，Du Lingqi，Ma Baoji，Li Long
（School of Mechatronic Engineering，Xi′an Technological University，Xi′an 710021，China）

In order to reveal the influence of magnetic field on electrochemical machining，by adding different intensity of the magnetic field under different ways to carry out a experiment in the range of flow velocity 0.3～1.5 m/s.Experimental results show that，the processing is hindered when the flow rate is relatively low under the direction of the magnetic field and the flow field are perpendicular，the removal rate increases when the flow rate reaches 1.54 m/s.When the direction of the magnetic field is parallel to the flow field the rate of electrochemical machining is hindered when the flow rate and the magnetic field are relatively low，but when the magnetic field intensity increases to 4400 mT，it begins to accelerate the processing speed.

electrochemical machining；magnetic field；composite electrochemical machining

TG662

A

1009－279X（2016）03－0024-03

2016-01-15

裝備預(yù)先研究項(xiàng)目（51318100500）

朱育權(quán)，男，1962年生，教授。