电解复合加工研究进展

0 引言

随着科技进步和经济发展，新型材料和复杂结构零件层出不穷，对产品的加工制造工艺提出了更高的要求。电解加工是一种非接触式加工方法，利用金属的阳极溶解原理进行材料去除，广泛应用于航空航天、模具加工、精密仪表等行业。电解加工可用于加工各种难切削金属材料，不受材料强度、硬度和韧性的限制。由于电解加工中的流场、电场、磁场的变化规律较为复杂，加工间隙和加工过程不够稳定，导致其加工精度不高。

电解复合加工是将电解加工与其他加工方法复合在一起的加工方法，借助其他加工方法的优势弥补电化学加工存在的不足。复合加工是电解加工的重要发展方向，本文主要阐述与电解电火花复合加工、超声电解复合加工、电解机械复合加工和激光电解复合加工等四种主要电解复合加工方法的研究现状与发展趋势。

1 电解电火花复合加工

电解电火花复合加工是在电解液中发生放电从而在加工间隙实现电化学溶解及电火花去除的复合过程，主要用于解决微小孔、三维复杂型腔等加工难题，以及工件表面的光整加工。

1.1 电解电火花复合加工理论

1.1.1 导电材料的电解电火花加工

加工原理如图1所示，金属工件接电源正极，管电极接电源负极，管电极通入电解液。电火花放电去除材料，并在表面凝固产生重铸层[1]，管

图1 导电材料加工原理图

电极和工件在电解液中发生电化学反应，重铸层被溶解。

朱云[2]提出一种微小孔异区同步复合加工方法。管电极通电后，工具电极端面主要以电火花放电蚀除材料，工具与工件侧面间隙较大，电火花反应较弱，主要以电解溶解进行扩孔。

初期研究主要基于MOOC与图书馆在信息共享和教育公平等理念方面的共鸣，采用定性分析法，对图书馆参与MOOC的可行性、图书馆推广MOOC的必要性、MOOC环境下图书馆及图书馆员面临的机遇和挑战等问题进行阐述。随着国内图书馆MOOC实践的逐步开展，国内图书馆与MOOC相关问题的研究者们开始采用实证案例法，如对某门MOOC课程的教学情况、某特定范围内MOOC学习者的学习行为特征、MOOC学习过程中某具体环节的技术支持与优化等问题进行探讨。

谢瑞天对我，确实很好，换句话说，如果对我不这么好，我也不会在他身上浪费那么多的时间。这个年头，有钱的男人大把，不是吗？

电解电火花加工绝缘体材料陶瓷和玻璃时，原理如图2所示[3]。辅助电极接正极，工具电极接负极。辅助电极的金属失去电子被氧化，发生阳极溶解的氧化反应，溶液中的氢离子得到电子被还原，在工具电极产生氢气泡，气泡逐渐聚拢，在溶液中形成气泡膜隔离阴极和电解液。阴极发射电子击穿气泡膜，形成等离子通道，随即产生电火花，并形成高压气泡。电火花使工件熔化、蒸发，产生液力冲击，最后消除电离。

此外，积极的引进热带、亚热带玉米种质资源并充分利用，也是对中国种质资源的有效补充。对于所引进的种质资源，其主要的利用途径有两种，分别是直接利用和间接利用。直接利用就是对引进的玉米种质资源进行适应性的改良，接着再利用100%的热带血缘自交系进行混合，让其可以更好地适应本地的温带气候条件。间接利用法则是利用引进的种质资源来进行系代随机交配，有效地打破基因连锁，接着再进行改良选育。

图2 绝缘体材料加工原理图

1.2 电解电火花复合加工工艺

国内外学者在熟知加工过程和原理的基础上，通过大量研究和实验得到了优化参数，从而改善了加工工艺。

1.2.1 脉冲电源加工

微小孔的加工一直是国内外的研究热点。电解电火花复合加工利用电火花高速穿孔，应用电化学溶解再铸层进行加工。邢俊[4]研究电参数和非电参数对电极损耗的影响，得到电参数中峰值电流达到12 A、脉冲宽度为12 μs、脉冲间隔为36 μs和非电参数中工具电极直径为0.5 mm、工作液压力为6 MPa时，电火花加工中杂散腐蚀较小，能够得到较好的孔口质量和精度。

4.2.3 空化效应的改善

1.2.2 复合微细电解电火花加工

Zhaoqi Zeng等[7]开展单一的微细电解加工和复合微细电解电火花加工的对比实验，发现后者加工出来的工件表面粗糙度达到0.143 μm，机械性能较好。

Lijo Paul等[8]得出，在NaOH和KOH的混合电解液中电解电火花加工微细结构时，加工速率和材料去除率更高。

本文对商用冷柜使用R134a冷媒和R600a/R290混合冷媒时的冷媒特性、制冷循环过程及性能特性进行了分析，所得结论可为后期新冷媒的研发提供依据。

电解电火花复合加工不仅能加工金属材料，还能对非金属材料如玻璃、硅等进行打孔、切割[9]。鹿昌剑[10]通过盖玻片打孔实验研究主要加工参数对加工质量和效率的影响，得出了电解液浓度越高，加工面的质量越好，增幅变缓直至临界值。电解电火花加工过程中阴极损耗严重，选择熔点高的材料可以降低电极的损耗，避免多次补偿电极， 提高工件的加工效率。

针对两组急性心肌梗死患者实施不同检查方式后，与对照组相比，研究组的检出率明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表。

复合加工中氢气聚集的速度和方式也需要考究，刘志东等[11]发现当电极两端接脉冲组合电源时，放电效率会得到质的提升，能够把析出的氢气更好地利用起来。

2 电解机械复合加工

电解机械复合加工将电解与机械作用相结合，电解的作用是去除阳极材料，机械作用主要是去除电解加工产生的钝化膜并使加工继续进行下去。电解机械复合加工集成了电解和机械磨削(研磨)的优势，比电解加工有更高的精度，比磨削(研磨)加工有更高的效率。如图3所示，导电砂轮接电源的负极，工件接电源正极，在导电砂轮和工件的间隙通入电解液，通电后，阳极溶解，在金属表面形成钝化膜，高速旋转的砂轮磨削去除凸起的氧化膜使表面光洁。

图3 电解磨削加工原理图

2.1 电解机械复合加工理论

国内外学者通过建立物理模型和数学模型找到难控制的加工参数进行优化。比如，根据加工间隙平衡理论，建立数控电解复合切割的物理模型和数学模型，进而找到加工间隙的影响因素。采用田口法建立数学模型进行参数多效应优化，得到较好的实验数据。

2.2 电解机械复合加工工艺

2.2.1 数控电解机械复合加工机床的设计

干为民等[12-14]提出数控展成电解机械复合加工方法，实现了工件粗磨和精磨的同时化，并且研发了带有电解液内喷和大旋转电流的复合阴极夹头的数控电解机械复合机床，实现了数控电解复合加工的整体化和多样化，如剃须网刀和人工髋关节球的复合光整加工。

2.2.2 数学模型的优化

Asit Baran Puri等[15]采用效应面技术建立参数之间的数学模型，研究电解磨削的多效应优化，通过正交实验得出当电压为20 V，切削速度为16 m/s时得到较高的材料去除率。在磨削碳化物时，电压为15 V时，材料表面的粗糙度较低。

[8]PAUL Lijo,HIREMATH Somashekhar S.Improvement in Machining Rate with Mixed Electrolyte in ECDM Process[J].Procedia Technology,2016,25:1250-1256.

在“水陆并进”战略中，博湖县政府将重点放在了“水”的发展上，更注重博湖县旅游资源的发展，虽有蒙古群众盛大的“麦德尔节”（该节来源于藏传佛教，时间为元宵节当日）等节日会展示非遗，但日常人们不会过多的关注，政府在宣传方面也有所不足，并且对传承人的培养投入少之甚少。

现阶段，抛光方式有机械抛光、电化学抛光、电化学机械抛光、脉冲电化学机械复合抛光和高热量抛光[16]。在对大型平板电化学抛光之前要进行机械抛光，粗糙度才能达到理想值，耗时和成本由此增加。而脉冲电化学机械抛光可以直接将粗糙度从6.4 μm降低到0.1 μm。J.J.Yi[17]在相同实验条件下对粗糙度0.36 μm、表面积40 cm2的不锈钢进行电解机械抛光和脉冲电解机械抛光，后者的表面粗糙度可以达到更低(0.06 μm)，表面抛光质量更高。脉冲电解机械抛光复合加工应用在轴承和齿轮箱时减噪效果明显，能减少生产费用，延长使用寿命。

2.2.4 电解电火花机械研磨加工

J.W.Liu等[18]在6061铝合金的氧化铝金属颗粒上做了对比实验，发现经过机械研磨再进行电解电火花复合加工的工件粗糙度比只进行电解电火花复合加工的减少了10%，材料去除率也是后者的3倍。在材料去除率影响因素的正交实验中，得出影响因素依次为占空比、电流密度、电解液浓度。

3 超声电解复合加工

超声电解复合加工利用工具头的高频振动，带动电解液中的微细磨料对工件冲击及由此产生的空化等作用来去除材料，或利用超声振动产生的局部高温使工件结合。超声电解复合加工是一种超声机械振动抛磨与电化学阳极溶解相结合的加工方式。

张华军：我的研究领域是教师专业成长，所以我特别关注教师如何通过课堂教学获得自身的专业成长。我始终相信，教师每天的日常教学，不应仅仅是消耗教师的精力和知识，也应成为滋养教师不断成长的源泉。当我进入课堂去观察，发现如果教师善于在课堂教学中与学生建立深层次、持续的情感关系，课堂就会成为教师的滋养。

3.1 超声电解复合加工原理

金属工件阳极溶解产生钝化膜阻碍电解加工的进行，电解液中悬浮的磨粒在超声波的振动下产生动能与工作液的空化作用协同击破工件表面的金属氧化物，溶液的不断流动带走击破的氧化层促使电解加工更好地进行，周而复始的产生与去除使得表面粗糙度比单一电解加工的低。如图4所示，电源正极接工件，负极接工具。超声波发生器发射的高频电信号由换能器转换为机械振动动能，变幅杆传递动能使工具做小振幅高频振动，工件浸入充满电解液和磨料的悬浮工作液中，在脉冲超声波和电解的作用下工件被蚀除。

图4 超声电解复合加工原理图

3.2 超声电解复合加工工艺

在超声电解复合加工过程中，振动系统的稳定性、电解液流动方式、加工参数影响加工精度。

1.2.3 电解电火花加工非金属材料

3.2.1 超声振动系统的设计

王芳[19]进行超声振动系统中压电换能器、变幅杆、工具电极的设计和工作台的振动分析，发现提高工作台的刚度系数可以减少振动位移。通过ANSYS分析，优化指数型和阶梯型超声振动系统，在此基础上改进超声波振动系统。最后在单超声加工和脉冲电解、超声电解复合加工三种不同的加工实验中得到各参数对材料去除率的影响。

3.2.2 内喷式旋转超声电解复合加工

刘泽祥等[20]搭建内喷式旋转超声电解加工装置，研究加工电压、阴极裸露长度、进给速度、阴极转速对侧面间隙的影响，与数学回归模型的相对误差为8.18%，优化模型后误差减少了3.22%。

“‘乾隆通宝’？这个倒是好找，不过这个和我买的不可同日而语啊。”陆教授说着从钱盒子取出几枚钱放在柜台上。“我从老贾那里买的古币基本都是‘五十珍’里面的名品，和常见的康、乾通宝不是一个层次的东西。特别是他手里这些钱保养的好，没有损耗。我买回去仔细清洗之后，就跟新品一样，都赶上博物馆里的展品了。”

3.2.3 电解液流动的设计

500-509.

Sebastian Skoczypiec[21]基于计算流体力学方法，分析阳极和阴极间隙中多相流、湍流和不稳定流体，定义了超声电解复合加工过程中电解液的最佳流动方式，并且通过实验得出超声波振动可以降低电解加工中的极化效应。

3.2.4 双电位粒子传送理论

Zhang Chengguang等[22]基于电化学理论提出双电位形成伴有粒子的传送的观点，在超声电解复合加工的实验中研究粒子大小、超声波振幅、脉冲电压、加工间隙对材料去除率的影响，得出粒子能够促进超声电解复合加工的进行，并且加工出来的工件表面质量很好。

3.2.5 超声电解研磨

H.Singh等[23]做了电解研磨和超声波电解研磨的对比实验，得出后者加工出的工件平均粗糙度比前者改善了18.36%，材料去除率比前者提升了20%。

超声电解复合加工的技术难题是当电流密度较大时加工杂散腐蚀现象严重，采取超高频脉冲电源、混气加工或复合电解液等措施，可得到一定程度改善，但还需要进一步研究。

4 激光电解复合加工

激光加工是集中高密度能量的激光束照射工件，使工件熔化气化进行穿孔、切割等的加工技术。激光电解加工是在激光加工的基础上进行电化学辅助加工的新型复合加工，能够减少热影响区，去除再铸层，达到定域性刻蚀效果。

4.1 激光电解复合加工原理

如图5所示，要加工的工件接脉冲电源的正极，金属腔体接电源负极。激光电解复合加工过程中，由发射器发出的脉冲激光束与喷嘴喷出的高速电解液束混合接触工件，激光束的高能量使工件表面熔化和电解液气化，形成蒸汽颗粒和等离子体，进而压缩电解液，使空泡破灭产生巨大的冲击力，溅射出高温熔化物，同时在电解液中发生阳极溶解。激光电解复合加工具有无切削力、噪声小、热变形小、加工精度高、效率高的优势。

针对肃南裕固族传统体育项目推广和普及研究的不足，本研究试图通过对肃南裕固族传统体育项目推广现状进行调查，了解肃南裕固族传统体育项目的具体推广和开展现状，发现存在的问题，总结推广经验，针对存在的问题提出对策与建议，从中开辟出一条更全面、有效发展普及和推广肃南裕固族传统体育项目的道路，使得肃南裕固族传统体育项目能够在全省乃至全国范围内更好的推广开来，为全民健身事业的发展增添新生力量。

1.1.2 绝缘材料电解电火花加工

图5 激光电解复合加工原理图

4.2 激光电解复合加工工艺

在激光电化学加工复合刻蚀加工表面时，冲击空蚀是影响材料去除的重要因素。国内外对激光电解复合加工中的定域性和电解液中空泡的空化效应研究较多并且取得较大成果。

4.2.1 喷射液束电解激光复合加工

袁立新等[24]研究喷射液束激光电解加工中各参数对再铸层残余率和材料去除率的影响，基于响应曲面法建立各参数二次回归方程，达到了优化效果，成功地在镍基高温合金材料上加工出高质量的群孔和进行刻字。

4.2.2 定域性加工的分析

当油价由于供给缺口而上涨，原油消费国可能被动加息以避免输入性通胀。1973-1974年的阿拉伯产油国石油禁运和1979-1981年的第一次两伊战争期间，原油产量下降，油价大幅抬升，西方国家的国际收支赤字加重，同时面临经济下行和通胀压力，美联储被动加息（见图7）。

印洁、张朝阳等[25-26]用ANSYS间接耦合方法分析激光电解复合加工中的瞬时温度场和电场对加工区域范围和加工深度的影响，在铝合金上进行多脉冲打点，达到了定域性刻蚀效果。张朝阳、毛卫平等[27]在以导电玻璃为阴极的激光电解复合加工系统中，研究不同加工参数对激光定域性的影响，得出激光能量、加工电流和频率越大，则微型槽的边宽越大，定域性加工效果越差。

张世浩[5]在内冲液机床上采用ARM(微处理器)和CPLD(复杂可编程逻辑电路)的组合脉冲电源进行微小孔加工，当脉冲电流为1.75 A时电极的损耗达到最小，小孔的锥度为0.0042。He Xiaolong等[6]用电火花、电解、电解电火花复合分别加工微小孔，得出在同样实验条件下电解电火花复合加工的效率是传统微细电火花加工的9.2倍，加工出微孔的锥度为0.01，直径为205 μm，表面的光洁度比电解加工和电火花加工的高。

张朝阳、毛卫平等[28-29]研究激光束冲击空化效应对微细加工工件表面形貌和质量的影响，发现脉冲能量的两次增大对空泡半径产生的效果不一样，第二次的空泡增大的最大半径比第一次大，并且材料的去除量也变多了。空泡内外的膨胀和收缩加快了电解液的流动，减少了热影响区的范围，改善了工件的表面形貌。

4.2.4 微细激光电解复合加工

Zhang Zhaoyang等[30]应用激光电化学加工方法蚀刻铝合金上线宽为130 μm的微型结构，加工精度很高且表面质量很好。

对四种电解复合加工方法的加工理论、加工工艺和应用进行对比分析，见表1。

表1 四种电解复合加工方法对比

加工方法加工原理加工工艺应用电解电火花复合加工异区同步复合加工、利用辅助电极加工利用组合脉冲电源加工、微细复合加工、电极补偿、电解液充气微型孔、难加工的金属材料和非金属材料电解机械复合加工集成了电解加工效率高和机械磨削精度高的优势,以电解加工为主,机械作用主要是去除样阳极钝化膜利用数控电解机械复合机床加工复杂三维型面的成型、抛光等超声电解复合加工超声波振动去除钝化膜利用超声振动系统和电解液流动内喷式旋转装置加工硬脆材料微结构激光电解复合加工电化学溶解再铸层喷射液束电解加工、定域性加工金属和非金属板材的打孔、切割、焊接

5 发展趋势

四种复合加工理论和工艺层出不穷，发展趋势是微细化、绿色化、智能化。

5.1 微细化

机械结构的逐步微型化给单一的电解加工带来了困难，尤其是在一些精密机械的制造行业，如航天航空、医疗、测量等。专家、学者在微细加工(1～1 000 μm)领域内的研究日趋增多。微电子机械系统(MEMS)也是精细加工的研究对象，与我们的生活息息相关，如传感器、移动通信、家庭智能电子设备等。由于单一的电解加工、电火花加工会产生变质层，影响结构的正常使用，复合加工可以避免这样的缺陷。在上述四种复合加工方法的研究成果中，难切削材料的微型槽、微小孔等微型结构的精确加工一直是研究热点。实现定域性加工、缩小加工范围的热影响、高效率加工是微细电解复合加工的努力方向。

5.2 绿色化

绿色化是国民经济和制造业可持续发展的必然要求，也是电解复合加工可持续发展的必然要求。电解复合加工要追求产品从设计、制造、使用、维护到报废整个生命周期中能源、资源利用率最高，有害排放物最小，对环境及人体的不利影响最低，同时也要为其他产业的绿色发展提供先进的技术和装备支撑。

5.3 智能化

电解复合加工不仅仅是加工过程中对轴的运动轨迹进行控制，更重要的是在时间、空间维度上，根据加工工件及环境的宏微观状态，精准快速地感知、判断，对加工能量、轴运动状态、工作介质等诸多工艺参数进行智能决策控制，以达到最佳的物理化学效应及多能场复合效应。智能化是电解复合加工迈向高端、占据未来竞争制高点的必然选择和必由之路，是今后长时期的主攻方向。

6 结语

电解复合加工是加工非金属材料微型结构和难切削金属材料型面及微型结构的有效方法。近些年来对电解复合加工的研究越来越多，已有的研究和应用表明，电解复合加工与单一加工相比有着得天独厚的优势，但同时也会出现各种各样的问题。

电解电火花加工应用领域较广，在生产实践中发挥着巨大作用，但是阴极的损耗较为严重，如何实现在线修补还需要进一步研究。电解机械复合加工是传统机械加工与特种加工方法的复合，可以达到取长补短的效果，但是复合阴极有一定程度的损耗，加工效率较低，导致加工表面与磨轮之间易堵塞，在线电解修整(ELID)磨削加工方法可用于在线修整复合阴极。超声电解复合加工过程中杂散腐蚀虽然减少，却依然存在，如何优化工艺参数仍需进一步探索。激光电解复合加工过程中，电流参数、流场参数的优化及激光在电解液中的衰减特性，还需要进一步确定，以保证复合加工的定域性和精度。

新型的电解复合加工技术既是特种加工的发展趋势，也是未来制造行业的新兴力量。

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戈莱泽(Gallarza，2002)等人对国外旅游目的地形象研究的文献进行了广泛的整理和分析，发现在25个有关旅游目的地形象研究的文献中，有12个研究文献将气候因素包含在内。在对旅游目的地形象产生影响及贡献的20个因素中，气候因素的贡献排在了第7位。

2.2.3 脉冲电化学机械抛光

在现代企业物流采购管理平台的构建中，构建采购绩效评估子系统可以有效规范采购工作，提高采购工作的标准化水平，约束采购工作的组织开展，确保采购工作能够有效执行的同时，也能够对其他系统的工作进行有效评价。采购绩效评估子系统的构建充分发挥了考评机制的重要作用，解决了绩效评估的随意性问题。通过构建绩效评估的标准性数据，提高了评估的真实性和可靠性，有效推动了采购工作效率性和质量性和全面性帮助，大大提升了现代企业物流采购管理平台的效率。

[9]魏臣隽.基于电解电火花效应的硬脆绝缘材料微加工技术[D].上海：上海交通大学,2011.

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[11]刘志东,邱明波,汪炜,等.太阳能硅片切割技术的研究[J].电加工与模具,2009(3):61-64，68.

首先是树立“儿童本位”理念，以少年儿童为活动主体，在理解、尊重儿童心理情智发展的前提下，围绕儿童开展阅读推广活动。其次是建立“阅读分级”的理念，为年龄阶段不同的孩子提供差异性的读物，使得阅读更加有效和均衡。最后是建立“亲子阅读”的理念，发挥家长在引导儿童阅读中的重要性，让孩子和家长共同分享阅读的感受和乐趣。

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