曲宁松，刘 洋，张峻中，房晓龙

（ 南京航空航天大学机电学院，江苏南京 210016 ）

电解加工技术是利用电化学阳极溶解原理实现零部件成形的一种特种加工制造方法，由于具有与材料机械性能无关、无工具损耗、无重铸层、少无加工力等许多独特的优点，已成为航空航天领域的重要制造技术，受到航空航天制造业的“厚爱”。

电解加工技术在航空大国受到高度重视，已成为叶片、叶盘、机匣等关键部件的主要制造技术，显示出明显优越性。 例如，德国MTU 公司将电解加工技术作为难加工材料叶片和整体叶盘的首选制造技术；美国Sermatech 公司在航空发动机叶片、镍基高温合金整体叶盘、机匣等重要部件的制造中均采用电解加工技术；英国罗罗公司将电解加工技术纳入航空发动机机匣的通用工艺， 用于扩散机匣、内机匣、压气机中间机匣的加工成形。

尽管电解加工在航空发动机制造中具有显著优越性，但是传统的电解加工主要是拷贝式加工方法（图1）。 航空发动机叶片、叶盘、机匣等关键核心零部件的外形复杂多样，采用传统拷贝式电解加工方法需使用多个工具阴极。 随着航空发动机的持续发展和不断改型，关键核心部件的外形结构变化多样， 拷贝式电解加工所用工具夹具的设计周期长，因此发展柔性的电解铣削加工技术日益受到重视。电解铣削加工采用形状简单的棒状工具，通过工具的空间运动实现复杂型面的精密加工，具有加工柔性好、效率高等特点（图2），故引起国内外研究人员的普遍关注并纷纷开展了电解铣削方面的研究。

图1 拷贝式电解加工示意图

图2 电解铣削加工示意图

1 电解铣削加工基础研究进展

电解加工时工具电极不与工件接触，因此根据工件待加工表面与工具电极的不同相对位置，电解铣削加工可分为低空飞行式电解铣削加工和切入式电解铣削加工两种类型（图3 和图4）。其中，切入式电解铣削材料去除机制与拷贝式电解加工过程基本一致，故本文不再赘述。 低空飞行式电解铣削加工与拷贝式电解加工相比具有很大不同，本文仅介绍低空飞行式电解铣削加工的材料去除过程以及加工过程建模方面的研究进展。

图3 低空飞行式电解铣削示意图

图4 切入式电解铣削示意图

1.1 材料去除过程

电解加工与材料的种类密切相关，不同材料的电化学特性不完全一样， 导致其电解加工过程不同。 电解铣削加工的常见材料如钛合金、不锈钢等均属于易钝化性材料，浸入电解液时会在非常短的时间内形成较为致密的钝化膜，因此要实现上述材料的正常溶解必须先完成钝化膜的破碎和去除。 在拷贝式电解加工模式下，工件材料的去除方向与工具进给方向一致，整个加工过程中的阳极表面钝化膜仅需破碎一次，且钝化膜对加工过程的影响可忽略不计。 但在低空飞行式电解铣削加工时，工具电极按照数控轨迹运动，会持续对原始表面进行电解加工。 即使在深度方向进行二次扫描电解铣削加工， 待加工表面距上一次电解加工也有一段时间，又会形成新的氧化层。 已有研究证实，钛合金TC4、TB6 等易钝化性金属的电解铣削加工电化学溶解过程是： 阳极表面钝化→钝化层破碎→阳极金属溶解。 阳极从钝化界面状态演化形成阳极溶解界面状态，需经历一个时间过程（图 5 和图 6）[1-2]。 这意味着，只有当工件表面氧化膜破碎并建立理想的电化学溶解界面结构后，钛合金材料表面才能被有效去除并获得良好的加工表面质量。

研究证实，钛合金和高温合金的钝化膜破碎时间不一致，与电解液种类及电流密度密切相关。 如TB6 钛合金在 45 A/cm2、质量分数 15%NaCl 条件下的钝化膜破碎时间为10 s[1]，而在60 A/cm2、质量分数20%NaNO3条件下的钝化膜破碎时间为27 s[2]；TC4 钛合金在 50 A/cm2、 质量分数 20%NaNO3条件下的钝化膜破碎时间为1.6 s[3]；GH4169 高温合金在60 A/cm2条件下的钝化膜破碎时间仅为1 s[4]。 南京航空航天大学研究了TC4 钛合金在NaNO3条件下钝化膜的破碎时间与施加的电流密度关系，结果表明：电流密度越大，钝化膜破碎时间越短（图7）。

图5 电流密度45 A/cm2 时电解加工TB6 不同时间的形貌[1]

图6 TB6 电解铣削加工从钝化界面状态演化成阳极溶解界面状态过程示意图[1]

图7 TC4 材料电解加工时钝化膜破碎时间与电流密度关系[2]

天津大学研究人员在研究NaCl 溶液中电解铣削加工TB6 钛合金发现，当电解铣削阴极进给速度为1.5 mm/min 时，能在工件表面加工出沟槽，但当阴极进给速度提高到15 mm/min 时，工件表面仅出现了点蚀，无法实现材料的有效去除（图8）[1]，其主要原因是工具阴极扫描速度过快，阳极表面钝化层来不及破碎。 南京航空航天大学研究人员通过在NaNO3溶液中电解铣削加工TB6 钛合金研究了电流密度对沟槽的影响， 发现电流密度为40 A/cm2时， 电解铣削加工有时会出现沟槽不连续的情况，当电流密度为140 A/cm2时， 可电解铣削加工出质量较高的沟槽（图 9）[3]。

电流密度是最重要的电解加工参数，除了影响电解铣削加工易钝化材料时的钝化膜破碎时间之外，还对材料电化学溶解过程具有重要影响。 日本东京大学研究了电流密度对电解加工不锈钢形貌的影响，发现低电流密度时的加工表面粗糙度值最大，随着电流密度的增大，表面粗糙度值迅速降低，在87 A/cm2时的粗糙度值最小，然后随着电流密度进一步增加，粗糙度值逐渐增大（图10）[5]，其研究认为，表面粗糙度值的上述变化趋势与不同电流密度时阳极附近扩散层的分布有关，以表面粗糙度值最小时的电流密度进行加工，加工区域附近的扩散层呈非均匀分布状态（图11）[5]。 德国开姆尼茨大学的研究也得到了几乎相同的结论，但得到的表面粗糙度值最小时的电流密度约为400 A/cm2[6]。

图8 电流密度45A/cm2、15%NaCl 条件下以不同进给速度电解铣削TB6 材料的沟槽形貌[1]

图9 工具电极扫描速度2.4 mm/min、20% NaNO3 条件下以不同电流密度电解铣削加工TB6 材料的沟槽形貌[3]

图10 电流密度对电解加工不锈钢表面粗糙度的影响[5]

图11 电流密度对工件表面粗糙度的影响机理示意图[5]

1.2 电解铣削加工过程建模

电解铣削加工过程与加工间隙内的电场、流场、温度场等的分布密切相关，相关的研究通常是通过建立物理和数学模型来描述电解铣削相关工艺过程。 目前，电解铣削加工过程建模与仿真的研究主要集中在电流分布、流场、温度场、工件廓形变化以及其中两个及两个以上的耦合模型。 实际上对于电解铣削而言，工件表面的电流密度及其分布特征是材料去除速率、铣削深度、表面形貌、加工质量的决定性因素。 对流场温度场、工件廓形变化的研究大多数都是围绕如何影响或改善加工间隙内的电流分布展开。 加工间隙内电势分布符合拉普拉斯方程，即：

式中：U 是电源电压；Ea为阳极本身的过电位；Ec为阴极本身的过电位；ρ 为电解液的电阻；I 为通过的电流强度。

对于电解铣削加工而言，工件表面的电流分布是其加工质量的决定性因素。 上世纪90 年代，日本东京大学建立了电解铣削的仿真模型并进行了数值计算， 得到了如图12 所示的工件表面电流的分布特征和电极内电势分布图， 其研究结果表明：工件表面的电流分布呈现出中间高、两边低的高斯分布，电势在电极内孔呈近似线性分布[7]。 美国内布拉斯加大学给出了焦耳热对电解液电导率影响的数学模型，研究了不同工艺参数下的阳极电流分布和材料去除率的影响，认为材料去除率的极限值会受到加工间隙电解液沸腾作用的影响[8]。 考虑到TB6钛合金的钝化效应，天津大学对工件钝化膜的双电层效应进行电容等效替换， 在阴极扫描运动情况下，对TB6 的钝化膜破碎所需电量进行了探讨[1]。南京航空航天大学则对钝化电解液中TC4 和Ti40 钝化膜破碎电量进行了数值计算，并计算出电解铣削加工的相应沟槽廓形[2]。

图12 电解铣削电解液束中的电势分布和工件表面电流的特征分布[7]

在满足拉普拉斯方程的基础上，根据法拉第定律，金属的蚀除速率满足以下关系式：

式中：η 为电流效率；ω 为金属材料的电化学当量；i为电流密度。

在对电场进行数值计算的基础上，根据式（2），国内外一些学者对电解铣削加工过程中工件的廓形演变展开了研究。 波兰华沙大学在经典公式的基础上建立了球头和平底阴极电解铣削加工廓形的数学模型[9]。 德国开姆尼茨工业大学使用有限元模型（FEM）进行了一系列的数值计算，并指出阳极表面廓形的变化会改变其表面的电流分布[10-11]。 英国曼彻斯特大学建立了边界元模型（BEM），对按设定程序走刀路径的电解铣削加工工件表面成形特征进行预测，其结果与实验结果较为一致（图13）[12]。为简化模型，印度贾达普大学使用圆弧替代电解铣削沟槽边界，建立了数学模型，预测的沟槽廓形和实验结果一致性较好[13]。

图13 基于模型预测的电解铣削宏观结构的仿真结果及加工实物[12]

在电解加工过程中，一般认为电解液为不可压缩流体。 因此，流体运动满足拉普拉斯和纳维斯托克斯方程，如下所示：

在电解铣削过程中，实现加工间隙电解液的高速流动且保证电场与流场的协同控制，才能获得理想的加工质量。 因此，电解铣削流场的仿真也备受关注。 如图14 所示，德国开姆尼茨工业大学开展了流电耦合电解铣削数值仿真研究，发现阳极廓形在演变过程中能改变射流反射形态，并指出可通过调控射流反射形态达到抑制杂散腐蚀的目的，但不能消除二次腐蚀[14]。 广州工业大学开展了内吸式和外吸式射流电解加工的流场数值仿真并进行了实验研究，认为外吸式相对于内吸式更有利于获得更加均匀稳定的流场，从而得到加工质量更高的结构[15]。南京航空航天大学指出了宏观和微观工具电极喷射出的流体廓形的差异，并认为工具阴极底部结构不同会对加工区域流速产生影响[16]。

图14 不同阳极廓形下的射流反射形态[14]

2 电解铣削工艺研究

电解铣削加工的结构通常可分为沟槽和平面/型面两类，且在加工平面/型面时通常是首先加工出沟槽，然后再拓展为平面/型面。因此，本文先从沟槽的电解铣削工艺研究开始介绍。

2.1 沟槽的电解铣削加工

依据尺寸特征，沟槽可分为微小沟槽和宏观沟槽两种。 由于加工时的电场、流场以及加工产物质量数等方面具有明显差异，其加工工艺研究的重点也随之有很大不同，故本文分别加以介绍。

2.1.1 微小沟槽电解铣削加工

2000 年，德国马普研究所采用直径微米级的棒状工具电极进行纳秒级脉宽超短脉冲切入式电解铣削加工， 加工出底部基座尺寸为15 μm×15 μm×10 μm、基座上棱柱尺寸为 5 μm×10 μm×12 μm 的铜三维型腔结构和尺寸为 2.5 μm×10 μm×15 μm舌状结构（图15）[17]。 韩国首尔大学采用柱状盘形工具电极进行切入式微细电解铣削加工，有效地减小了加工结构的倾斜角度[18]。 南京航空航天大学采用阶梯状电极，避免了加工干涉，加工出三维微细结构（图 16）[19]。

图15 纳秒脉冲电解铣削加工微纳结构[17]

图16 利用盘形工具电极[18]及阶梯式工具电极[19]加工的微结构

前述微细电解铣削加工案例均采用了纳秒脉宽脉冲电流。 该脉冲电流的超高频特性决定了电源功率很小、材料去除效率很低、工具电极进给速度仅为每秒数微米。 为提高微细电解铣削加工速度，研究人员提出了射流微细电解铣削加工方法，此时通常直接采用金属喷嘴作为工具阴极（图17）且采用低空飞行式加工。 德国开姆尼茨工业大学采用外径0.1 mm、内径0.05 mm 的金属喷嘴作为电解铣削加工工具阴极，在进给速度为18 mm/min 时，经过十次往复走刀得到深度0.18 mm、宽度0.19 mm、表面粗糙度Ra0.1 μm 的加工样件， 并利用此技术在不锈钢表面上加工出深度0.06 mm、宽度0.2 mm 的微反应器（图 18）[20]。

图17 射流电解加工原理[20]

图18 采用金属喷嘴电解铣削加工的微结构[20]

日本东京大学利用外径为0.42 mm、 内径为0.26 mm 的金属喷嘴作为工具阴极， 在不锈钢工件表面加工窄槽时发现，当进给速度从30 mm/min 增加到90 mm/min 时， 所加工窄槽的深度从0.03 mm减少到0.005 mm[21]。

微阵列是宏观零件表面微细结构的典型代表，电解铣削加工是这类结构的重要加工方法之一。 日本东京大学通过逐步叠加简单图案的方法，实现复杂图形的加工，分别在平面、圆柱面制备了环形“V”型沟槽阵列（图19）[21]。 采用阵列电极是提高阵列结构加工效率的最直接方法，当相邻管电极间距过小时，反射的电解液射流会相互干涉、碰撞、滴落，从而在工具和非加工区之间形成电流通路，影响沟槽的边缘质量，造成非加工区的杂散腐蚀。 南京航空航天大学采用内径500 μm、间距4 mm 的侧壁绝缘管电极，在不锈钢材料表面进行交叉群槽、阵列群槽结构的电解铣削加工，还通过排布不同长度管电极实现了不同深度群槽的同时加工（图20）[22]。

图19 电解铣削加工的沟槽阵列[21]

图20 群管电极电解铣削加工群槽结构[22]

2.1.2 宏观沟槽电解铣削加工

由于内喷液电解铣削加工可快速带走加工产物，在宏观沟槽电解铣削加工时内喷液工具电极是重要的研究内容。 但由于圆柱状工具电极内部出液口尺寸的增大，工件加工表面的电场分布很难均匀分布，导致加工沟槽底面的平整度不佳。 比利时鲁汶大学采用外径7 mm、内径6 mm 的管状电极进行宏观电解铣削加工沟槽时，发现其加工出沟槽呈中间凸起、两边下凹的截面（图21），于是为提高加工后沟槽底面的平整性， 设计了几种类型的出液口，之后发现优化后的出液口可有效地改善沟槽底面的不平度，但无法完全消除不平整的情况，加工后沟槽的底面轮廓仍不平整（图22）[23]。

图21 采用外径7 mm、内径6 mm 管状电极电解铣削加工出沟槽示意图[23]

图22 不同出液口形式管电极加工的沟槽横截面轮廓[23]

英国曼彻斯特大学[12]采用外置喷嘴向不锈钢工件表面喷射电解液，开展了电解铣削加工沟槽平整度方面的研究， 分别使用直径为1 mm 的圆形截面电极和尺寸为1 mm×1 mm 的方形截面电极进行电解铣削加工，发现当工具阴极进给速度为9 mm/min时，使用方形刀具加工的型面轮廓更深、更宽且底面更平（图 23）。

图23 不同工具外置冲液电解铣削加工及其轮廓形貌[12]

由此可见，在宏观沟槽电解铣削加工时，待加工区的电场分布是沟槽底部不平度的决定性因素，通过外置喷嘴以及正方形工具电极可显著抑制沟槽底部的不平度，但外置喷嘴这种电解液流动模式在实现加工区电解加工产物的快速输运方面还有一定困难。 鉴于此，南京航空航天大学进行了具有矩形出液口工具电极内喷液电解铣削加工研究，针对回转体端面的加工特点，设计了专用的工具电极梯形出液口结构，加工出底部平整的结构（图24）。

图24 矩形出液口工具电极内喷液电解铣削加工[24]

有时宏观沟槽不需要平整底部，而是有其他形貌要求，如沟槽截面要求是类球形结构，则需针对要求设计工具电极。 广东工业大学设计出具有球头结构的内喷液工具电极，在GCr15 钢工件上进行滚珠螺母圆弧滚道的工作液内喷式电解铣削加工，在走刀加工深度2.5 mm、 进给速度0.3 mm/min 条件下，获得了导程角 45°、表面粗糙度 Ra0.54 μm、轮廓精度（±0.025） mm 的滚珠螺母圆弧滚道（图 25）。

图25 球形阴极电解铣削加工滚珠螺母滚道[25]

英国诺丁汉大学采用内径500 μm 管状工具电极在718 镍基高温合金表面进行了电解铣削加工研究，发现通过改变工具电极端部结构形状可改变工具电极端部在工件表面的电场分布，电解铣削加工出不同轮廓形状的沟槽（图26）[26]。

2.2 平面电解铣削加工研究

在电解铣削平面的过程中，工具相对于工件的运动轨迹常见的是行切和环切两种方案（图27）。由于电解铣削工具电极在工件表面投影面积边缘处呈现出较大过渡圆弧（图28），故电解铣削工具电极的跨距对平面加工的影响非常大，是平面电解铣削加工的最重要研究内容。 若工具电极跨距太大，不能很好地去除过渡圆弧；若跨距太小，会出现较大过切，同样也会增加平面的不平度。 为解决不同尺寸工具电极优选出的偏移量无法借鉴参考的问题，提出了工具电极跨比的概念，将其定义为跨距与工具电极径向尺寸之比。

比利时鲁汶大学在采用外径7 mm、 内径6mm的管状电极进行宏观电解铣削加工平面时，单次走刀深度为0.43 mm， 初步优选出的工具电极跨比为85%、95%和100%，其加工试验结果显示：工具电极跨比为85%时加工表面出现下凹现象；工具电极跨比为95%时加工表面出现上凸现象（图29），因此推断最优的工具电极跨比应在85%～95%之间， 但并未进行进一步的研究报道[23]。

图26 改变工具电极端面结构获得不同横截面轮廓的沟槽[26]

图27 电解铣削行切和环切加工示意图

图28 电解铣削加工沟槽成形示意图

英国曼彻斯特大学开展了外置喷嘴喷射电解液的平面电解铣削加工研究，在工具电极的截面为1 mm×1 mm 的正方形、工具电极跨比分别为10%和30%、通过24 次逐层走刀、电解铣削材料去除深度为0.55 mm 的条件下加工出人偶结构，并通过数值仿真和加工实验，讨论了行切和环切两种电解铣削走刀模式对加工质量的影响，最终发现环切的加工质量更高（图30）[12]。 南京航空航天大学在采用直径1.0 mm 圆管电极、工具电极跨比80%、行切模式的条件下在增材制造的GH4169 合金表面电解铣削加工出质量较高的平面， 还采用相同工具电极跨比、环切模式在TB6 钛合金表面加工出平面结构，发现其质量和 GH4169 具有很大差异[3，27]。

图29 工具电极跨距比对沟槽底部影响[23]

图30 行切和环切两种电解铣削走刀模式及两种工具跨比加工出的人偶图案[12]

2.3 提高加工质量方面的研究

本部分主要介绍在抑制杂散腐蚀和提高加工表面质量两方面的研究进展。

2.3.1 抑制杂散腐蚀方面的研究

英国诺丁汉大学提出了喷嘴角度可调节的管电极电解铣削加工工艺（图31），实现了射流方向从垂直于工件表面的单一角度冲击到喷嘴可调节、射流方向可变的改进[28]，此外还发现在电解铣削加工中将管状工具电极沿着一定角度倾斜，可加快加工区产物的输运，同时降低加工沟槽表面的表面粗糙度值；通过采用削边的管电极和掺杂碘离子的电解液，以一定的倾斜角度进行电解铣削加工，不仅减少过切，还可明显减弱沟槽边缘处杂散腐蚀[29-30]。

图31 控制工具电极倾斜角度减小加工表面粗糙度[28]

比利时鲁汶大学提出了同轴抽吸电解铣削工艺（图32）[31-32]，在电解液喷嘴外侧同轴安装了电解液抽吸通道并连接于抽吸泵，在加工过程中冲击到工件四散开的电解液流被迅速抽离工件表面，通过切断电化学电流回路的形式对工件非加工区进行了保护，其仿真模拟及试验结果均验证了此方法对减小杂散腐蚀、提高加工定域性有显著作用。

图32 同轴抽吸辅助电解铣削加工示意图[31-32]

针对管电极电解铣削加工槽结构，考虑到由边缘区域电流密度低而造成的杂散腐蚀及加工定域性下降的问题，南京航空航天大学提出了通过调节电解液射流反射形态来降低边缘杂散腐蚀的方法，确定了获得近无边缘杂散腐蚀的高定域性沟槽结构所需满足的条件， 当加工参数在合适范围内时，工件未加工区将出现无连续电解液流的状态，此时沟槽边缘的杂散腐蚀现象可基本消除（图33）[33]，此外，为扩大工艺窗口还提出了浅层切入方式调控电解液反射流的方法，显著增大了可基本消除的沟槽边缘杂散腐蚀现象的加工工艺窗口[34]。

2.3.2 提高加工表面质量方面的研究

如前文所述， 若提高电解铣削加工的电流密度，则可提高加工表面质量。 此外，由于电解铣削工具电极具有持续径向进给的技术特点，电解加工产物大多数都流经已加工表面，易出现不溶性加工产物黏附在已加工表面的现象，这将增大已加工表面的表面粗糙度值，降低加工表面质量。 因此，如何抑制已加工表面的不溶性产物黏附问题是电解铣削加工研究的重要内容。

图33 调控电解液反射流电解铣削加工出的沟槽形貌[33-34]

南京航空航天大学提出通过设计工具电极端部倾斜结构，增大了流经已加工表面的电解液流动速度，实现了高电流密度下电解铣削加工中大量电解产物的快速输运，抑制了不溶性加工产物在加工表面的黏附，提高了加工表面质量[16]。南京航空航天大学还研究了圆形、矩形及三角形等三种出液口形式对加工表面质量的影响，发现三角形出液口更有利于抑制不溶性加工产物黏附在已加工表面，并获得了银白色的TB6 钛合金加工表面（图34）[35]。比利时鲁汶大学提出工作液“内喷式+外喷式”电解铣削加工方法（图35），附加的外喷式工作液起到加快加工区域内加工产物排出的作用，降低了加工表面的粗糙度值[23]。

2.4 复合加工

复合加工方法是提高加工质量或加工效率的重要手段，是制造技术研究的重点发展方向。 研究人员为进一步提高电解铣削的加工效率或加工精度， 开展了基于电解铣削技术的复合加工方法研究。 这些方法主要包括电解铣磨复合加工和电解机械复合铣削加工。 其中，由于电火花电解复合铣削加工以放电加工去除材料为主，这里不做介绍。

2.4.1 电解铣磨复合加工

电解铣磨复合加工是近年来在电解磨削加工技术基础上发展起来的一种柔性电解机械复合加工方法，通常采用带有磨粒的棒状工具，通过类似铣削加工的工具数控轨迹运动来实现复杂结构的加工。 日本秋田县立大学提出了超声辅助电解磨铣复合加工Ti6Al4V 材料的方法[36-37]，具体使用直径1.8 mm 的磨轮， 在切削深度 0.003 mm、 进给速度120 mm/min、占空比20%、振幅0.004 mm 等参数条件下开展研究， 结果发现相比于传统磨削加工，其法向磨削力、切向磨削力和表面粗糙度值分别减少了60%、70%和46%。

图34 三种出液口形式工具电解铣削加工表面及成分[35]

图35 工作液内喷式+外喷式电解铣削加工系统[23]

常州工学院进行了数控展成电解磨削复合精加工的研究，提出了临界展成速度的概念，即在低电压、小切深条件下，当展成速度等于临界展成速度时，去除量将等于切削深度，此时可获得较高的加工精度[38]。南京航空航天大学[39-41]提出了电解铣磨复合加工技术，通过内喷射电解液供给，在切削深度为 3、10 mm 时分别获得了 2.6、2.3 mm/min 的最大进给速度， 并在GH4169 高温合金上加工出薄壁及平面结构（图36）。

2.4.2 电解机械复合铣削加工

比利时鲁汶大学采用嵌有氮化硅涂层刀片的工具阴极进行了TC4 材料的电解机械复合铣削加工试验研究，在加工电流分别为10、20 A 时，电解机械复合铣削的材料去除率相比于电解铣削时分别提高了60%、48%，且刀片可刮除电解铣削加工造成的中间凸起（图37），提高了加工精度，并且改进了电解机械复合铣削的工具电极结构，研究了主轴转速、加工间隙等工艺参数对钛合金电解机械复合铣削加工行为的影响[42]。

图36 电解铣磨加工的薄壁及平面结构[39-41]

3 未来发展趋势及面临的挑战

综上所述，电解铣削加工技术受到国内外众多研究机构的广泛关注，在基础研究和加工工艺等方面均取得多项研究成果。 但从相关研究成果来看，目前该技术的规模化工程应用仍存在加工精度、表面质量及加工效率等诸多挑战，其未来的发展应主要包括以下几个方面：

（1）加工过程建模。 电解铣削加工时，工具电极做径向运动，使其流场分布非常复杂，加上在不溶性加工产物、气泡等在加工间隙内的分布规律方面尚未有很好研究，这使得电解铣削加工过程的建模精准度很难提高。 此外，目前建模精度较高的研究都是在单次走刀材料去除量很低的情况开展的，不能适应实际生产中需进行大余量去除的场景。 因此，研究单次走刀材料去除量很大时的加工间隙内不溶性加工产物、气泡分布规律并建立精确的材料去除模型是电解铣削加工技术面临的重要挑战。

图37 电解铣削与电解-机械复合铣削的工具与加工示意图[42]

（2）型面加工。 目前针对电解铣削加工的研究更多聚焦于沟槽及少量平面加工方面，针对复杂型面加工的研究几乎空白。 由于目前在工程领域的电解加工对象大多数是难切削加工材料的复杂型面，需要进一步研究适合复杂型面电解铣削加工的工具电极结构、数控轨迹规划、电场流场分布调控等，以提高复杂型面电解铣削的加工精度及表面质量，为加工技术的进一步工程化应用奠定基础。

（3）高效加工。 与拷贝式电解加工模式相比，电解铣削的加工效率较低。 实现难切削加工材料的高效加工是技术工程化应用的基础。 通过对加工电场及流场的优化，充分挖掘电解铣削加工在高效去除材料方面的发展潜力，将是电解铣削加工技术的重要发展方向。

（4）复合加工。 电解铣削加工在难切削加工材料零部件的优势主要是材料去除效率高、加工柔性较好、 无工具损耗以及不产生大的机械作用力等，但目前电解铣削加工在加工精度、表面质量等方面还很难满足工程生产需求。 因此，采用其他能量形式实现材料去除的一种或多种加工技术与电解铣削技术复合，形成新的以电解铣削为主的复合加工新方法，以进一步提高加工精度、表面质量及加工效率，将是电解铣削技术发展的重要方向。

4 结束语

电解铣削加工技术在难切削加工材料零部件的高效低成本制造方面具有重要的应用前景，目前国内外的相关研究工作已取得了阶段性研究进展。然而， 要实现电解铣削技术的规模化工程应用，仍需要在加工过程精确建模、 复杂型面加工工艺、已加工表面杂散腐蚀及不溶性加工产物黏附抑制方法和提高加工效率技术措施等多个方面取得进一步的突破，从而才能提高该技术的加工精度和表面质量， 最终实现难切削加工材料复杂结构的高效率、低成本精密加工。