Инструмент в устройстве электрохимической обработки

Инструмент в устройстве электрохимической обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки изобретения

Эта заявка относится в целом к способам, системам и/или устройству, имеющим отношение к полировке и/или обработке металлов. Более конкретно, но не путем ограничения, настоящая заявка относится к усовершенствованным Способам, системам и/или устройству, имеющему отношение к электрохимической полировке и/или обработке металлов, и, в частности, к электрохимической полировке и/или обработке твердых металлов, включая, например, металлы, используемые в производстве лопаток турбинных двигателей.

В целом, существуют два основных альтернативных способа обработки и полировки, которые наиболее традиционно используются для твердых металлов или материалов, которые в противном случае были бы очень трудны для обработки с помощью традиционных способов (то есть тех способов механической обработки, которые полагаются на механические силы, таких как токарная обработка, фрезерование, шлифовка, сверление и т.д.). Этими двумя способами являются электроэрозионная обработка (в дальнейшем «EDM») и электрохимическая обработка (в дальнейшем «ЕСМ»). Как должно быть понятно специалисту, каждый из этих альтернативных способов имеет свои преимущества и недостатки, связанные с его использованием.

EDM часто называют "искровой обработкой", потому что она удаляет металл, создавая быстрые последовательности повторных электрических разрядов. Эти электрические разряды проходят между электродом и частью металла, которая подвергается обработке. Небольшое количество материала, которое удаляется из заготовки, смывается непрерывным потоком текучей среды. Повторные разряды создают ряд все более и более глубоких кратеров в заготовке, пока не будет получена требуемая форма.

Существуют два основных способа EDM: EDM электродом и проволочная EDM. Главная разница между этими двумя способами состоит в электроде, который используется для выполнения обработки. В типичном применении EDM электродом графитовый электрод имеет конкретную форму и, будучи соединенным с источником энергии и плунжером, медленно подается в заготовку. Вся операция по обработке обычно выполняется, когда все элементы погружены в ванну с текучей средой. Текучая среда обычно служит следующим трем целям: 1) смывает материал; 2) служит хладагентом, чтобы минимизировать подверженную воздействию тепла зону (таким образом, предотвращая потенциальное повреждение заготовки); и 3) действует как проводник после пробоя для тока, чтобы тот проходил между электродом и заготовкой. В проволочной EDM электродом служит очень тонкая проволока. Как правило, используется специальная медная проволока. Проволока медленно подается через материал, и электрический разряд разрезает заготовку. Проволочная EDM также обычно выполняется в ванне воды. Сама проволока не касается металла, который должен быть разрезан; электрические разряды фактически удаляют небольшие количества материала и обеспечивают возможность перемещения проволоки через заготовку. Компьютер обычно управляет путем прохождения проволоки.

EDM может быть эффективно использована для обработки твердых металлов или металлических сплавов, таких как титан, хастеллой, ковар и инконель, и, кроме того, может рентабельно использоваться, чтобы создать замысловатые или сложные формы. Однако, в применениях, которые требуют, чтобы готовое изделие имело исключительно гладкую поверхность, у EDM есть существенный недостаток. В одном аспекте это недостаток включает формирование перелитого слоя вдоль поверхности части, обработанной EDM. Перелитый слой представляет собой относительно тонкий поверхностный слой, который образуется из-за тепла в процессе EDM. Тепло смягчает области части, смежной с областями, подверженными обработке, которые повторно отвердевают после завершения процесса EDM. Повторное отвердевание в целом отрицательно влияет на материальные свойства металла. Один из этих отрицательных эффектов заключается в увеличенной шероховатости поверхности, поскольку, как правило, повторное отверждение является причиной формирования поверхностных дефектов, заусенец, трещин, и т.д. Как должно быть понятно специалисту в этом уровне техники, для большого количества промышленных применений, включая те, что вовлекают элементы горячего пути в турбинных двигателях, гладкость поверхности может быть очень дорогостоящей характеристикой. Например, в случае некоторых турбинных двигателей, достижение качества поверхности в 10-15 RMS может значительно увеличить эффективность двигателя, которая, конечно, очень желательна при генерации мощности. В результате, хотя EDM представляет собой рентабельный и эффективный способ для многих применений обработки, часто необходим второй способ обработки или полировки, чтобы удалить перелитый слой и сгладить наружную поверхность обработанной части.

ЕСМ также использует электрическую энергию для удаления материала из металлов. Гальванический элемент создают в среде электролита с двумя разделенными электродами: инструмент, который Служит катодом, и заготовка, которая является в процессе обрабатываемой частью, служит анодом. Как правило, используется большой ток низкого напряжения, чтобы растворить и удалить материал из заготовки, которая, по аналогии с EDM, должна быть электрически проводящей. ЕСМ представляет собой по существу процесс снятия гальванического покрытия, который использует принципы электролиза.

Во время процесса инструмент, который, согласно традиционным способам, должен быть уникально выполнен для каждого различного применения обработки, помещают очень близко к заготовке, при этом через зазор между инструментом и заготовкой (в дальнейшем "межэлектродный зазор") прикладывают низкое напряжение. В типичной системе ЕСМ электролит циркулирует через межэлектродный зазор, так что между этими двумя электродами проходит большой постоянный ток. Материал удаляется из заготовки, а протекающий раствор электролита смывает ионы. Эти ионы формируют гидроксиды металлов, которые, в целом, удаляются из раствора электролита центробежным разделением. Как электролит, так и металлический осадок могут затем быть переработаны. В отличие от традиционных способов разрезания, твердость заготовки не является фактором, что делает ЕСМ, как и EDM, подходящими для материалов, обычно с трудом поддающихся механической обработке.

Имеется несколько преимуществ, Связанных с ЕСМ. Во-первых, компоненты не подвергаются ни тепловому, ни механическому напряжению во время процесса обработки. Также, в отличие от EDM, не образуется никакого перелитого слоя. Во-вторых, во время процесса нет никакого износа инструмента. Инструмент, таким образом, может неоднократно использоваться, не испытывая существенного износа. Как только сформирована специализированная часть инструмента или инструмент, сложные геометрические формы могут быть обработаны неоднократно и точно одним и тем же инструментом. В-третьих, ЕСМ может использоваться для обработки или полировки поверхностей до очень высокого уровня гладкости. В целом, достижима гладкость поверхности 10-15 RMS или менее.

Однако, как должно быть понятно специалисту, ЕСМ также имеет и недостатки. В целом, ЕСМ является отнимающим много времени и дорогим способом, по сравнению с другими способами обработки. Это, в целом, является следствием того факта, что специализированные ЕСМ инструменты должны быть выполнены для использования с каждым обрабатываемым компонентом или частью. Кроме того, как описано более подробно ниже, сложность этих инструментов в целом увеличена из-за многочисленных каналов потока, которые требуются в этих инструментах. Кроме того, традиционная ЕСМ-машина сложна и относительно дорога из-за требуемого управляемого компьютером точного перемещения инструмента относительно заготовки под высоким давлением текучей среды.

Хотя описанное здесь изобретение не ограничено этим использованием, приведенный ниже пример сосредотачивается на обработке лопаток турбинных двигателей. Должно быть понятно, что этот пример приведен исключительно как пример и что настоящее изобретение этим примером не ограничено. Этот пример, однако, демонстрирует, как может использоваться обработка в соответствии с настоящим применением, чтобы уменьшить затраты на обработку и повысить эффективность обработки, особенно для применений, аналогичных иллюстративному применению турбинного двигателя.

Турбинные двигатели в целом имеют много ступеней лопаток ротора и статора, которые имеются либо в компрессоре, если он присутствует, либо в турбинной секции двигателя. Каждая из этих лопаток имеет свой собственный набор аэродинамических критериев, и из-за этого лопатки в каждом ряду имеют свою собственную отличающуюся форму. Также должно быть понятно, как установлено, более высокая степень гладкости поверхности в целом увеличивает аэродинамические рабочие характеристики лопаток, которые, таким образом, улучшают эффективность работы или эффективность двигателя. Учитывая степень требуемой гладкости, ЕСМ представляет собой предпочтительную альтернативу для обработки или полировки наружных поверхностей лопаток. Кроме того, для лопаток, которые подверглись EDM как части их процесса изготовления, ЕСМ предоставляет привлекательную альтернативу для удаления тонкого наружного слоя перелитого слоя. Это может быть выполнено так, что, как только перелитый слой удален, остается гладкая поверхность, которая имеет хорошие характеристики в турбинном двигателе. Этим образом процессы ЕСМ и EDM могут использоваться, чтобы дополнять друг друга, то есть EDM может рентабельно использоваться для необходимой обработки объема заготовки, тогда как ЕСМ может использоваться, чтобы создать точно полированную поверхность такого типа, который особенно высоко ценится в турбинных двигателях.

Однако, из-за большого разнообразия форм лопаток, необходимых для турбинного двигателя, традиционная ЕСМ становится относительно дорогим процессом. В целом, причина этого состоит в том, что для каждой из многих различных типов лопаток, которые используются в турбинном двигателе, требуется уникальный набор ЕСМ инструментов. Когда время и стоимость, необходимые для производства необходимых инструментов, учитывается в стоимости машины ЕСМ, а также время и стоимость, связанные непосредственно с самим процессом ЕСМ, ЕСМ часто становится непомерно дорогостоящей для применений такого рода. Это особенно верно в отраслях промышленности, в которых части и компоненты регулярно перепроектируются или незначительно видоизменяются, так что регулярно могут требоваться новые инструменты. В результате, имеется потребность в усовершенствованных способах, системах и/или устройстве, относящихся к процессам ЕСМ и машинам ЕСМ и, в особенности, к способам, системам и/или устройству, которые обеспечивают возможность машинам и процессам ЕСМ быть более рентабельными и эффективными с точки зрения начальных затрат на обработку, издержек производства инструментов и/или рабочей силы и времени, связанным с его использованием.

Краткое описание изобретения

В настоящей заявке описан инструмент в устройстве для электрохимической обработки. Инструмент может содержать наружную катодную поверхность, которая является гибкой, и эластомерную подложку. Одна сторона наружной катодной поверхности может поддерживаться эластомерной подложкой.

В некоторых вариантах выполнения наружная катодная поверхность содержит тонкий лист металла, а инструмент содержит средство расположения инструмента, один или большее количество вкладышей, расположенных на наружной катодной поверхности, средство подачи электрического тока к наружной катодной поверхности и средство подачи потока электролита через одно или большее количество отверстий, которые проходят через толщину наружной катодной поверхности.

В некоторых вариантах выполнения средство расположения инструмента содержит шпиндель механизма, который расположен на одном конце эластомерной подложки, тогда как на втором конце эластомерной подложки расположена наружная катодная поверхность, при этом первый конец эластомерной подложки и второй конец эластомерной подложки представляют собой по существу ее противоположные концы; причем средство подачи электрического тока к наружной катодной поверхности содержит одну или большее количество проводящих полос; а средство подачи потока электролита через одно или большее количество отверстий, которые проходят через наружную катодную поверхность, содержат электролитический канал, проходящий от средства для расположения инструмента через наружную катодную поверхность.

В некоторых вариантах выполнения электролитический канал проходит через по меньшей мере часть эластомерной подложки. Наружная катодная поверхность может иметь толщину между приблизительно 0,00005 и 0,0005 метров. В некоторых вариантах выполнения эластомерная подложка выполнена с возможностью обеспечения упругой опоры для наружной катодной поверхности.

В некоторых вариантах выполнения эластомерная подложка выполнена таким образом, что когда наружная катодная поверхность прижата к неровной поверхности заготовки, эластомерная подложка обеспечивает возможность упругой деформации наружной катодной поверхности, так что последняя приобретает по существу такой же профиль поверхности, что и поверхность заготовки, к которой прижата наружная катодная поверхность, но отстоит от нее на некоторое расстояние; а каждый вкладыш содержит относительно тонкие вкладыши, изготовленные из по существу непроводящего материала, которые распределены по наружной катодной поверхности.

В некоторых вариантах выполнения толщина нескольких вкладышей имеет по меньшей мере некоторое количество разных заданных значений; при этом вкладыши расположены на наружной катодной поверхности в зависимости от разных заданных значений толщины с обеспечением оказания влияния на поток электролита требуемым образом во время работы.

В некоторых вариантах выполнения вкладыши выполнены таким образом, что когда наружная катодная поверхность прижата к поверхности заготовки, вкладыши по существу предотвращают осуществление контакта наружной катодной поверхности с поверхностью заготовки, что приводит к образованию зазора требуемой величины между наружной катодной поверхностью и поверхностью заготовки; при этом требуемая величина зазора соответствует требуемому межэлектродному зазору в процессе электрохимической обработки между наружной катодной поверхностью и поверхностью заготовки.

В некоторых вариантах выполнения средство подачи электрического тока к наружной катодной поверхности содержит одну или большее количество гибких проводящих полос, проходящих от средства для расположения инструмента к наружной катодной поверхности и соединенных с источником питания; при этом средство подачи потока электролита через одно или большее количество отверстий, которые проходят через наружную катодную поверхность, содержат один или большее количество электролитических каналов, которые выполнены с возможностью переноса потока электролита через эластомерную подложку к указанному одному или большему количеству отверстий, проходящих через наружную катодную поверхность; а средство подачи электрического тока выполнено с возможностью приложения напряжения через межэлектродный зазор, образованный между наружной катодной поверхностью и поверхностью заготовки.

В некоторых вариантах выполнения часть наружной катодной поверхности содержит изолирующее покрытие, которое по существу предотвращает вступление в электролитическую реакцию покрытой изолирующим покрытием области с заготовкой во время работы указанного устройства электрохимической обработки; при этом часть наружной катодной поверхности, которая содержит изолирующее покрытие, включает заранее заданную целевую область.

Эти и другие признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания предпочтительных вариантов выполнения, когда рассмотрены совместно с чертежами и приложенной формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие признаки этого изобретения будут более поняты и оценены внимательным изучением последующего более подробного описания иллюстративных вариантов выполнения изобретения, взятых совместно с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематический вид системы ЕСМ, выполненной в соответствии с традиционной конструкцией;

Фиг.2 представляет собой схематический вид системы ЕСМ, выполненной в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 представляет собой схематический вид системы ЕСМ и процесса ЕСМ, выполненных в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 иллюстрирует вид сбоку гибкого инструмента, выполненного в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.5 иллюстрирует вид сверху гибкого инструмента, изображенного на Фиг.4;

Фиг.6 иллюстрирует вид сбоку гибкого инструмента, выполненного в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, как он может быть расположен при использовании на иллюстративной заготовке; и

Фиг.7 иллюстрирует вид сбоку гибкого инструмента, выполненного в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения, как он может быть расположен при использовании на заготовке, имеющей альтернативную форму.

Подробное описание изобретения

Как описано в этом документе, процесс электрохимической обработки ("ЕСМ"), выполненный в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения, может обеспечить относительно быстродействующую электролитическую реакцию, которая быстро удаляет с заготовки наружный слой таким образом, что поверхность после обработки является прекрасно отполированной. Процесс ЕСМ, выполненный в соответствии с описанными здесь вариантами выполнения, может также использоваться для эффективного удаления перелитого слоя, который обычно образуется во время электроэрозионной обработки (EDM). В конкретных вариантах выполнения, как описано ниже, настоящее изобретение предлагает систему ЕСМ, которая использует периодическое перемещение между заготовкой и инструментом для создания необходимого потока электролитов, который обеспечивает возможность упрощения конструкции инструмента и/или устранения системы нагнетания высокого давления, которая обычно используется в традиционных системах. Кроме того, в конкретных вариантах выполнения настоящего изобретения модифицированный гибкий инструмент может обеспечить возможность использования одного инструмента с многими заготовками различной формы. В некоторых вариантах выполнения могут использоваться импульсные токи для регулирования концентрации различных продуктов обработки в межэлектродном зазоре, которые могут быть использованы для эрозии, управляемой диффузией.

На Фиг.1 проиллюстрирована система 100 ЕСМ, выполненная в соответствии с традиционной конструкцией. Как должно быть понятно, основные узлы системы 100 включают источник 102 питания, катод или инструмент 104, анод или заготовку 106, электролитический насос 108 и резервуар 110 для электролита. При работе, как должно быть понятно специалисту, инструмент 104 и заготовку 106 помещают (и повторно помещают по мере продолжения процесса обработки) таким образом, что пространством между ними ограничен относительно узкий межэлектродный зазор 112. Источник 102 питания затем используют, чтобы приложить напряжение к заготовке 106 и инструменту 104, то есть, соответственно, аноду и катоду сформированного гальванического элемента.

Система 100 может содержать систему электролита, которая, как показано, перекачивает непрерывный поток находящегося под давлением электролита в межэлектродный зазор 112. Подходящим электролитом, например, является водный раствор хлорида натрия (поваренной соли), который выбирают так, чтобы форма инструментов 104 оставалась по существу неизменной во время процесса обработки. Электролит перекачивают из резервуара 110 для электролита насосом 108 и подают к инструменту 104 с относительно высокой скоростью и давлением. В целом, электролит вводят в зазор 112 через инструмент 104. Это, как правило, выполняют через один или большее количество полых электролитических каналов 114, которые сформированы внутри инструмента 104, как проиллюстрировано на Фиг.1, Электролитические каналы 114 направляют электролит к заготовке 106. Из канала 114 электролит выходит из инструмента 104 и течет через пространство, ограниченное зазором 112. Этим образом электролит может быть вынужден пройти через зазор 112 с относительно высокой скоростью и давлением.

Должно быть понятно, что изготовление уникального инструмента 104, то есть такого, который имеет необходимую форму и необходимые сформированные в нем электролитические каналы 114, как правило, представляет собой значительное усилие, особенно когда для каждой части различной формы должен быть создан уникальный инструмент 104. Кроме того, во многих применениях, края вдоль наружной части заготовки 106 / инструмента 104 должны быть загерметизированы. Это обычно делается так, чтобы во время процесса обработки через межэлектродный зазор 112 были созданы и поддерживались требуемые структуры потока электролита, скорости и давления. Кроме этого, инструмент 104 должен быть размещен таким образом, чтобы между ним и заготовкой 106 поддерживался необходимый межэлектродный зазор 112, когда заготовка 106 подвергается обработке. Это, в целом, включает систему управления, которая постепенно перемещает инструмент 104 к заготовке 106 по мере выполнения обработки последней. Это может включать перемещение вдоль одной оси или двух осей. Должно быть понятно, что эти требования в целом делают традиционный комплекс процессов ЕСМ сложным. Как должно быть понятно специалисту в этом уровне техники, это в целом делает этот комплекс процессов трудоемким и дорогостоящим способом обработки, особенно когда ожидаемое число изготовленных компонентов низко, или когда число деталей различной формы, которые нуждаются в обработке, высоко.

При работе удаление металла достигается электрохимическим растворением анодно поляризованной заготовки 106, которая, как установлено, является одной частью гальванического элемента в ЕСМ. Твердые металлы могут быть обработаны электролитическим образом с использованием ЕСМ, а скорость обработки в целом не зависит от их твердости. Инструмент 104, то есть другой электрод в Гальваническом элементе в ЕСМ, используемый в процессе, не изнашивается и, поэтому, мягкие металлы могут использоваться в качестве инструментов, чтобы образовывать формы на более твердых заготовках, в отличие от традиционных способов обработки. Как должно быть понятно специалисту в этом уровне техники, ЕСМ может использоваться для сглаживания поверхностей, сверления отверстий, формирования сложных форм и удаления усталостных трещин в стальных конструкциях.

Во время работы электролит, проходящий через межэлектродный зазор 112, удаляет электрохимически растворенный материал из заготовки 106. Кроме того, поток электролита снижает нежелательные эффекты, как те, которые возникают с генерацией катодного газа и электрическим нагревом. Скорость, с которой металл удаляется из анода (то есть, заготовки) 106, приблизительно обратно пропорциональна расстоянию между электродами. С продолжением обработки и одновременным перемещением катода с типичной скоростью к аноду, ширина межэлектродного зазора 112 вдоль длины электрода будет постепенно приближаться к установившемуся значению. В этих условиях на аноде будет воспроизводиться форма, приблизительно дополняющая форму катода. Типичная ширина зазора может составлять приблизительно 0,0004 м.

Насос 108 в целом обеспечивает гидравлическую энергию во всей системе. Система электролита, частью которой является насос 108, может содержать другие традиционные компоненты, которые усиливают ее действие. Например, клапан 116 может быть помещен вверх по потоку от насоса 108 для регулирования скорости потока и давления электролита, который доставляется к зазору 112. Также может быть предусмотрен традиционный фильтр 118. Фильтр 118, как правило, расположен вниз по потоку от зазора 112 и отфильтровывает материал, удаленный из заготовки 106 таким образом, что электролит может быть возвращен к резервуару 110 очищенным от примесей и готовым к повторному использованию.

Со ссылкой теперь на Фиг.2 проиллюстрирована система 200 ЕСМ, выполненная в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения. Как должно быть понятно, система 200 может содержать многие из тех же самых компонентов, которые показаны для традиционной системы на Фиг.1, включая источник 102 питания, инструмент 104 и заготовку 106. Как показано, заготовка 106 может представлять собой лопатку турбины. Хотя в некоторых вариантах выполнения настоящее изобретение особенно хорошо подходит для выполнения поверхностной обработки или полировки лопаток турбины (создавая, тем самым, гладкую поверхность такого типа, который особенно ценится в применениях турбинных двигателей и/или удаления формируемого перелитого слоя, например, во время предшествующего процесса EDM), приведенное здесь описание этого конкретного применения является лишь иллюстративным. Специалисты должны понимать, что также возможны применения этого типа, равно как и другие применения.

Инструмент 104 может иметь такой профиль поверхности, который обеспечивает получение требуемого эффекта обработки в заготовке 106. Как проиллюстрировано, в случае лопатки турбины, инструмент 104 может иметь такой профиль поверхности, который по существу является зеркальным отражением профиля поверхности заготовки 106. Соответственно, как показано на Фиг.2, вогнутая грань инструмента 104 может отстоять от выпуклой всасывающей стороны лопатки турбины (то есть, заготовки 106) через межэлектродный зазор 112. Если бы обратная сторона лопатки турбины нуждалась в обработке (не показана), то инструмент имел бы выпуклую грань, которая отстояла бы от вогнутой стороны давления лопатки турбины через межэлектродный зазор 112. Однако как предусмотрено в этом документе в отношении конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения, профиль поверхности инструмента 104 не должен точно соответствовать профилю поверхности заготовки лопатки турбины. Это потому, что в конкретных случаях точное соответствие профиля не нужно для применений полировки, когда удаляют только тонкий наружный слой. В этих случаях необходимо только приблизительное соответствие профилей. Из-за этого, в соответствии с настоящим изобретением, один инструмент 104 может потенциально использоваться со многими заготовками 106, у которых есть несколько различные, но в целом подобные профили поверхности. Это, например, является особенным преимуществом при обработке лопаток турбины, поскольку часто лопатки соседних ступеней подобны друг другу, но имеют несколько модифицированные аэродинамические профили.

Как также было упомянуто, инструмент 104 может быть выполнен из большого разнообразия материалов. В соответствии ^вариантами выполнения настоящего изобретения, предпочтительно, инструмент 104 может быть изготовлен с использованием любого из следующих материалов: меди, нержавеющей стали и других подобных типов металлов и материалов, Заготовка 106, как правило, является твердым металлом. Типы металлов, которые обычно могли бы быть обработаны, используя системы и способы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, включают титан, хастеллой, ковар, инконель, нержавеющую сталь и углеродистую сталь. Другие материалы также могут быть обработаны с использованием этого процесса. Раствор электролита может быть любым традиционным раствором электролита. Как правило, раствор электролита может быть водным раствором нитрата натрия при разных уровнях концентрации.

Система 200 ЕСМ может содержать систему электролита. Во время процесса обработки в некоторых вариантах выполнения система электролита отличается от той, что описана в отношении традиционной системы, изображенной на Фиг.1. Короче говоря, система электролита системы 200, показанной на Фиг.2, может быть упрощена по сравнению с традиционной конструкцией, потому что не нужен направленный поток раствора электролита под высоким давлением. Вместо этого, как проиллюстрировано на Фиг.2, электролит может заполнять рабочий резервуар 204 таким образом, что заготовка 106 и инструмент 104 погружены для обработки. Как обсуждено более подробно ниже, из резервуара 204 электролит может быть перекачан или выкачен в другой резервуар, резервуар 208 для электролита. При этом электролит может пройти через традиционный фильтр 118. Фильтр 118 удаляет материал, снятый в процессе обработки с заготовки 106 так, что после фильтрации электролит может быть снова использован. Фильтр 118 может быть расположен между рабочим резервуаром 204 и резервуаром 208 для электролита, хотя также возможны и другие расположения. Типы фильтров, которые могут быть использованы для этого применения фильтра, включают мешочные фильтры, обойменные фильтры и/или другие традиционные системы фильтрования. Как правило, применение ЕСМ, в соответствии с настоящим изобретением, создает относительно небольшое количество электролитического осадка, что означает, что система фильтрования в целом может быть системой относительно низкой стоимости и объема. Из резервуара 208 отфильтрованный электролит может быть возвращен в резервуар 204. Для этого может быть Использован насос 210. Однако из-за работы системы 200, как описано более подробно в отношении Фиг.3, насос 210 не обязан перекачивать электролит в точное место зазора 112 с относительно высокой скоростью потока и давлением. Вместо этого, насос 210 необходим лишь (в некоторых вариантах выполнения) для повторного наполнения рабочего резервуара 204 при низком давлении так, чтобы инструмент 104 и заготовка 106 снова были погружены в электролит. Кроме того, так как нет необходимости направлять электролит в точное место зазора 112 под высоким давлением (как это имеет место в случае с системой, показанной на Фиг.1), из системы может быть удалено большое количество труб, шлангов, фитингов и/или соединителей и т.д. Полые электролитические каналы 114, которые прорезаны в заготовке 106, также могут больше не понадобиться с вариантами выполнения настоящего изобретения. Как должно быть понятно специалисту в этом уровне техники, это в целом упрощает конструкцию системы и инструмента 104.

Фиг.3 иллюстрирует работу системы 200 в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения настоящего изобретения. Фиг.3(а)-3(f) показывают перемещение инструмента 104 относительно заготовки 106 во время работы системы, выполненной в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. На Фиг.3(а) инструмент 104 находится в начальном верхнем или приподнятом положении. В этом положении зазор 112 является широким и, в целом, слишком широким для выполнения обработки. Можно также сказать, что электроды, то есть, инструмент 104 и заготовка 106, находятся в разделенном друг от друга положении. В любом случае, в этом положении источник питания (не показан на Фиг.3) не прикладывает напряжение через зазор. Должно быть понятно, что на Фиг.3(а) электролит в рабочем резервуаре 204 по существу свободен от примесей растворения.

На Фиг.3(b), как показано стрелкой, инструмент 104 перемещен вниз или к заготовке 106. Управляемое перемещение вниз может быть достигнуто с использованием традиционных и доступных систем и механизмов. Например, как должно быть понятно специалисту в этом уровне техники, могут использоваться следующие системы и механизмы: электрическая приводная система, основанная на двигателе и шпинделе, гидравлическая приводная система, основанная на поршне и цилиндре, и электромагнитная приводная система, основанная на линейном двигателе или подшипниках. Также могут использоваться другие традиционные устройства и системы. В некоторых вариантах выполнения перемещение вниз инструментов 104 происходит относительно быстро. В таких вариантах выполнения скорость перемещения вниз инструментов 104 может находиться предпочтительно между приблизительно 0,2 и 3,5 м/с. В более предпочтительных вариантах выполнения скорость перемещения вниз инструментов 104 может находиться между приблизительно 0,5 и 2,5 м/с. Должно быть понятно, что перемещение вниз инструментов 104 сужает пространство между инструментом 104 и заготовкой 106, что, в конечном счете, формирует узкое пространство или зазор 112 между электродами. Также должно быть понятно, что формированием сужение зазора 112 вытесняет электролит из пространства между инструментом 104 и заготовкой 106, как обозначено стрелками на Фиг.3(b) и 3(с). Это создает поток электролита между инструментом 104 и заготовкой 106. Поток в целом направлен к периферии зазора 112.

На Фиг.3(с), когда перемещение инструмента 104 приводит к сужению зазора 112 до критического размера, источник 102 питания может подавать электроэнергию в электроды (то есть, инструмент 104 и заготовку 106) так, что создается напряжение через зазор 112, в результате чего начинается электролитическое растворение заготовки 106. Осадок от электролитического растворения, то есть, частицы 212, образовавшиеся в результате обработки, могут быть смыты в рабочй резервуар 204 потоком электролитов из зазора 112.

В некоторых вариантах выполнения подача электроэнергии от источника 102 питания может быть непрерывным, так что относительно непрерывное напряжение прикладывают через зазор 112 в течение требуемого промежутка времени. В таких вариантах выполнения непрерывное напряжение, прикладываемое через зазор 112, может иметь значение между приблизительно 12 и 20 В. Более предпочтительно, в этих вариантах выполнения, непрерывное напряжение, прикладываемое через зазор 112, имеет значение между приблизительно 15 и 18 В. В других вариантах выполнения, электричество от источника 102 питания через зазор 112 может быть приложено как ряд дискретных импульсов. В этом случае напряжение, приложенное через зазор 112 в течение короткого промежутка времени (то есть, "импульс"), сопровождается отсутствием напряжения, прикладываемого через зазор 112 в течение другого короткого промежутка времени. Этот период "включения\выключения" затем повторяют требуемое число раз. В одном предпочтительном варианте выполнения период может включать напряжение со значением между приблизительно 15 и 30 В, приложенное через межэлектродный зазор 112 в течение между приблизительно 0,05 и 0,3 секунд, сопровождаемое затем отсутствием напряжения, приложенного через межэлектродный зазор 112 в течение приблизительно между 0,1 и 0,3 секунд. В этом случае источник 102 питания может выполнить между 10 и 100 периодов до завершения импульсов. Более предпочтительно, в другом варианте выполнения, период может включать напряжение, имеющее значение между приблизительно 22 и 28 В, приложенное через межэлектродный зазор 112 в течение приблизительно между 0,08 и 0,2 секунд, сопровождаемое затем отсутствием напряжения, приложенного через зазор 112 в течение приблизительно между 0,12 и 0,3 секунд. В этом случае источник питания 102 может выполнить между 20 и 50 периодов до завершения импульсов. Было обнаружено, что в некоторых применениях использование импульсного источника питания обеспечивает лучший поток электролита и качество поверхности. Интервал межу импульсами также может обеспечить лучшее смывание материалов растворения.

В других вариантах выполнения, как обсуждено более подробно ниже, переменные уровни напряжения могут быть приложены другим образом. Это может включать изменение амплитуды напряжения, времени между импульсами, критических размеров, а также и других переменных. Должно быть понятно, что приложение напряжения, как описано выше, может быть достигнуто с использованием традиционных механизмов и электрических систем, соединенных с компьютеризированной системой управления. Например, как должно быть понятно специалисту, для выполнения такой системы может использоваться следующее: переключаемый источник питания, полевой транзистор металл-оксид-полупроводни