一、引言
电解加工是继电火花加工之后发展较快、应用较广泛的特种加工工艺。在机械制造业中,已成为一种不可或缺的工艺方法。电解加工利用金属在电解液中的电化学阳极溶解将工件加工成型,可以达到较好的表面粗糙度和较高的加工精度。相对于上述加工技术,电解加工具有如下优势:加工范围广,不受金属材料本身力学性能的限制,可以加工镍、钴、钼、钛、硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高强度、高硬度和高韧性的金属材料,能加工叶片、锻模、气膜冷却孔等各种复杂型腔、型面和型孔。电解加工的生产率高,约为电火花加工的5一10倍,只要有足够大的加工电流,其加工效率比切削钻削效率还高。由于在加工过程中不存在机械切削力,故不会产生由此引起的残余应力,亦无变形和毛刺等加工质量问题,且在理论上工具电极不会耗损,可长期使用。
二、全球相关专利情况
本文使用INCOPAT数据库，选中所有国家，将分类号B23H3或B23H9结合“hole*”的相关关键词进行限定，申请日截止到2019年5月10日，得到样本数据2798篇。
对INCOPAT数据库中使用分类号与关键词检索到的2798条结果的公开国家进行统计分析并提取申请量最多的前十个国家，发现我国在该领域中的专利申请量处于领先地位，占比32.75%；日本对小孔电解加工相关专利的申请量占全球申请量的35.98%；德美两国对小孔电解加工相关专利的申请量占到了全球申请量的21%；可见国内对小孔电解加工领域较为重视，在国内其应用较为广泛，相关研究较多，与日本和美国的相关研究相差不多，技术较为成熟。
美国虽然整体申请量上不如中国和日本，但通用电气处于绝对的技术垄断地位，该公司的申请量也是最多的；而排名前十的公司中，多数都是来自日本的企业，这也说明在日本电解加工技术相对比较普及，技术比较成熟，应用比较广泛。我国的南京航空航天大学专利申请量已经与美日两家企业接近，这也能够体现在我的检索过程中，在我的审查领域中，差不多接近三分之一的案子都涉及电解加工，而经常用到来自南京航空航天大学的专利作为对比文件，说明南京航空航天大学在我国电解加工领域中的探索处于领先地位。
三、我国相关专利情况
我国对小孔电解加工的研究主要始于90年代以来，国内很多研究机构对微细电解加工进行了大量深入研究。一方面是对于在电解加工中起决定作用的电化学基本原理和现象的研究和深入理解，促使了如纳秒脉冲加工等新技术手段出现，使得电解加工的定域性得到了极大提高，实现了微米/亚微米的加工精度；另一方面，工艺参数的优化和工艺方法的创新在一定程度上弥补了微细电解加工的不足，例如采用高频脉冲电流、低浓度钝性电解液加工提高加工精度，使工具电极摇动、振动或高速旋转以增强加工过程稳定性。
我国在2017年对于电解加工领域的申请量达到了最高，基于各大高校的积极探索和技术进步，尤其以南京航空航天大学为代表。进入2010年后专利申请量出现了阶段性涨幅，说明近年来对于电解加工小孔的探索在不断进步，专利申请量也越发趋近稳定。
四、重点专利介绍
对于异形孔的加工，利用传统的机械加工方法对高温合金、硬质合金、耐火钢淬火钢等高硬度、高强度零件上的异形深孔通常比较困难，甚至无法实现。而采用电火花线切割成型的方法，加工效率较低，工具电极损耗比较大。而利用电解加工的方法制作异形微小孔或微深孔，没有宏观的切削力和切削热的作用，因此工件表面不会产生塑性变形层，也不会产生残余应力，没有显微裂纹，没有飞边毛刺。
因此，许多发明人采用电解加工方法来制作异形微小孔。US201213491700A提出了一种加工非圆形孔的电解加工方法，该电解加工方法包括将脉冲电压施加到电极和工件从而使用导电元件的暴露前端从工件电化学地去除材料以在工件中形成初始大致圆形孔以及使用导电元件的第一和第二暴露部段中的至少一个从初始大致圆形孔电化学地去除预定量的材料以形成非圆形孔；CN2017100433181提出了一种六角形孔电解加工装置，该专利采用将工具阴极的横截面设置为六边形，以便一次性加工六角形孔；CN2012100513817在制作剃须刀静盖群缝的过程中利用了电解加工原理，静刀盖毛坯通过工装夹具设置在储液出液腔体底部，阴极装置与静刀盖毛坯位置垂直相对设置，并且通过脉冲电源在静刀盖毛坯与阴极装置之间形成加工电压使得剃须刀静盖群缝的加工效率更高且加工表面质量更好。
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图1 利用电解加工制作剃须刀静盖
在电解加工制造微小孔的过程中，当流场设计存在严重缺陷时，加工过程会产生火花、断路等故障，因此会导致所加工的微细孔加工精度降低甚至无法达到加工需求的情况，而阴极流场设计是一个反复论证、试验的过程，只有非常可靠,才能用于实际零件的加工。
CN2003201098220提出了一种通过在电解加工装置上叠加永磁体磁场，产生改善流场的作用，改善了型腔和型面电解加工工装的流场，提高电解加工的精度，解决了加工强度硬度高、韧性大、形状复杂零件电解加工的精度问题；CN2015107473585为了消除管电极在电解加工间隙内流场涡流，采用在加工时，电解液在管电极中向下流动，从管电极下端出口向外喷出，管电极出口喷出的电解液束流冲击电解加工区域，部分电解液从管电极侧面孔喷出，侧面孔喷出的电解液束流与管电极下端出口喷出的电解液束流发生撞击，在侧面孔喷出的电解液撞击及扰动作用下消除加工区域电解液的涡流区，电解产物在电解液的循环流动中被及时排出加工区域，同时，在电解液撞击时反作用力的作用下，减小管电极由电解液流动引起振动的振幅；在此过程中，管电极侧面孔直径小，侧面孔流出的电解液束流流速低、流量小，不会影响管电极出口电解液束流的流速，也不会阻碍加工区域电解液的循环流动，从而在消除加工区域涡流区的前提下，顺利通过电解液的循环将电解加工产物排出加工区域，通过消除涡流区排出电解加工产物和减小管电极振幅，可有效地降低加工过程短路的发生，提高管电极电解加工的工艺稳定性；CN2016104061573为了保证工件表面的流场均匀稳定，提高电
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图2消除管电极在电解加工间隙内流场涡流的方法
解加工加工微坑阵列的精度，将阴极工具与柔性模板之间的最大距离设置为50mm。电解液压强大于0.1MPa，利用电解液的压力和重力作用在柔性模板上，有利于柔性模板与阳极工件紧密贴合，阻止电解液渗透进入柔性模板和工件表面的贴合处，减小杂散腐蚀。同时，在电解液的重力以及压力的共同作用下，微坑内产生的电解加工产物缓慢流离加工区域，降低了加工间隙内的电导率，使得加工尺寸对电参数的敏感性降低，抑制了电场边缘效应对大面积微坑阵列加工尺寸的影响，从而有利于提高加工精度，保证了大面积微坑加工的尺寸均匀，合适的缝宽和缝间距便于制造阴极工具；电解液采用正向流动的方式通过阴极工具缝隙流向阳极工件，较小的缝宽保证了阳极工件加工区域流场均匀。
五、总结与展望
事实上常规尺寸电解加工已经成为工业生产一种不可缺少的加工手段，微细电解加工经过长期研究在生产中也得到了初步应用，如加工打印机喷嘴阵列、剃须刀网罩上的微结构等。但是要充分发挥电解加工在微细制造领域的潜力，还存在以下问题亟待解决：（1）杂散电场腐蚀的抑制。（2）小间隙换液条件的改善。（3）加工间隙检测与控制。