为了理解 PECM 技术加工硬质合金的各项优势，必须了解这项技术的基本原理。PECM 技术作为一项常规 ECM（电化学加工）技术的改进方式，与传统加工技术不同，能够对很多难以加工的材料采用精密无接触方式进行加工，不会产生机械载荷或和热应力1-5。

PECM 技术的核心在于接入电源负极的工具电极（阴极）与接入电源正极的工件（阳极）在填充其间的导电电解溶液（通常为硝酸钠水溶液）条件下发生化学反应。在这个过程中，处于阳极的金属材料被溶解去除，镜像复制了电极的负形，如图 1 所示。PECM 技术的精度关键在于精确控制的短电流脉冲、同步振荡的工具电极和极微小的加工间隙（通常约为 20 μm，约合 0.00078 英寸）。

非接触加工方式能最大限度减少工具磨损，从而实现产品制造的高精度和低成本5。采用 PECM 技术，可以精确高效地加工各种材料，包括超级合金、粉末冶金钢，甚至具有不同硬度成分的材料。在本质上，PECM 技术提供了一种受控高精度的材料去除方法，使其成为那些要求高精度、几何形状复杂和表面质量高的加工应用的理想选择。

“PECM 技术的核心在于接入电源负极的工具电极（阴极）与接入电源正极的工件（阳极）在填充其间的导电电解溶液（通常为硝酸钠水溶液）条件下发生化学反应。”

图1：精密电化学加工技术（PECM）图。

硬质合金（又称硬金属）以其优异的性能闻名，例如高硬度和优异的耐磨性，使其成为许多应用的首选材料。但是，将硬质合金加工成符合精密工程要求的产品往往存在很多特殊的复杂性。

硬质合金以其高韧性而著称，但也因其硬度高而对传统加工技术提出了很多难题。采用传统加工技术加工这些硬质金属实现高精度和高质量表面通常是一项艰巨的任务。传统技术加工带来各种不良后果，尤其是高热输入所产生的热应力，不仅改变微观金相结构，还会形成微裂纹，最终都损害了工件的结构完整性。从 PECM 技术角度来看，因硬质合金由碳化钨和钴混合而成，两种成分的电化学属性差异较大，对其进行加工非常复杂6。

采用传统加工技术加工硬质合金面临着很多难题：一是硬质合金具有磨蚀性，极易磨损刀具，导致频繁更换刀具，从而增加生产成本。二是硬质合金具有脆性，会导致刀具突然断裂，造成生产中断和安全事故。

此外，还有一项重大难题，即满足加工尺寸的高精度要求。在组件必须以最高精度进行装配的应用中，即使最轻微的偏差都是不可接受的。传统加工技术通常难以满足这些要求，尤其是在加工几何形状复杂部件时，传统技术更是力不从心。根据以上这些难题，硬质合金加工的解决方案必须同时满足高精度、高表面质量和刀具使用寿命长这三个方面的要求。

PECM 技术加工硬质合金

PEMTec 研发了 PEM 3.1 SX CC PECM 系统（如图 2 所示），以满足加工硬质合金零部件的复杂性。

PEM 3.1 SX CC 的主要特性包括：

•多功能且强大的软件平台；

•自由可编程轴；

•单个振荡工具电极；

•新开发的电解质系统；

•同步、超短电流脉冲发生器；

• X/Y轴调节辅助装置。

PECM 技术是加工硬质合金的理想解决方案，原因如下：一、与 ECM 技术相同，PECM 技术不受工件的硬度和韧度的影响。二、与 ECM 一样，PECM 技术也能保证材料和工件的结构完整性。三、与传统加工技术不同，PECM 技术提供一种非接触、非热加工方式，加工时不会引起机械载荷或热应力，因而确保最终产品不会出现微裂纹、热熔层或其他结构缺陷。

图2：PEMTec公司研发的 PEM 3.1 SX CC PECM 系统

PECM 技术还能实现 ECM 技术和传统加工技术难以达到的高精度和高质量表面。高精度在硬质合金加工中至关重要，因为最小的偏差都会产生重大影响。EDM （电火花加工）技术制造精密零件时通常需要使用大量电极，而 PECM 技术只需使用一个可重复使用的电极，便达到更高的精度，且无需对加工零件再进行人工抛光，如图3所示。

PECM 技术采取无接触式加工且只需一个电极，降低了刀具磨损的风险，延长了刀具使用寿命，从而最大限度地减少了因更换刀具而导致的生产中断。

此外，在精密加工应用中，PECM 技术能提供比 EDM 更快的处理速度。

PECM 技术可应用许多领域，如下所述，并参见图4—图9。

切削刀片用冲头

PEMTec公司使用PEM 3.1 SX CC 系统生产由含 13% 钴的超微细硬质合金制成用于加工切削刀片的冲头，如图4和图5所示。该系统的加工速度高达150μm/min，Ra（表面光洁度）值为0.05 μm，Rz（表面粗糙度）值为0.30 μm。如此高精度确保了切削刀片能满足各行业的严格要求。

“PECM 技术广泛应用于汽车制造行业，从制造高性能发动机部件和生产高端传感器，这项技术都发挥着重要作用。”

航空航天组件

在航空航天领域，高精度是安全和性能的保障。采用 PECM 技术，能够加工由硬质合金或其他特殊材料制成的关键部件。PECM 技术的非接触和非热加工特性，确保了所加工的部件达到行业所需的结构完整性和高标准表面质量。

汽车零部件及产品

PECM 技术广泛应用于汽车制造行业，从制造高性能发动机零部件到生产高端传感器，PECM 技术都发挥着重要作用。这项技术的高效、精密特性，简化了生产流程，降低了成本，提高了产品质量。

这些实际应用体现了 PECM 技术加工硬质合金的优势。这项技术凭借其卓越的精度，满足了各行业对产品的高标准要求。

图3：该图展示了对10个采用 PECM 技术加工的冲头进行粗糙度和重复度的测量结果。

图4：采用 PECM 技术加工的冲头系列

图5：采用 PECM 技术生产的用于加工切削刀片的冲头。材质：12-13% 钴，碳化钨亚微米晶粒；加工深度：0.8mm；加工时间：1h 30 min；Ra 值：0.05 μm，Rz 值：0.30 μm。

图6：采用 PECM 技术生产的蜂窝结构冲头。材质：粉末冶金（PM）钢；加工深度：3.2 mm；加工时间：100 min；Ra值：0.3 μm。

图7：采用 PECM 技术生产的直齿轮。材质：1.4034不锈钢；加工深度：1.7 mm；加工时间：8 min（分 4 次加工，每次 2 min）；Ra值：0.15μm。

图8：采用 PECM 技术生产的导向叶片。材质：铬镍铁合金718；加工深度：21.7 mm；加工时间：48 min；Ra值：0.64μm。

在硬质合金加工领域，PECM 技术正凭借下列各项核心优势而对硬质合金在各行业的应用产生重大影响：

1、高精度：PECM 技术的加工间隙仅为几微米，可达到 ±5 μm及以下的精度。当使用硬质合金时，这种高精密度至关重要，因为即使最小的偏差也会影响最终产品的质量和功能。

2、高标准的表面质量：PECM 技术能始终如一地提供卓越的表面光洁度，表面粗糙度Ra值可低至0.03 μm。这种高精度表面质量可确保所加工的组件符合各行业的高标准要求，尤其是精密工具和切削刀具制造等对表面要求非常严格的领域。

3、保持材料完整性：PECM 技术的最显著优势之一就是能够保持工件的完整性。传统加工技术会引起机械载荷或热应力，导致工件产生微裂纹或其他结构缺陷。而 PECM 技术采取非接触、非热方式加工，确保了材料的结构完整性。

4、延长刀具寿命：在加工领域，刀具磨损一直是难以解决的巨大难题。PECM 技术以其非接触的加工方式，最大限度地减少刀具磨损，从而完美地解决了这一问题。延长电极刀具的使用寿命，减少了生产中断和更换刀具成本。

5、多工序单次完成：PECM 技术可实现一次加工过程中完成粗加工、精加工和抛光处理三道工序，简化了制造流程。这种高效率减少了对多个工序的需求，缩短了生产周期，节约了生产成本。

6、成像精度高：PECM 技术的核心优势之一便是能精准复制复杂几何形状和微结构。采用这项技术可以制造出具有高精度的复杂零件。

PECM 技术所具有的卓越精度、非接触方法和多功能性等优势给汽车、航空航天和医疗等行业创造了巨大价值。而关于加工切削刀片冲头的重点案例研究则彰显了该技术的优势，即提供出色的Ra值和高精度成像功能。

PECM 技术的前景充满了希望，因为持续的开发、更广泛的应用和可持续的创新意味着这项技术将对精密工程产生更加显著的影响。

PEMTec 公司

https://pemtec.de/en

参考文献

1 Schubert, A., Meichsner, G., Hackert-Oschätzchen, M., Zinecker, M. and Edelmann, J. (2012). 粉末冶金钢的精密电化学加工。《电镀技术》，第 103 卷，第 710–715 页。

2 Meichsner, G., Hackert-Oschätzchen, M., Krönert, M., Edelmann, J., Schubert, A. and Putz, M. (2016). 脉冲电化学加工材料去除特性快速测定。Procedia CIRP，第 46 卷，第 123–126 页。

3 Mankeekar, T., Bähre, D., Durneata, D., Hall, T., Lilischkis, R., Natter, H. and Saumer, M. (2021). 脉冲电化学加工曲面金属表面微结构工具的制造。《国际先进制造技术杂志》，第 119 卷，第 2825–2833 页。

4 Hall, T., Adam, B., Busch, R. and Bähre, D. (2022). 块状金属玻璃的脉冲电化学加工。《第 18 届国际电化学加工技术研讨会论文集》，东京（日本），2022 年 11 月 14-15 日，第 71-76 页。

5 Ghasemiansafaei, M., Schaefer, F., Hall, T. and Baehre, D. (2023). 脉冲电化学加工中影响刀具的机制分析。《电化学学会杂志》，第 170 卷，第 6 期，文章编号 063504。

6 Steuer, P., Weber, O. and Bähre, D. (2015). 基于脉冲电化学加工的电火花加工损耗铜电极结构化方法。《国际难熔金属和硬质材料杂志》，第 52 卷，第 85–89 页。

文章来源：PEMTec

图片来源：PEMTec

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