特别在大批量加工过程中，电化学精密加工
工艺（PEM）具有显著的优势。这种与模蚀相
类似的加工工艺可以加工出高精度的金属零件
金属的精密电化学加工PEM是一种加工高精密部件的加工方法。常规金属加工的缺点，如刀具磨损、机械载荷、微裂缝、材料受热影响、表面白层和去毛刺所需费用等，在目前的方法中是普遍存在的。
创新的、更高效的金属加工工艺的研发得益于航空航天、汽车制造、能源、微系统和制药等行业在加工精度、加工效率（更长的寿命和更短的二次加工时间）和更好的可加工性等方面，以及对新型高强度超级合金材料所不断提出的越来越高的要求。PEM工艺的研发也是源于对更高精度和更高效益的追求，可以实现对几乎所有的金属材料（也包括折射金属和超级合金材料）的加工。
克服现有工艺缺陷
传统和现有的金属加工工艺（火花蚀刻、铣削和激光）的不良效应，如因热导入而产生微裂纹、表面白层、机械应力、毛边和对材料性能（耐腐蚀性能、硬度、黏度、磁性和生物兼容性）等不良影响，在采用PEM工艺时均不存在，这是因为这种工艺属于一种非接触和冷剥离的工艺。
图1 20世纪70年代以来，电化学工艺就已经被应用于涡轮制
造业上，其优势之一是在加工过程中可以保持材料的完整性
早在20世纪70年代，电化学工艺就已经被用于涡轮和涡轮叶片的制造上（图1）。这里，人们首先关注的是材料在加工完毕之后的完整性，即微裂纹和其他不良效应；采用PEM时的加工速度也大大高于常规的加工工艺。众所周知的PEM运用领域有Philips公司的Philishave剃须刀盖（图2），采用PEM工艺可以高效且高品质地加工出此类产品。Philips公司于1999年开始更改剃须刀盖的生产方式。
图2 剃须刀盖的生产是PEM工艺高效应用的一个实例。
Philips电器集团公司采用这种生产工艺，每年通过电
化学精密加工而达到大约8000万件剃须刀盖产品的产量
转换工艺实现合理化改造
从原来费时费力的、含有21道工序步骤的工艺，可以转而实现一种自动化的只需4个步骤的工艺。通过采用PEM工艺，每年可以在微米的精度范围内生产出大约8000万件剃须刀盖产品。
PEM高精密电化学的金属加工方法是基于阳极分解电化学基本原理基础之上的。这种原理于1832年为Michael Faraday所发现，他对此作了如下描述：两个金属棒浸入到导电溶液（电解液）中，若两个金属棒上所设定的电压相同，则在两极之间就会有直流电流动，连接在正极（阳极）上的金属棒会缓慢分解，而固定在负极（阴极）上金属棒则不会分解。这种原理被运用到电解抛光的领域。俄罗斯研究人员W·Gussev在法拉第认知的基础上，于1929年在其实验室里研发出了最初的电化学工艺。在20世纪30~60年代，美国和俄罗斯继续对电化学工艺及其工业化应用进行了研究。1960年初，美国和俄罗斯首次把电化学工艺运用到航空航天工业中。到20世纪70年代，欧洲的航空和能源领域也应用了电化学加工工艺。nextpage
基础是脉冲式ECM技术
传统的电化学加工工艺简称为ECM，采用一种特型电极作为阴极（负极），待加工的工件则作为阳极（正极）。如同模蚀作业一样，特型电极在Z轴上移动，在电极与工件之间流动着带电的电解液。由此，工件在阳极逐步发生分解，并与电极的形状相匹配，溶解的金属成分由流动的电解液排走。
尽管ECM工艺具备很多优点，但是在20世纪七八十年代这种工艺并未能胜过当时更精密的火花蚀刻工艺，较低的精度限制了这种工艺的使用范围。然而，由于这种工艺具有很明显的优势，因此仍然得到了继续的发展——从ECM中产生了PECM。脉冲式ECM工艺通过脉冲电流，可以达到比ECM工艺更高的精度。德国与荷兰联合进行的研究项目得到了位于Düsseldorf的Heinrich-Heine大学和位于Brüssel的自由大学以及大型企业如Philips、Bosch和Elsyca咨询公司的共同参与，并进一步研发出当前先进水平的精密电化学加工工艺。在克服了研发阶段的各种困难之后，简称为PEM的加工工艺被视为是一种高精度、高经济性的金属电化学加工方法。
振动电极有利于提高精度
图3 采用PEM工艺时，电解液以一个设定的工作间隙流动，并把分解的金属成分排走
如同传统的电化学蚀刻一样，在采用PEM工艺时，接受加工的工件被连接到阳极（正极）上，特型电极被连接到阴极（负极）上。电解液在特型电极和工件之间流动，以传递脉冲直流电流，并把分解的金属成分排走。另一方面，特型电极以10~60Hz的频率沿Z轴向上振动，这样可以周期性地扩大或缩小所谓的反应间隙。当电极离工件很近时，才使电流产生脉冲，然后打开反应间隙，排走所消耗掉的电解液（图3）。由此可以实现高度精确的系列化造型。自2003年以来，市场上已经拥有成熟的PEM设备，例如德-法制造商Pemtec所提供的设备（图4）。
图4 Pemtec公司的PEM中心类似于一台电火花加工设备，与蚀刻所不
同的是PEM设有振动电极和可调节的工作间隙，以达到高精度的工件
PEM工艺的良好前景
总而言之，PEM是一种在Z向上设有振动电极（阴极）的电化学冷蚀刻工艺。在电极与接受加工的金属工件之间设有控制脉冲电流，并通过电解液（NaNO3）进行传导。连接在正极上的工件发生分解，达到与电极相配的形状。这种工艺与火化蚀刻技术，特别是电火花加工技术相类似。
由于PEM工艺具有非常显著的优点，因此可以适用于各种不同行业的金属部件，特别是高强度的合金部件和成型模具的批量加工（图5）。
由于工业企业对生产工艺的要求日益提高，在今后3~5年的时间内，需要对PEM机床，特别是对X、Y、C轴的应用，实现必要的进一步发展。
优缺点对比
优点：
● 无刀具磨损，上千件部件可通过一个电极而成型。
● 不受材料特征数值的影响，例如硬度、强度、腐蚀性能、生物兼容性能和磁性。
● 无表面白层。
● 无毛边，无需二次加工。
● 表面质量达到Ra 0.05μm（抛光表面）。
● 加工速度几乎不受加工表面的影响，达到0.05~1mm/min。
● 可多重加工（多腔工具）以及在一个工序中加工多个部件。
● 精度可达到纵向3μm和侧向10μm。
缺点：
● 与模蚀类似，针对每一种形状，均需各自的PEM工具。
● 工件数量较小时，设计和制造PEM工具的相应费用比常规的加工工艺更高。
● PEM技术目前还只局限在Z轴上的加工，尚未有带X、Y、C轴的加工设备。
