浙江至德鋼業有限公司所面向的全自動生化分析儀不銹鋼加樣針外形如圖所示。為提高加樣針抗腐蝕能力，其管道材料一般選用SUS316L不銹鋼。根據面向的全自動生化分析儀型號的不同，管道尺寸控制在內徑0.5mm至4mm范圍內，壁厚0.5mm，工作長度為150mm．其長徑比可達到37.5至300。結合電化學拋光機理，對于影響電化學拋光后獲得的表面光潔度因素主要是濃差極化、氫氣泡、局部溫升、沉淀物及工具電極粗糙度復印。對于至德鋼業所面向的大長徑比管道內表面的拋光，以上因素的影響就變得更為明顯。

    以氣泡量為例，對于平衡狀態時陰陽兩極之間的電流密度是均勻的，因而產生的氫氣量也是均勻的。然而隨著電解液的流動，氫氣泡的混入層厚度萬不斷增大，它延加工距離呈線性增長，如圖所示。由于氣泡的存在使電解液的電導率減小，進而使電流密度及加工速率隨加工長度方向存在變化。然而這種現象發生在施加電壓的初期，經過一段時間后，間隙層內的氫氣泡厚度維持恒定。氫氣泡延軸向的影響與溫度影響是相似的，由于拋光過程是產熱的，而流體散熱速度較慢，在電解液流動方向上，熱量積累從而影響所在位置的電導率。但溫度對間隙內電導率的作用剛好與氫氣泡的作用相反。對于本文所研究的小口徑不銹鋼管，由于其大長徑比的結構特點，如果采用與管道等長的工具電極進行電化學拋光處理，氣泡對管道內表面拋光的作用就不能忽略，由于大量氣泡的存在，出液口處的管道內壁很可能就無法達到理想的拋光效果。在前文工藝參數影響分析中，可以發現當電解液流動狀態處于湍流態時可以有效的保證流體充分的熱交換及電解液更新。因此，如何為電解液流動提供一個合適的流速與流態將是本裝置的研究重點。但根據分析可以知，對于小口徑不銹鋼管增大雷諾數的唯一方法就是增加流速，這就需要大功率泵的輔助，增大了加工成本與設計難度。

    因此，在裝置設計過程中，有必要充分結合小口徑不銹鋼管結構特點來分析采用電化學拋光方法過程中各因素對表面加工質量的影響，有針對性的對各個要素進行分析，并提出相應的解決措施。因此，浙江至德鋼業有限公司從流速控制、工具電極設計、電解液溫度調控與陰陽兩極位置精度角度進行考慮與分析，其相應解決方案如圖所示。

    對于沉淀物、濃差極化、氫氣泡及局部溫升等加工中出現的問題，本文采用提高電解液流速的方式來減緩上述因素對加工質量的影響。于2012年，至德鋼業進行了靜態拋光與35000rpm轉速下SUS316L不銹鋼棒在酸體系中的拋光效果對比實驗，發現高速旋轉下的不銹鋼表面拋光質量更好。在高速旋轉狀況下，電極附近電解液更新很快，氣泡、局部溫升、粘膜層及擴散層得到很快的消除，上述各因素引起的電流分布不均勻現象得到緩解甚至消除。因此，本文在裝置設計過程中，對工具電極施加以高速旋轉能力，以提高電解液的徑向與環向流速。利用負壓泵來實現電解液反流軸向供給，以降低電解液供給過程中產生的空穴。然而，單純靠負壓泵提供的負壓是難以提供小口徑不銹鋼管內的大軸向流速的，為此工具電極表面被設計成螺旋溝槽型，通過工具電解高速旋轉來提高拋光過程中的電解液軸向及環向流速。

    為減弱由于管道長徑比引起的濃差極化與氣泡影響，工具電極采用分段式結構并配合步進式拋光，也就是說工具電極將設計成多段結構，加工過程中工具電極延軸線進行往復移動以促進電解液的更新并防止氣泡堆積。為控制電解液平均溫度以保證合適的電導率與離子活度，采用可調式水浴恒溫系統以確保拋光的順利進行。同時，加工過程中短路是必須避免的現象，也就是說應防止工具電極與工件的直接接觸，這就要求工具電極與工件具有較強的同軸度，加工間隙在加工過程中獲得充分的保證。

    根據上文的分析結果，基于電化學加工技術、流體力學及數控技術對實驗用小口徑不銹鋼管道內表面拋光樣機提出以下技術要求及性能指標：

   1. 為實現全自動生化分析儀不銹鋼加樣針的內表面拋光，要求裝置可拋光管道長度在150mm以上，管道內徑4mm以下；

   2. 為獲得較高的工具電極與工件電極的對心精度，精密微調測量平臺最小對心精度應達到0.02mm;

   3. 工具電極應具備延工件軸向的往復自動進給功能且進給速率可調，具有超程警報能力；

   4. 工具電極轉速要求線性可調，為實現較好的拋光效果，最高轉速應可達到10000rpm以上，速率可測：

   5. 為保證電解液平均溫度恒定，水浴溫度應實現在200C至900C范圍內可調，調整精度±1℃；

   6. 電解液循環泵為負壓泵，應具有防腐蝕功能，最大流量不小于300m/min，流量可調；

   7. 加工電源為穩壓直流電源，最大電流不小于SA，可調精度0.01A;

   8. 為實現加工過程的實施檢測，裝置應具備對加工過程中的電流大小與波形進行實時檢測功能，測量精度ImA;

   9. 拋光電路應與主軸電路隔離，防止拋光過程中出現漏電、電機短路等情況，影響加工進行；

   10．加工電路內應設有短路保護，防止應短路而燒壞電源；

   11．裝置機身要求使用剛性結構，減小因顫抖而引起的加工短路。

    基于以上要求，浙江至德鋼業有限公司提出了如下實驗平臺設計方案：如圖所示，裝置總體結構包括控制終端模塊、監測系統、電源系統、電解液循環與凈化系統與加工主體部分?？刂平K端模塊具有顯示當前工具電極位置、進給速度與工具電極轉速功能，同時可實現工具電極轉速與進給速度的調控；監測系統包括電流監測模塊、電壓監測模塊、溫度傳感模塊、位置傳感模塊、轉速傳感模塊及流速監測模塊；電源系統主要負責為電化學拋光過程提供能源，內置防短路電路；電解液循環與凈化系統主要包括負壓泵、過濾裝置及其連接管路；加工裝置主體包括Z軸自動進給系統、X-Y精密移動平臺、高速主軸系統及電極給電系統。