第六章 特种加工 电化学课件

1、1第六章第六章 电化学加工电化学加工o利用阳极在电解液中发生电化学作用对金属进行成形加工。o分类： 1)阳极溶解阳极溶解： 电解加工；电解加工； 电解抛光。电解抛光。 2) 阴极沉淀阴极沉淀： 电镀电镀 ; 电铸。电铸。 3) 电化学复合加工电化学复合加工 电解磨削；电化学阳极机械加工。电解磨削；电化学阳极机械加工。2电化学加工的主要特点电化学加工的主要特点- 特点特点： 优点：优点： 不受工件硬度、强度的限制；不受工件硬度、强度的限制； 生产效率高，为电火花加工时的生产效率高，为电火花加工时的510倍；倍； 无残余应力及变形；加工质量无残余应力及变形；加工质量(精度精度0.03-0.05,R

2、a0.2-1.6) 阴极工具不产生耗损。阴极工具不产生耗损。 缺点：缺点： 工件精度及表面质量一般；工件精度及表面质量一般； 电解产物可能产生污染；电解产物可能产生污染； 单件成本高；单件成本高； 工件为导电材料。工件为导电材料。 第一节第一节、电解加工的机理和、电解加工的机理和基本规律基本规律一、电解加工的特点和应用一、电解加工的特点和应用1）以简单的直线运动一次加工出复杂的形腔2）可以加工高硬度、高强度和高韧性的材料3）加工过程中无切削力和切削热4）加工后零件无毛刺和残余应力5）生产率较高6）电极基本不损耗 工件精度及表面质量一般；工件精度及表面质量一般； 电解产物可能产生污染；电解产物可

3、能产生污染； 单件成本高；不适合单件小批量生产单件成本高；不适合单件小批量生产 工件为导电材料。工件为导电材料。4二、电解加工的机理二、电解加工的机理 - 原理原理：电化学阳极溶解。：电化学阳极溶解。两极间隙较小两极间隙较小（0.11mm);具有一定压力的电解液高速具有一定压力的电解液高速(10-60m/s)流过间隙。流过间隙。5三、金属阳极溶解机理三、金属阳极溶解机理( (略略) ) - 电化学加工过程电化学加工过程： 离子导体；离子导体； 阴极阴极：正离子得到电子，发：正离子得到电子，发生还原反应。生还原反应。 阳极阳极：负离子失去电子，发：负离子失去电子，发生氧化反应。或者，阳极金生氧化

4、反应。或者，阳极金属原子失掉电子，成为正离属原子失掉电子，成为正离子，进入液体。子，进入液体。 - 电化学反应电化学反应： 在电极和电解液的界面上发在电极和电解液的界面上发生的交换电子的反应。生的交换电子的反应。6 - 阳极过程阳极过程： 在外电场作用下，金属原子克服金属晶体的在外电场作用下，金属原子克服金属晶体的作用力而失去电子，成为金属离子；作用力而失去电子，成为金属离子； 金属离子与水分子结合成为水化离子；金属离子与水分子结合成为水化离子； 金属水化离子从电极表面液层扩散，离开阳极金属水化离子从电极表面液层扩散，离开阳极表面附近的区域。表面附近的区域。 - 阴极过程阴极过程： 水化氢离子

5、脱掉水分子，成为氢离子；水化氢离子脱掉水分子，成为氢离子； 氢离子在电极表面获得电子，成为氢原子；氢离子在电极表面获得电子，成为氢原子； 氢原子复合成氢分子；氢分子形成气泡。氢原子复合成氢分子；氢分子形成气泡。7四、电化学加工中的基本规律四、电化学加工中的基本规律 1、电化学当量电化学当量 定义：定义： 单位时间内去除的金属量。单位时间内去除的金属量。 法拉第电解定律：法拉第电解定律： W=KQ=KIt W金属的溶解量；金属的溶解量； K金属的电化学当量，与材料有关；金属的电化学当量，与材料有关； Q电量，与电流密度有关。电量，与电流密度有关。 I电流强度；电流强度； t通电时间。通电时间。2

6、、加工速度、加工速度1）体积加工速度）体积加工速度 W=KIt V=W/=K /It Vv=V/t= I 2）深度加工速度）深度加工速度 V=AhVL =h/t=V/(At)=I t/(At)= Io 在电解加上过程中，当电解液和被在电解加上过程中，当电解液和被加工材料选定后，加工速度与电流加工材料选定后，加工速度与电流密度成正比，要提高加工速度，可密度成正比，要提高加工速度，可增加电流密度。增加电流密度。93、加工间隙加工间隙： 存在的必要性：存在的必要性： 电解过程，电解液流动。电解过程，电解液流动。 影响生产率：影响生产率： 电极间隙越小，电流密度越大，蚀除速度越电极间隙越小，电流密度越

7、大，蚀除速度越快。快。 影响工件精度：影响工件精度： 电极形状电极形状 + 均匀间隙均匀间隙 阴极电极不动，蚀除速度与加工间隙之间的阴极电极不动，蚀除速度与加工间隙之间的关系。关系。 10（1）端面平衡间隙：）端面平衡间隙：b 保持不变时的间隙。保持不变时的间隙。 工件的蚀除工件的蚀除速度速度 = 阴极的进给速度阴极的进给速度 11（3）侧面间隙）侧面间隙：a)侧面不绝缘侧面不绝缘 b)侧面绝缘侧面绝缘13（6）影响加工间隙的其它因素影响加工间隙的其它因素： 电流效率；电流效率； 工具形状等影响电流密度的均匀性；工具形状等影响电流密度的均匀性； 电解液的流动性。电解液的流动性。14第二节、第二

8、节、电解液电解液- 作用作用： 导电介质、进行电化学反应、带走电蚀物和热量。导电介质、进行电化学反应、带走电蚀物和热量。 一、一、 主要性能指标主要性能指标：导电率、浓度、温度、粘性、导电率、浓度、温度、粘性、PH值值 价格低廉价格低廉二、电解液的特性二、电解液的特性1、杂散腐蚀、杂散腐蚀2、电流效率、电流效率3、加工速度的非线性、加工速度的非线性 三、电解液的种类及选用电解液的种类及选用（1）酸性电解液 HCI HNO3 H2SO4 水溶液（2）碱性电解液 NaOH KOH水溶液（1）中性盐电解液 氯化钠、硝酸钠、氯酸钠四、电解液参数对加工过程的影响电解液参数对加工过程的影响 在一定条件下，

9、电解液的浓度越大，温度越在一定条件下，电解液的浓度越大，温度越高，其导电率越高，腐蚀能力也越强，可达到的高，其导电率越高，腐蚀能力也越强，可达到的电流密度越高，因此，生产率就越高。电流密度越高，因此，生产率就越高。16五、五、电解液的流速和流向电解液的流速和流向 - 电解液的流向、出水口电解液的流向、出水口：第三节、电解加工参数和加工精度电解加工参数和加工精度一、复制精度与加工参数的关系 复制精度主要由加工时达到的平衡间隙所决定。间隙越小，复制精度越高。 工件形状、电解液流向、流程、流速、电流密度、进给速度都影响平衡间隙。二、重复精度与加工参数的关系1、电解液的导电率2、间隙电压对重复精度的影

10、响3、进给速度对重复精度的影响4、间隙内电解液流速对重复精度的影响193、表面质量与加工参数的关系、表面质量与加工参数的关系1、加工参数对表面粗糙度的影响、加工参数对表面粗糙度的影响 工件材料、金相组织、热处理状态影响。改善表面质量还工件材料、金相组织、热处理状态影响。改善表面质量还有：有： 1）小间隙高电流；）小间隙高电流；2）小间隙高电压、低浓度；）小间隙高电压、低浓度；3）适当）适当电解液流速、流场；电解液流速、流场；4）适当温度；）适当温度；5）与工件材料适应的）与工件材料适应的电解液电解液2、加工参数对表面物理化学性能的影响、加工参数对表面物理化学性能的影响包括：晶间腐蚀、选择性腐蚀

11、、点蚀、显微裂纹、流纹、包括：晶间腐蚀、选择性腐蚀、点蚀、显微裂纹、流纹、亮点等亮点等 首先与工件材料及晶间组织有关首先与工件材料及晶间组织有关20第五节、电解加工设备一、机床本体一、机床本体1、基本要求1）机床刚性2）进给速度平稳性3）防腐绝缘性4）安全措施2、机床类型及设计要点23第六节、电解加工工艺一、型孔加工二、型腔加工使用成形阴极对复杂型腔一次成型效率高三、型面加工四、去毛刺和倒圆五、电解抛光影响抛光质量因素影响抛光质量因素1）电解液成分、）电解液成分、浓度（表浓度（表6-9）2）阳极电位阳极）阳极电位阳极电流密度电流密度3）电解液温度和）电解液温度和搅拌搅拌4）金属原始条件）金属原

12、始条件第七节、电化学机械复合加工 电化学机械复合加工是由电化学阳极溶解作用和机械加电化学机械复合加工是由电化学阳极溶解作用和机械加工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术一、电化学机械复合加工的分类一、电化学机械复合加工的分类 从机械工艺角度分：从机械工艺角度分：电解磨削、电解研磨、电解珩磨、电化学超声加工、电解磨削、电解研磨、电解珩磨、电化学超声加工、电化学砂带磨削、电化学复合抛光、高精度化学机械工。电化学砂带磨削、电化学复合抛光、高精度化学机械工。 按电极设置方式分：按电极设置方式分：o复合法复合法o中间电极法中间电极法30二、电

13、化学机械复合加工的特点二、电化学机械复合加工的特点- 特点特点：（1）加工范围广；生产效率高，比机械磨削高的加）加工范围广；生产效率高，比机械磨削高的加工速度。（效率工速度。（效率3-5倍）倍） （2）比电解加工高的加工精度和表面粗糙度（切削）比电解加工高的加工精度和表面粗糙度（切削力、热影响小，高原型表面）（力、热影响小，高原型表面）（Ra0.16um），），（3）较小的砂轮磨损（）较小的砂轮磨损（1/5-1/10)；（4）控制条件好）控制条件好 （5）成本低）成本低 难以获得锋利的工件刃口；难以获得锋利的工件刃口； 设备需要防腐措施、排气装置。设备需要防腐措施、排气装置。 31三、常用电化

14、学机械复合加工介绍1、电解磨削、电解磨削 （1）原理原理：电化学（电解腐蚀）：电化学（电解腐蚀） + 机械加工（机械磨削）机械加工（机械磨削）砂轮必须含有磨粒又导电砂轮必须含有磨粒又导电常用有铜基砂轮（反接）、常用有铜基砂轮（反接）、石墨基砂轮（电火花功效）石墨基砂轮（电火花功效）用金刚石磨粒（间隙稳定、用金刚石磨粒（间隙稳定、硬度高。硬度高。32中极法电解磨削中极法电解磨削应用应用 硬质合金刀具；硬质合金刀具； 硬质合金轧辊；硬质合金轧辊； 电解珩磨；电解珩磨； 电解研磨。电解研磨。不需导电砂轮不需导电砂轮33（2）影响生产率的因素影响生产率的因素 工件材料的电化学当量；工件材料的电化学当量

15、； 电流密度；电流密度； 阴极砂轮与工件间的导电面积；阴极砂轮与工件间的导电面积； 磨削压力。磨削压力。 （3）影响加工精度的因素影响加工精度的因素- 加工精度加工精度 电解液：表面钝化膜的性质；电解液：表面钝化膜的性质； 磨粒轨迹；工件材料性质；磨粒轨迹；工件材料性质； 机械因素：机床精度等。机械因素：机床精度等。- 表面粗糙度表面粗糙度 电参数：电压低、电流小，电参数：电压低、电流小， （520V，101000A）有利于提高表面粗糙度。有利于提高表面粗糙度。 电解液；工件材料性质；电解液；工件材料性质； 机械因素：机械因素： 机床精度、磨料粒度等。机床精度、磨料粒度等。35（4 4）电解磨

16、削的）电解磨削的应用应用硬质合金刀具；硬质合金刀具；硬质合金轧辊；硬质合金轧辊；深小孔；深小孔；薄筒；薄筒；细长杆；细长杆；电解珩磨；电解珩磨；电解研磨。电解研磨。 例：硬质合金成形车刀例：硬质合金成形车刀 Ra0.06um，磨削效率提高，磨削效率提高2-3倍。倍。2、电解研磨、电解研磨o电解液的影响电解液的影响o加工电压和电流密加工电压和电流密度的影响度的影响o无纺布厚度、磨粒无纺布厚度、磨粒尺寸及含量尺寸及含量o工具阳极转速及工工具阳极转速及工作液送进速度作液送进速度o工具阳极与工件之工具阳极与工件之间的压力。间的压力。（1 1）影响）影响（2 2）电解研磨的应用电解研磨的应用抛光模具及抛

17、光模具及不锈钢容器不锈钢容器3、电解珩磨、电解珩磨电解珩磨适合普通珩磨难以加工的高硬度、高电解珩磨适合普通珩磨难以加工的高硬度、高强度和容易变形的精密零件的孔及精修内表面强度和容易变形的精密零件的孔及精修内表面第八节、阴极沉积加工 利用电解液中的金属正离子在外加电场的作用下沉积到阴极的利用电解液中的金属正离子在外加电场的作用下沉积到阴极的过程对工件进行加工的方法，属于电镀工艺范畴。过程对工件进行加工的方法，属于电镀工艺范畴。一、电镀一、电镀 1.镀铬镀铬 62HRC 2.镀铜镀铜 3. 镀镍镀镍 4. 镀银镀银 1、电铸加工原理二、电铸（1）高复制精度。电铸件与原模的尺寸误差0.25um（2）原模可永久性重复使用。（3）借助石膏、石蜡、环氧树脂等作为原模材料，可把复杂零件的内表面复制为外表面，或外表面复制为内表面，然后在电铸复制。（1）生产率低。 厚度0.02-0.5mm/h（2）原模制造技术要求高（3）有时存在一定的脱模困难2