第五章电化学加工新

1、 第五章第五章 电化学加工技术电化学加工技术 内内 容容 5.1 5.1 电化学加工原理电化学加工原理5.2 5.2 电解加工技术电解加工技术 5.3 5.3 电化学机械加工技术电化学机械加工技术 授课教师：张忠林授课教师：张忠林 电化学加工是应用越来越广的一种特种加工技术。主要包括电解加工、电化电化学加工是应用越来越广的一种特种加工技术。主要包括电解加工、电化学机械加工、电化学抛光和。电镀加工等。学机械加工、电化学抛光和。电镀加工等。5 电化学加工技术电化学加工技术 当电解液的成分适当并满足一当电解液的成分适当并满足一定的条件时，阳极表面粗糙度得到定的条件时，阳极表面粗糙度得到一定的改善，出

2、现强烈的光泽。这一定的改善，出现强烈的光泽。这就是电解加工和电化学抛光的基本就是电解加工和电化学抛光的基本原理。原理。 从阴极过程看，当以多种金属从阴极过程看，当以多种金属盐类为电解液时，阴极表面发生还盐类为电解液时，阴极表面发生还原反应，将有金属沉积，这就是电原反应，将有金属沉积，这就是电镀和电铸的基本原理。镀和电铸的基本原理。 图为电解加工的原理，工具电图为电解加工的原理，工具电 极接电源的负极（负极），工件接极接电源的负极（负极），工件接电源的正极（阳极）。两极之间接电源的正极（阳极）。两极之间接低压直流电源。低压直流电源。 5.15.1 电化学加工原理电化学加工原理5.1.15.1.1

3、电解质溶液电解质溶液 凡溶解于水后能导电的物质称为电解质，电解质与水形成的溶液称为电解掖。凡溶解于水后能导电的物质称为电解质，电解质与水形成的溶液称为电解掖。电解液浓度，一般以重量百分浓度表示。溶液的酸碱性一般用电解液浓度，一般以重量百分浓度表示。溶液的酸碱性一般用pHpH值试纸检查。值试纸检查。 电解质溶于水后，其分子即可逆地离解为带正电荷的阳离子与带负电荷的阴电解质溶于水后，其分子即可逆地离解为带正电荷的阳离子与带负电荷的阴离子。例如离子。例如NaClNaCl水溶液中，有下列离解方程：水溶液中，有下列离解方程： 水本身是一种弱电解质，可离解为带正电荷的氢离子和带负电荷的氢氧根离水本身是一种

4、弱电解质，可离解为带正电荷的氢离子和带负电荷的氢氧根离子，即子，即: :5.1.2 5.1.2 电极电位电极电位 通常情况下通常情况下, ,电解质溶液呈电中性。接通电源后，在电场力的作用下，正电解质溶液呈电中性。接通电源后，在电场力的作用下，正离子朝阴极迁移，负离子向阳极迁移，形成电流。离子朝阴极迁移，负离子向阳极迁移，形成电流。电解加工离子流向图电解加工离子流向图剃须刀合金网罩电解加工成型剃须刀合金网罩电解加工成型 由于电极电位由于电极电位, ,会发生非常复杂的电极反应会发生非常复杂的电极反应, ,标准电极电位如下。标准电极电位如下。5.2 5.2 电解加工技术电解加工技术 电解加工是电化学

5、加工中的一种，由于近年来发展较快，应用也越来越广，电解加工是电化学加工中的一种，由于近年来发展较快，应用也越来越广，已成为一种重要的特种加工技术。目前成功地应用于军事工业、航空工业及宇航已成为一种重要的特种加工技术。目前成功地应用于军事工业、航空工业及宇航等部门，在汽车、拖拉机和采煤机械的模具制造中也得到了广泛的应用，成为一等部门，在汽车、拖拉机和采煤机械的模具制造中也得到了广泛的应用，成为一种不可缺少的新的工艺方法。具体如种不可缺少的新的工艺方法。具体如: : 加工各种膛线、花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、整体叶轮、异形零件加工各种膛线、花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、整体叶轮、异形零件

6、及模具等方面的应用。及模具等方面的应用。5.2.1 电解加工的应用电解加工的应用电解加工能满足零件加工精度和表面质量，应符合下述原则：电解加工能满足零件加工精度和表面质量，应符合下述原则： 1)1)传统机械切削方法很难，甚至无法加工的高强度、高硬度、高韧性、高传统机械切削方法很难，甚至无法加工的高强度、高硬度、高韧性、高脆性等特殊材料的工件。脆性等特殊材料的工件。 2)2)形状复杂，机械切削方法很难成形，或加工部位不允许有明显切削力的形状复杂，机械切削方法很难成形，或加工部位不允许有明显切削力的工件工件( (如薄壁工件如薄壁工件) )，用电解加工可以提高生产率。，用电解加工可以提高生产率。 3

7、)3)有一定批量，符合经济效益要求者。有一定批量，符合经济效益要求者。1 型孔加工型孔加工图为加工喷油嘴内圆锥的例子。图为加工喷油嘴内圆锥的例子。 1. 1. 电解液电解液 2. 2. 工具阴极工具阴极 3. 3. 绝绝缘套缘套 4. 4. 工件阳极工件阳极 5. 5. 绝缘层绝缘层 若采用传统的切削加工方法是非常若采用传统的切削加工方法是非常 困难的，但采用电解加工则是很容易实困难的，但采用电解加工则是很容易实现，而且可以同时加工多个零件，大大现，而且可以同时加工多个零件，大大提高生产率，降低成本。提高生产率，降低成本。2 深孔扩孔加工深孔扩孔加工 深孔扩孔加工按阴极运动形式，可分为固定式和

8、移动式两种。深孔扩孔加工按阴极运动形式，可分为固定式和移动式两种。 设计成圆柱形阴极，则由于实际加工间隙沿阴极长度方向变化，结果越靠近设计成圆柱形阴极，则由于实际加工间隙沿阴极长度方向变化，结果越靠近后段流速越小后段流速越小, ,加工不均匀。设计成圆锥形阴极，加工间隙基本上是均匀的，因加工不均匀。设计成圆锥形阴极，加工间隙基本上是均匀的，因而流场也均匀，加工效果好。而流场也均匀，加工效果好。3 型腔加工型腔加工 电解加工可以使用成型阴极对复杂型腔一次成型，可以节省大部分工时。电解加工可以使用成型阴极对复杂型腔一次成型，可以节省大部分工时。汽车、拖拉机制造个的各类锻模如连杆、曲轴、十字轴、凸轮轴

9、等的锻模，已汽车、拖拉机制造个的各类锻模如连杆、曲轴、十字轴、凸轮轴等的锻模，已逐渐采用电解加工。逐渐采用电解加工。 4 型面加工型面加工 型面电解加工是指特工件外表面加工成一定形状。其中应用最典型是型面电解加工是指特工件外表面加工成一定形状。其中应用最典型是叶片加工，其次是加工发动机机匣和其它成形零件。特别是高温混合金涡叶片加工，其次是加工发动机机匣和其它成形零件。特别是高温混合金涡轮叶片，用其他机械加工很困难，精度也艰以保证。采用电解加工，不受轮叶片，用其他机械加工很困难，精度也艰以保证。采用电解加工，不受叶片材料硬度和韧性的限制，可以加工出复杂的叶身型面，生产率高，精叶片材料硬度和韧性的

10、限制，可以加工出复杂的叶身型面，生产率高，精度好，表面光整。度好，表面光整。 对于异形零件为二维对于异形零件为二维空间如等截面的航空发动空间如等截面的航空发动机和汽轮机的叶片，采用机和汽轮机的叶片，采用套料法电解加工。套料法电解加工。 5 电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺 齿轮套在绝缘柱上，环形工具阴极也靠绝缘柱定位并与齿轮的上面保持齿轮套在绝缘柱上，环形工具阴极也靠绝缘柱定位并与齿轮的上面保持3-5mm3-5mm的间隙。电解液在工具阴极端面之间流过。通过的间隙。电解液在工具阴极端面之间流过。通过20 V20 V的直流电压，约的直流电压，约1 1分钟就可以去除毛刺。分钟就可以去除毛刺。 深小孔电解

11、加工深小孔电解加工 深小孔电解加工分为普通电解加工和电液束加工两类。前者用于加工一深小孔电解加工分为普通电解加工和电液束加工两类。前者用于加工一般的孔径大于般的孔径大于1mm1mm的深小孔，后者用于加工孔径在的深小孔，后者用于加工孔径在0.08-0.8mm0.08-0.8mm范围的深小孔。范围的深小孔。 电液束加工中，电解液通过电液束加工中，电解液通过绝缘喷嘴高速喷出，形成电解液绝缘喷嘴高速喷出，形成电解液流束。喷嘴内有一阴极，在阴阳流束。喷嘴内有一阴极，在阴阳极之间接上高压电源。电解液流极之间接上高压电源。电解液流束通过阴极时带有负电，当其喷束通过阴极时带有负电，当其喷 向工件阳极时，则在工

12、件喷射点向工件阳极时，则在工件喷射点上产生阳极溶解，随着进给不断上产生阳极溶解，随着进给不断溶解形成深小孔。溶解形成深小孔。5.2.2 5.2.2 电解加工的基本原理电解加工的基本原理 利用金属产生阳极溶解的原理，将工件加工成型。利用金属产生阳极溶解的原理，将工件加工成型。5.2.3 5.2.3 电解加工的特点电解加工的特点与其它加工方法相比，具有如下优点：与其它加工方法相比，具有如下优点：1 1电解加工与被加工材料的硬度、强度、韧性等无关，故可加工任何金属材料。电解加工与被加工材料的硬度、强度、韧性等无关，故可加工任何金属材料。2 2一次加工出复杂的型腔、型面和型孔。一次加工出复杂的型腔、型

13、面和型孔。3 3加工中不受机械力，适用于加工易变形或薄壁的零件。加工中不受机械力，适用于加工易变形或薄壁的零件。4 4由于电解加工电流密度高，所以金属去除速度快。由于电解加工电流密度高，所以金属去除速度快。5 5工具电极无损耗。工具电极无损耗。6 6加工表面质量好，无毛刺和变质层。加工表面质量好，无毛刺和变质层。缺点：缺点：1 1难以加工清棱清角的工件。难以加工清棱清角的工件。 2 2设备初始投资大。设备初始投资大。 3 3电解加工精度不易提高。电解加工精度不易提高。5.2.4 5.2.4 影响电解加工速度的因素影响电解加工速度的因素 影响电解加工速度的因素首先决定于工件材料的电化学当量，其次

14、与电流密影响电解加工速度的因素首先决定于工件材料的电化学当量，其次与电流密度、电解液状态及加工间隙等有关。度、电解液状态及加工间隙等有关。1 1 金属的电化学当量金属的电化学当量 电解加工时，电极被溶解或析出的金属量与通过电流大小和加工时间成正比，电解加工时，电极被溶解或析出的金属量与通过电流大小和加工时间成正比，其比例系数称为电化当量，见下表。其比例系数称为电化当量，见下表。2 2 电流密度电流密度 通常用体积蚀除速度、重量蚀除速度和深度蚀除速度来衡量，金届的蚀除速通常用体积蚀除速度、重量蚀除速度和深度蚀除速度来衡量，金届的蚀除速度与电流密度成正比。度与电流密度成正比。 3 工件材料影响工件

15、材料影响 ( (一一) )材料成分的影响材料成分的影响 ( (二二) ) 材料组织的影响材料组织的影响4 4 电极间隙电极间隙( (加工间隙加工间隙) ) 加工间隙应保证在加工表而上产生一定的阳极溶解，从而达到电解加工的目加工间隙应保证在加工表而上产生一定的阳极溶解，从而达到电解加工的目的；并能获得必要的蚀除速度和加工精度；便于更新电解液，排除电极表面上的的；并能获得必要的蚀除速度和加工精度；便于更新电解液，排除电极表面上的电解产物，使电解加工顺利地进行。电解产物，使电解加工顺利地进行。5 5 电解液与生产率、精度等的关系电解液与生产率、精度等的关系 电解液是电解加工中影响生产率、加工精度和表

16、面粗糙度的主要因素之一。电解液是电解加工中影响生产率、加工精度和表面粗糙度的主要因素之一。一种金属材料的显微组织 电解液的综合影响包括电解液的温度、浓度、电导率、流速、流向等因素都电解液的综合影响包括电解液的温度、浓度、电导率、流速、流向等因素都对电解加工生产率、精度、表面粗糙度有影响。以流向为例来说明。对电解加工生产率、精度、表面粗糙度有影响。以流向为例来说明。5.2.5 5.2.5 电解加工的精度和表面质量电解加工的精度和表面质量 电解加工的加工精度包括三方面的内容：电解加工的加工精度包括三方面的内容： 1 1 复制精度复制精度 工件的形状和尺寸相对于其阴极型面的偏差量叫做复制精度。工件的

17、形状和尺寸相对于其阴极型面的偏差量叫做复制精度。 2 2 绝对精度绝对精度 工件的形状和尺寸相对于设计图纸要求的偏差且叫做绝对精度，即通常所谓工件的形状和尺寸相对于设计图纸要求的偏差且叫做绝对精度，即通常所谓的加工精度。的加工精度。 3 3 重复精度重复精度 用同一工具阴极加工的一批工件之间形状和尺寸的偏差量叫做重复精度。用同一工具阴极加工的一批工件之间形状和尺寸的偏差量叫做重复精度。 影响表面质量的因素主要有：影响表面质量的因素主要有： 1 1工艺参数，比如电流密度等。工艺参数，比如电流密度等。 2 2工件材料工件材料, ,如合金成分、金相组织及热处理状态等。如合金成分、金相组织及热处理状态

18、等。 3 3阴极的表面质量阴极的表面质量, ,如表面条纹、刻痕等如表面条纹、刻痕等, ,造成阴极进给不均匀。造成阴极进给不均匀。 简单归结为：简单归结为： (1)(1)五稳定五稳定电解液温度要稳定；电解液温度要稳定；加工电压要稳定；加工电压要稳定；进给速度亚稳定进给速度亚稳定电解液流速要稳定；电解液流速要稳定；毛坏质量要稳定。毛坏质量要稳定。 (2)(2)五良好五良好流场分布要良好；流场分布要良好； 传动精度要良好；传动精度要良好； 控制系统要良好；控制系统要良好； 过滤系统要良好；过滤系统要良好； 定位装夹要良好。定位装夹要良好。 (3)(3)五改进五改进小间隙加工；小间隙加工；电流效率特性

19、良好的电解液；电流效率特性良好的电解液； 混气电解加工；混气电解加工； 振动进给、脉冲电流加工；振动进给、脉冲电流加工； 火花短路保护。火花短路保护。5.35.3 电化学机械加工技术电化学机械加工技术 电解加工具有很高的生产率，但由于它是靠电化学阳极溶解去除金属材电解加工具有很高的生产率，但由于它是靠电化学阳极溶解去除金属材料的，精度和表面粗糙度均满足不了精密加工的料的，精度和表面粗糙度均满足不了精密加工的 要求要求 。电。电 化学化学 机机 械械 加工加工的出现，弥补了这个不足。的出现，弥补了这个不足。 电化学机械加工包括：电化学机械加工包括：1)1)电解磨削电解磨削2)2)电解珩磨电解珩磨

20、3)3)电解研磨电解研磨( (电电 解超精加工解超精加工) )等。等。 5.3.1 5.3.1 电解磨削电解磨削 常用的电解磨削方式有中极法和复合法两种。常用的电解磨削方式有中极法和复合法两种。5.3.2 5.3.2 电解珩磨电解珩磨1 1 常规珩磨常规珩磨 珩磨是磨削加工的珩磨是磨削加工的1 1种特殊形式，属于光整加工。需要在磨削或精镗种特殊形式，属于光整加工。需要在磨削或精镗的基础上进行。的基础上进行。 珩磨原理珩磨原理 : 在一定压力下，珩磨头上的砂条与工件加工表面之间产在一定压力下，珩磨头上的砂条与工件加工表面之间产生复杂的的相对运动，珩磨头上的磨粒起切削、刮擦和挤压作用，从加工生复杂的的相对运动，珩磨头上的磨粒起切