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文档简介

1、林洋8153025电解加工技术电解加工技术电化学加工电化学加工电化学加工电化学加工(Electrochemical Machining(Electrochemical Machining,ECM)ECM)是特是特种加工的一个重要分支,目前已成为一种较为成熟的种加工的一个重要分支,目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺,被广泛应用于众多领域特种加工工艺,被广泛应用于众多领域。根据加工原理,电化学加工可分为以下三大类:根据加工原理,电化学加工可分为以下三大类:(1) (1) 利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料(电解利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料(电解加工)。加工)。 (2) (2) 利用电化

2、学阴极沉积的原理进行镀覆加工。利用电化学阴极沉积的原理进行镀覆加工。 (3) (3) 利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工。复合加工。电化学加工分类电化学加工分类电解加工电解加工电解加工(electrochemical machining,ECM)是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而去除工件上多余的材料、将零件加工成形的一种方法。电解加工是特种加工技术中应用最广泛的技术之一,尤其适合于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工。电解加工的基本设备电解加工的基本设备1.直流电源为提高电解加工精度,生产中采用脉冲电源加工。2.机床 要求:足够的刚

3、性;进给速度的稳定性;防腐绝缘;安全措施。3.电解液系统主要由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀组成。电解加工原理图电解加工原理图1-1-直流电源直流电源 2-2-工具阴极工具阴极 3-3-工件阳极工件阳极4-4-电解液泵电解液泵 5-5-电解液电解液 加工时,工件接电源正极(阳极),按一定形状要求制成的工具接负极(阴极),工具电极向工件缓慢进给,并使两极之间保持较小的间隙(通常为0.020.7mm),利用电解液泵在间隙中间通以高速(550m/s)流动的电解液。 在工件与工具之间施加一定电压,阳极工件的金属被逐渐电解蚀除,电解产物被电解液带走,直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。图中的

4、细竖线表示通过阳极(工件)和阴极(工具)间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小。加工开始时,工件阳极与工具阴极的形状不同,工件表面上的各点至工具表面的距离不等,因而各点的电流密度不等。阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大,电解液的流速也较高,阳极溶解的速度也就较快,而距离较远的地方,电流密度就小,阳极溶解就慢。由于工具相对工件不断进给,工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解,电解产物不断被电解液冲走,直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。电解加工特点电解加工特点()加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料,如淬火钢、钛合

5、金、硬质合金、不锈钢、耐热合金,可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面,以及薄壁、异形零件等。()能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔,进给速度可快达0.315mm/min。 ()表面质量好()表面质量好 加工中无切削力和切削热的作用,所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边 、 刀 痕 等 , 可 以 达 到 较 低 的 表 面 粗 糙 度(Ra1.250.2m)和0.1mm左右的平均加工精度。电解微细加工钢材的精度可达1070m。适合于加工易变形或薄壁零件。()加工过程中工具电极理论上无损耗,()加工过程中工具电极理论上无损耗,可长期使用。可长期

6、使用。因为工具阴极材料本身不参与电极反应,其表面仅产生析氢反应,同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等,所以除产生火花短路等特殊情况外,工具阴极基本上没有损耗。()加工生产率高()加工生产率高 约为电火花加工的510倍以上,在某些情况下比切削加工的生产率还高。且加工生产率不直接受加工质量的限制,故一般适宜于大批量零件的加工。电解加工缺点电解加工缺点 电解加工影响因素多,技术难度高,不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。 工具电极的设计、制造和修正较麻烦,因而很难适用于单件生产。 电解加工设备投资较高,占地面积较大。 电解液对设备、工装有腐蚀作用,电解产物的处理和回收困难。提高电解加工精度

7、地途径提高电解加工精度地途径1.1.脉冲电流电解加工脉冲电流电解加工 1)消除加工间隙内电解液电导率地不均匀化。 2)脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的,呈脉冲状。它可以对电解液起搅拌作用,有利于电解产物的去除,提高电解加工精度。2.2.小间隙加工小间隙加工蚀除速度与加工间隙成反比关系。加工间隙小,突出部分的去除速度将大大高于低凹处,提高了整平效果。加工间隙越小,越能提高加工精度。3.3.改进电解液改进电解液钝化型电解液、复合电解液、低质量分数的电解液4.4.混气电解加工混气电解加工将一定压力的气体(主要是压缩空气)用混气装置使它与电解液混合在一起,使电解液成分包含无数气泡

8、的气液混合物,然后送入加工区进行电解加工 电解液电解液电解液的作用电解液的作用 电解液是电解池的基本组成部分,是产生电解加工阳极溶解的载体。电解液的主要作用是: (1) 与工件阳极及工具阴极组成进行电化学反应的电极体系,实现所要求的电解加工过程,同时所含导电离子也是电解池中传送电流的介质,这是其最基本的作用。 (2) 排除电解产物,控制极化,使阳极溶解能正常连续进行。 (3) 及时带走电解加工过程中所产生的热量,使加工区不致过热而引起沸腾、蒸发,以确保正常的加工。 对电解液的要求对电解液的要求 对电解液总的要求是加工精度和效率高、表面质量好、实用性强。 对电解液的基本要求包括以下四个主要方面(

9、1) 电化学特性方面(正负离子并存,只有可逆反应不相互影响)。 (2) 物理特性方面(高溶解度、大离解度、低粘度等)。 (3) 稳定性方面(消耗性组分尽量少等)。 (4) 实用性方面(价格低廉、无毒安全,寿命长等)。常用电解液及其选择原则常用电解液及其选择原则1)电解液选择的原则电解液选择的原则粗加工重点解决效率;精加工侧重加工精度和表面质量; 高温合金叶片侧重保加工精度;钛合金则侧重表面质量。 2) 常用电解液常用电解液 常用的电解液为中性电解液中的NaCl、NaNO3及NaClO3三种。 3) 低浓度复合电解液 近年开发的低浓度复合电解液在改善钛合金加工及镍基铸造合金的表面质量以及提高铁基

10、合金或金属的加工精度上有显著的效果。1.NaCl电解液蚀除速度高,但杂散腐蚀也严重,故复制精度较差。浓度为20以内,一般为1418。电解液温度为2535C。2.NaNO3电解液钝化型电解液。NaNO3电解液在浓度为30以下时,有较好的非线形性能,成形精度高,而且对机床腐蚀性小,价格也不高。主要缺点是电流效率低,生产率也低,另外加工时阴极有氨气析出,所以NaNO3会被消耗。3.NaClO3电解液散蚀能力小,加工精度高;具有很高的溶解度;导电能力强,可达到与NaCl相近的生产率;腐蚀作用小。缺点:价格较贵,强氧化剂,使用时注意安全防火。电解加工的应用电解加工的应用(1 1)模具型腔加工)模具型腔加

11、工电解加工适应难加工材料(高镍合金钢、粉末合金)、复电解加工适应难加工材料(高镍合金钢、粉末合金)、复杂结构的优势。电解加工在模具制造领域中已占据了重要杂结构的优势。电解加工在模具制造领域中已占据了重要地位。地位。(2 2) 叶片型面加工叶片型面加工这类加工效率高,生产周期短;加工质量好;但设备、阴这类加工效率高,生产周期短;加工质量好;但设备、阴极均较复杂,须采用三头或斜向进给机床、复合双动阴极。极均较复杂,须采用三头或斜向进给机床、复合双动阴极。国外自动生产线上已采用此方案,国内开始试制。国外自动生产线上已采用此方案,国内开始试制。(3 3)型孔及小孔加工)型孔及小孔加工4. 枪、炮管膛线

12、加工传统的枪管膛线制造工艺为挤线法,该法生产效率高,但挤线冲头制造困难,毛坯材料损耗严重,且校正、电镀、回火等辅助工序较多。5. 整体叶轮加工通常整体叶轮多为不锈钢、钛合金或高温耐热合金等难切削材料;再加之其为整体结构且叶片型面复杂,使得其制造非常困难。6. 电解去毛刺电解去毛刺的加工间隙较大,加工时间又很短,因而工具阴极不需要相对工件进给运动,即可采用固定阴极加工方式,机床不需要工作进给系统及相应的控制系统。7. 7. 数控展成电解加工数控展成电解加工 数控展成电解加工工具阴极形状简单(棒状、球状及条状),设计制造方便,且适用范围广,大大缩短了生产准备周期,因而可适应多品种、小批量生产趋势,弥补电解加工在小量、单件加工时经济性差的缺点。 8. 8. 微精电解加工微精电解加工 目前微精电解加工还处于研究和试验阶段,其应用还局限于一些特殊的场合,如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果,精度已可达微米级。

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