电化学加工课件

4.电化学加工(ECM)

（ElectrochemicalMachining)电化学加工的基本原理电解加工电解抛光电化学机械加工电铸技术涂镀与复合镀电化学加工新技术

4.电化学加工(ECM)

（Electrochemical14.1电化学加工原理4.1.1

电化学反应4.1.2

电解质溶液4.1.3

电极电位4.1.4

电极的极化4.1.5

钝化现象4.1.6

活化4.1.7

电化学加工分类4.1电化学加工原理4.1.1电化学反应24.1.1

电化学反应Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应阳极阴极电子导体（金属）自由电子定向移动而形成电流离子导体（溶液）溶液中的正负离子移动而形成电流4.1.1电化学反应Cu2+CuCu12VieCu2+H+3Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应阳极阴极4.1.1

电化学反应阳极：氧化溶解Cu→Cu+2+2e阴极：还原沉积Cu+2+2e→Cu电化学反应在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1Cu4电化学加工基本原理铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离子进入溶液，溶液中的Cu2+离子移向阴极，并从阴极上得到电子而沉积到阴极上。电化学加工利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法电化学加工基本原理铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离54.1.2

电解质溶液电解质：溶于水后能导电的物质电解质溶液：电解质+水，简称电解液电解质电离：如，离子型晶体NaClNaCl→Na++Cl-强电解质:在水中100%电离——强酸、强碱、大多数盐类弱电解质：仅有一部分电离——氨（NH3）、醋酸（CH3COOH）4.1.2电解质溶液电解质：溶于水后能导电的物质6离子型晶体NaCl的晶体结构图组成晶体的粒子不是分子，而是相间排列的正负离子离子型晶体NaCl的晶体结构图组成晶体的粒子不是分子，而是相74.1.3电极电位

金属原子结构：

金属原子都是由内层为带正电荷的金属阳离子组成。即使没有外接电源，当金属和它的盐溶液接触时，经常发生把电子交给溶液中的离子，或从容液中得到电子。4.1.3电极电位金属原子结构：84.1.3

电极电位金属表层和溶液间形成一层极薄的“双电层”不活泼金属Cu双电层活泼金属Fe双电层+--++--++--++--+FeFeCl2++-++-

++-

++-CuCuSO4金属浸入其它电解液中也会产生双电层双电层现象(活泼金属)

活泼金属Fe__从容液中得到电子双电层现象(不活泼金属)

不活泼金属Cu__把电子交给溶液中的离子4.1.3电极电位金属表层和溶液间形成一层极薄的“双电层”94.1.3

电极电位电极电位（平衡电极电位）：产生在金属和它的盐溶液之间的电位差

用盐桥的办法测出两种不同电极间的电位差标准电极电位：

温度为25℃时，把金属放在此金属离子的有效质量分数为1g/L的溶液中，此金属的电极电位与标准氢电极的电极电位之差，用U0来表示。电位UUaUb距离紧密层a分散层b溶液双电层电位分布U：金属与溶液间的双电层电位差Ua：双电层中紧密层的电位差Ub：双电层中分散层的电位差4.1.3电极电位电极电位（平衡电极电位）：用盐桥10把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时持续地把压强为101.3kPa的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气达到饱和。在电极表面的H2

和溶液中H+之间有以下平衡：

H2

2H++2e经测定，Zn2+/Zn的标准电极电位是-0.763V。测定Zn2+/Zn的标准电极电位把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时11表4-1一些元素的标准电极电位（25℃）表4-1一些元素的标准电极电位（25℃）12能斯特公式当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯特（Nemst）公式换算。U′---平衡电极电位差（V）；U0---标准电极电位差（V）；n

---电极反应得失电子数，即离子价数；a

---离子有效质量分数。式中“+”号用于计算金属；“-”号用于计算非金属的电极电位。能斯特公式当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯134.1.4

电极的极化

两极间无电流通过时：电极电位处于平衡→平衡电极电位

两极间有电流通过时：

阳极：电极电位→向正移动

阴极：电极电位→向负移动

极化现象：电流密度增大时，两极电位增大的现象

超电位：

极化后的电极电位与平衡电极电位之差+V-V电位i（电流密度）阳极阴极产生超电位的原因：浓差极化（在阳极）电化学极化（在阴极）4.1.4电极的极化两极间无电流通过时：电极电位处于平衡14浓差极化（发生在阳极）阳极金属失去电子速度加快电流密度增加Cu

2+产生速度＞Cu

2+扩散、迁移速度Cu

2+在阳极堆积阳极电位值增加（阳极电位向正移）--Cu+2CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应浓差极化（发生在阳极）阳极金属失去电子电流密度增加Cu2+15电化学极化（发生在阴极）阴极电子量增大电流密度增加电子增加量＞2H++2e→H2反应中消耗量电子在阴极表面堆积阴极电极电位向负移CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应--e电化学极化（发生在阴极）阴极电子量增大电流密度增加电子增加量164.1.5金属的钝化钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极的溶解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧下降，成稳定状态不再溶解。Ulgi钢在NaNO3中的极化曲线4.1.5金属的钝化钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极174.1.5金属的钝化成相理论吸附理论

产生原因（两种观点）金属与溶液作用后在金属表面形成一层紧密的薄膜（氧化物、氢氧化物或盐类）使金属失去了原来的活泼性质，使溶解过程减慢。在金属表层形成了氧的吸附层4.1.5金属的钝化成相理论吸附理论产生原因（两种观点）184.1.6活化活化：

活化方法机械破坏—电解磨削物理活化—加热溶液温度过高，电解液蒸发快，绝缘材料产生膨胀、软化和损坏化学活化—通入还原性气体或活性离子Cl-，使钝化膜中的氧排出使金属钝化膜破坏的过程4.1.6活化活化：活化194.1.7电化学加工分类加工方法加工原理去除加工电解加工电解抛光阳极溶解电解磨削电解电火花复合加工阳极溶解+其他能量结合加工电镀电铸涂镀阴极沉积4.1.7电化学加工分类加工方法加工原理去除加工电解加工阳20思考从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？

由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。思考从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级214.2电解加工电解加工原理常用电解液及其特性电解加工基本规律提高电解加工精度的途径电解加工设备电解加工的特点及应用4.2电解加工电解加工原理224.2.1电解加工原理-+阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，阳极溶解速度也较快，加工时电流密度10～200A/cm2。10～20V两极之间间隙0.1～1mm，电解液流速5～50m/s1000～10000(20000)AAV0.5～2MPa电解液工具阴极工件阳极4.2.1电解加工原理-+阳极与阴极距离较近的地方通过的电23电解加工的加工过程工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极向工件慢慢进给，在很小的间隙内通以一定压力并高速流动的电解液，用以冲走电解产物。电解加工的加工过程工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极24加工范围广不受材料硬度、强度限制，可加工复杂面形生产效率高是电火花加工的5~10倍加工表面质量好Ra值：1.25~0.2μm；加工精度：±0.1mm无机械力作用无残余应力、无变形及变质层、无飞边毛刺阴极工具理论上不损耗工具只发生氢气和沉淀而无溶解，理论上无损耗，使用寿命长电解加工的特点（优点）加工范围广电解加工的特点（优点）25电解加工的特点（缺点）加工稳定性差，达不到高精度要求工具设计、制造难机床体积大环境污染问题电解加工的特点（缺点）加工稳定性差，达不到高精度要求26电解加工的应用适用于难加工材料适用于复杂形状的零件适用于成批生产

由于电解加工的优点及缺点都很突出，选用电解加工应满足三个原则电解加工的应用适用于难加工材料由于电解加工的优点及缺点27选择电解加工的工艺原则选择电解加工的工艺原则28电解加工时的电极反应电解加工时电极间的反应很复杂：1）一般工件材料不是纯金属，而是多种元素的合金，金相组织不完全一致；2）电解液往往不是该金属的溶液，可能含有多种成分；3）电解液的浓度、温度、压力及流速等对电解过程有影响。电解加工时的电极反应电解加工时电极间的反应很复杂：29钢在NaCl水溶液中电解的电极反应电解液中存在四种离子NaCl→Na++Cl-H2O→H++OH-阳极可能的反应阴极可能的反应钢在NaCl水溶液中电解的电极反应电解液中存在四种离子NaC30阳极可能的反应Fe-2e→Fe+2U'=-0.59VFe-3e→Fe+3U'=-0.323V4OH--4e→O2↑

U'=0.867V2Cl--2e→Cl2↑

U'=1.334V阳极表面每个铁原子在外电源作用下放出两个或三个电子，成为正的二价或三价铁离子而溶解进入电解液中。（电极电位由能斯特公式算出）负的氢氧根离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氧气。负的氯离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氯气。阳极可能的反应Fe-2e→Fe+231电极电位最负的物质将首先在阳极反应（电极反应基本原理）Fe-2e→Fe+24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3

↓黄褐色沉淀（铁锈）阳极产生的反应Fe+2+2OH-→Fe(OH)2

↓（氢氧化亚铁，墨绿色絮状物）电极电位最负的物质将首先在阳极反应（电极反应基本原理）Fe32阴极可能的反应2H++2e→H2↑U'=-0.42VNa++e→Na

↓

U'=-2.69V电极电位最正的粒子将首先在阴极反应(电极反应基本原理）2H++2e→H2↑阴极产生的反应

理想情况下，铁以Fe+2的形式被溶解，水被分解消耗。而电解液中的氯离子和钠离子起导电作用，本身并不消耗。所以NaCl电解液使用寿命长，只要过滤干净，适当加水，可长期使用。阴极可能的反应2H++2e→H2↑33合金钢的电解由于合金钢中各元素的电极电位不同→各点的溶解速度不同→Ra值变大随着钢中的含碳量的增加，Ra值增大。

原因：钢中存在Fe3C，其电极电位接近石墨的平衡电位（U=+0.37V）而难电解高碳钢、铸铁或经过表面渗炭后的零件

均不适用于电解加工合金钢的电解由于合金钢中各元素的电极电位不同→各点的溶解速度34电解加工过程中的电能利用两极间电压分布（平衡状态）UUcURUa+-UU：使阳极不断溶解的总能源，在两极间形成加工电流，使阳极达到较高的溶解速度。UR：电解液电阻形成的欧姆电压Ua：阳极压降；Uc：阴极压降U≥UR+Ua+UcUR=IRUa+Uc≈2~3V通过间隙的电流能否全部用于阳极溶解取决于阳极极化的程度（极间电流利用率）电解加工过程中的电能利用两极间电压分布（平衡状态）UUcUR35电解过程中的极间电流金属阳极电位＜溶液中所有阴离子的电极电位→只有金属溶解（电流效率接近100%)金属阳极电位＞有些阴离子的电极电位→这些阴离子也将参加反应（电流效率<100%)极化程度很高时：金属阳极电位＞溶液中所有阴离子的电极电位→金属不能溶解（电流效率=0%)极化程度很小时：电解过程中的极间电流金属阳极电位＜溶液中所有阴离子的电极电364.2.2电解液及其特性1.电解液的作用2.

对电解液的要求3.

常用电解液4.

电解液参数对加工过程的影响5.

电解液的流动形式6.

电解液出水口的布局4.2.2电解液及其特性1.电解液的作用371.电解液的作用作为导电介质，传递电流在电场作用下产生电化学反应排屑、散热1.电解液的作用作为导电介质，传递电流38有足够的蚀除速度

溶解度和电导率高；阴离子具有较正的标准电位，以免在阳极上产生析氧等副反应，降低电流效率。保证加工精度和表面质量

金属阳离子不沉积到阴极工具上，以免改变工具的形状及尺寸。电解液中所含阳离子必须具有较负的标准电位。最终产物为不溶性化合物

便于排屑(加工小孔或窄缝时，电解产物应溶于电解液，以免堵塞加工间隙)性能稳定、腐蚀性小2.对电解液的要求有足够的蚀除速度

溶解度和电导率高；阴离子具有较正的标准电位393.常用电解液电解液的种类：中性：NaCl

（氯化钠），NaNO3（硝酸钠），NaClO3

（氯酸纳）酸性：HCl（氯化氢），HNO3（硝酸），H2SO4（硫酸）碱性：

NaOH（氢氧化钠），KOH（氢氧化钾）3.常用电解液电解液的种类：40NaCl（氯化钠）电解液NaCl电解液的特点：易溶解、电离度高→导电性好含有活化Cl-离子→钝化膜小适应面广、价廉杂散腐蚀严重，复制精度差NaCl（氯化钠）电解液NaCl电解液的特点：41

杂散腐蚀NaCl：由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐蚀NaNO3、NaClO3

：工件侧壁钝化，侧壁及内芯杂散腐蚀很小。NaCl加工结果NaNO3、NaClO3加工结果

在电解加工中，有些已加工部位或不需要加工部位也有电流的分布，这就意味着在这些部位也可能会出现材料去除，这种现象通常称为杂散腐蚀。杂散腐蚀NaCl：由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐42

NaNO3（硝酸钠）电解液

属于钝化型电解液

加工区域：

利用超钝化区，加工速度快

非加工区域：

利用钝化区，起保护作用

钝化型电解液的应用

特点：

成型精度高，价格中（NaCl的1倍）有氨气析出，NaNO3被消耗电流效率低，生产率低Ulgi钢在NaNO3中的极化曲线电流密度阳极电位超钝化区钝化区正常溶解区ABCDENaNO3（硝酸钠）电解液属于钝化型电解液加工区域：43NaClO3（氯酸纳）电解液特性与NaNO3电解液相似溶解度高导电能力强价格贵（NaCl的5倍）强氧化剂（易燃）属于消耗性电解液：

Cl-离子↑，杂散损失↑NaClO3（氯酸纳）电解液特性与NaNO3电解液相似溶解44

三种电解液的-i曲线NaCl：属于线性电解液NaClO3

：属于非线性溶液NaNO3

：属于非线性溶液切断间隙：由于阳极钝化膜的作用，当加工间隙大于某临界间隙时，电流效率为零，称该临界间隙为切断间隙。切断电流密度：切断间隙下的电流密度i100%iaib电流密度电流效率三种电解液的-i曲线NaCl：属于线性电解液切断间隙：45特点种类NaCl电解液NaNO3电解液NaClO3电解液加工速度高低较高加工精度较低较高较高腐蚀性大较小较小成本低较高高安全性安全、无毒助燃（氧化剂）易燃（强氧化剂）应用范围精度要求不高的铁基、镍基合金有色金属、精度高的铁基、镍基合金电解扩孔、去毛刺三种电解液的性能对比特点种类NaCl电解液N46

改善电解液性能的方法

-加添加剂

NaNO3电解液+NaCl→生产率↑

电解液+络合剂、光亮剂→Ra↓

NaCl电解液+磷酸盐→散蚀↓成形精度↑

电解液+缓蚀添加剂→腐蚀↓改善电解液性能的方法

474.电解液参数对加工过程的影响浓度↑导电率↑散蚀能力↑电解液的温度:温度↑,导电率↑,散蚀能力↑电解液的粘度粘度↑流动性↓不易排屑↑散热能力↓生产率↓加工效率↑加工质量↓电解液的浓度4.电解液参数对加工过程的影响浓度↑导电率↑散蚀能力↑电解48常用电解液的电导率[1/（cm）]电解液配方及电参数常用电解液的电导率[1/（cm）]电解液配方及电参495.电解液的流速

加工过程中电解液必须具有足够的流速，把电解产物及热量带走（一般与为10m/s)

电流密度增大时，电解液的流速要相应增加，以便及时带走电解产物。调节电解液泵的出水压力可改变流速

5.电解液的流速加工过程中电解液必须具有足够的流速，把50正向流动

易于密封产物流过间隙，出口处加工精度和表面粗糙度差工具电极开口处留有凸起的残余尖锥

反向流动

结构复杂工件上同样会有残余尖锥外，其余与正向流动相反横向流动

结构简单

适用于较浅的型腔加工5.电解液的流动形式正向流动易于密封反向流动结构复杂横向流动结构简单5.516.

电解液出水口的布局加工间隙内能否获得均匀的流场，与阴极出水口的布局有关要求：流场均匀、无死角×√×√6.电解液出水口的布局加工间隙内能否获得均匀的流场，与阴极524.2.3电解加工的基本规律4.2.3.1基本概念4.2.3.2影响生产效率的因素4.2.3.3精度成形规律4.2.3.4影响表面质量的因素4.2.3电解加工的基本规律4.2.3.1基本概念534.2.3.1基本概念生产率：单位时间内蚀除的金属量（g/min）法拉第电解定律：阳极金属去蚀量与电荷量（Q=It）成正比理论蚀除量：M=KQ=KIt

（g）

K---质量电化学当量[g/(A·h)]v=ωQ=ωIt

（mm3）

ω---体积电化学当量[mm3/(A·h)]K=ρωρ---密度[g/mm3]4.2.3.1基本概念54电流效率：

=实际蚀除量/理论蚀除量×100%实际蚀除量:m=M=KQ=KItv=V=Q=It电流效率：实际蚀除量:554.2.3.2影响生产效率的因素金属的电化学当量电流密度电极间隙4.2.3.2影响生产效率的因素金属的电化学当量56m=M=KQ=KItv=V=Q=

It生产率=KI(or=I)K---质量电化学当量[g/(A·h)]---体积电化学当量[mm3/(A·h)]K=

---密度[g/mm3]金属的电化学当量对生产率的影响m=M=KQ=KIt金属的电化学当量对生产率的影响57通常铁和铁合金在NaCl电解液中的电流效率可按100%计算通常铁和铁合金在NaCl电解液中的电流效率可按100%计算58计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件，要求5min加工一个孔，中空电极的尺寸如图2所示。求：（1）加工电流为多少？（2）如加工电流为5000A，加工一个孔的时间为多少？计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件5913.5图2中空电极256413.52564图1零件图13.5图2中空电极256413.52564图160计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件，要求5min加工一个孔，中空电极的尺寸如图2所示。求：（1）加工电流为多少？（2）如加工电流为5000A，加工一个孔的时间为多少？解：溶解去除的金属体积V=π(D2-d2)L/4=π(252-13.52)×64/4=22200mm3所需的电流大小：I=V/(ηωt)=22200/(1×133

×5/60)=2000Aω值：表4-5，碳钢ω=133mm3／Ah加工电流为5000A，加工一个孔的时间为t=V/(ηωI)=22200/(1×133×5000)=1/30h=2min计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件61I=iA电流密度（i）对生产率的影响V=ItV=iAt生产中常用蚀除速度为：va=h/th:去除厚度;t:加工时间

蚀除体积：V=Ah=Avatva

=i电流密度越高，生产率越高。但过高将会出现火花放电，析出氧、氯等气体，并使电解液温度过高，在间隙内造成沸腾气化而引起短路。加工时平均电流密度为10～100A/cm2。UUcUaURh-+工件工具va蚀除过程I=iA电流密度（i）对生产率的影响V=ItV=iA62电极间隙对生产率的影响间隙电阻：R=/A—导电率（1／Ωmm）间隙中通过电流：

I=UR/R=URA/

电流密度：

i=I/A=UR/

va=i

UR=U-(Uc+Ua)≈U-2得

va=UR/

令C=UR得

va=C/（C为常数）

UUcUaURh-+工件工具va蚀除过程电极间隙对生产率的影响间隙电阻：R=/A间隙中通过电流：63

蚀除速度va与电极间隙成反比，双曲线关系。

当电解温度，浓度，电压等加工条件不同时，可得不同形状的双曲线。0:起始间隙对式va=UR/，经dt后，间隙将增加d，所以积分推导得蚀除速度va与电极间隙成反比，双曲线关系。

当电解64例题：温度30℃，质量分数为15%的NaCl电解液，对某一碳钢零件进行固定式阴极板扩孔，起始间隙为0.2mm（单边），电压12V。求：（1）加工开始时的蚀除速度;（2）间隙为1mm时的蚀除速度;（3）间隙由0.2mm扩到1mm需要时间。解：va=UR/

对于NaCl电解液，=100%；表4-5：碳钢=2.22mm3/(Amin);

UR=U-(UC+Ua)≈12-2=10V表4-3：导电率σ=0.207/Ωcm＝0.02/Ωmm

开始时：0＝0.2mmva=UR/0＝1×2.22×10×0.02／0.2=2.22mm/minΔ＝1mm时，va=UR/

＝1×2.22×10×0.02／1=0.444mm/min加工时间：例题：温度30℃，质量分数为15%的NaCl电解液，对某一碳654.2.3.3精度成形规律va=UR/

=

C/

端面平衡间隙法向平衡间隙侧向平衡间隙平衡间隙的应用以上只讨论蚀除速度va与加工间隙之间的关系。实际电解加工中，工具阴极进给速度vc的大小对加工间隙有影响，即影响工件尺寸和成形精度。4.2.3.3精度成形规律va=UR/=C/66端面平衡间隙bbvcva0bvcv2v1开始加工时蚀除速度随着时间的推移↓va↑vc=vavc>vab是指加工过程达到稳定时（vc

=va）的加工间隙一般取b=0.25~0.3mmvc0端面平衡间隙bbvcva0bvcv2v1开始加工时67当vc=va时出现端面间隙。va—阳极工件的蚀除速度；vc—阴极工具的进给速度；0—起始间隙；b—端面平衡间隙。加工间隙的变化过程当vc=va时出现端面间隙。加工间隙的变化过程68法向平衡间隙n法向进给速度注意：上式是在进给速度和蚀除速度达到平衡时才是正确的，未达到平衡时，只有当≤45°且精度要求不高时，可用此式。代入b=C/vc法向平衡间隙n比端面平衡间隙b大1/cos。法向平衡间隙n法向进给速度注意：上式是在进给速度和蚀除速度69x处的蚀除速度为经过dt后，间隙的增量为dx侧向间隙s当工具底侧面半径很小时x0≈bvcxbhx0xbx0bvc侧向间隙s阴极侧面绝缘时x处的蚀除速度为经过dt后，间隙的增量为dx侧向间隙s当工70平衡间隙的应用

阴极形状、尺寸

分析加工精度：

阴阳极形状尺寸被加工工件的形状尺寸侧隙确定b值加工工艺参数（电极间隙、电源电压、进给速度等）平衡间隙的应用阴极形状、尺寸分析加工精度：阴阳极形状尺71cos作图法当工件轮廓和端面平衡间隙已知，则可通过作图（cos作图法）求得工件轮廓线上几点的法线平衡间隙（A1B1、A2B2、A3B3、…），连接B1、B2、B3、…即可得出工具阳极形状。cos作图法当工件轮廓和端面平衡间隙已知，则可通过作图（c724.2.3.4影响表面质量的因素工件材料工件材料的成分复杂，Ra变大工件的组织不均匀，Ra变大工具电极表面的Ra值大，工件的Ra变大电场、流场不均匀，工件的Ra变大电解液流速电解液的成分4.2.3.4影响表面质量的因素工件材料734.3.3.6电解加工表面缺陷

纵向条纹

麻点

毛瘤子

光瘤子4.3.3.6电解加工表面缺陷纵向条纹74电解加工表面缺陷（1）纵向条纹（流场分布不均匀）

麻点（电流过大，破坏薄膜）电解加工表面缺陷（1）纵向条纹麻点75

电解加工表面缺陷（2）毛瘤子（夹杂的不导电物）光瘤子（局部绝缘屏蔽）电解加工表面缺陷（2）毛瘤子光瘤子764.2.4提高加工精度的途径绝缘阴极侧面改进电解液流场改进电解液脉冲电流电解加工混气电解加工小间隙加工4.2.4提高加工精度的途径绝缘阴极侧面77提高加工精度的途径(1~2)绝缘阴极侧面改进电解液流场提高加工精度的途径(1~2)绝缘阴极侧面改进电解液流场78提高加工精度的途径（3）改进电解液

NaNO3电解液+NaCl→生产率↑

电解液+络合剂、光亮剂→Ra↓

NaCl电解液+磷酸盐→成型精度↑提高加工精度的途径（3）改进电解液NaNO3电解液+Na79提高加工精度的途径（4）脉冲电流电解加工消除加工间隙内电解液导电率的不均匀化。在两个脉冲间隔时间内，通过电解液的流动与冲刷，使间隙内电解液的电导率分布基本均匀，从而使得工件阳极各处溶解速度均匀。对电解液起到搅拌作用，易排除产物使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的、呈脉冲状。提高加工精度的途径（4）脉冲电流电解加工80提高加工精度的途径（5）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，使电解液成分为包含无数气泡的气液混合物，然后送入加工区进行电解加工。提高加工精度的途径（5）混气电解加工将一定压力的气体（主要是81提高加工精度的途径（5）增加了电解液电阻率，减少杂散腐蚀，使电解液向非线性方面转化。降低电解液粘度，改善流场例：图示为混气电解加工型孔的情况，´s比

s大且´s与大气相联，故其间隙电阻比

s大的多，电流密度迅速减小。当间隙´s增加到一定数值，就可能制止电解作用，所以混气电解加工存在着切断间隙，加工孔时切断间隙约为0.85~1.3mm。提高加工精度的途径（5）增加了电解液电阻率，减少杂散腐蚀，使82混气与不混气电解加工效果对比当采用NaCl电解液进行电解加工时，由于杂散腐蚀严重，形成喇叭口，精度差，阴极需多次反复修正，实际上无法推广使用；混气电解加工可以提高电解加工的成型精度，简化了阴极设计与制造，在实际应用中获得了较快的推广。混气与不混气电解加工效果对比当采用NaCl电解液进行电解加工83提高加工精度的因素（6）小间隙加工突出部位蚀除速度va=C/低凹部位蚀除速度v’a=C/(+)两处蚀除速度之比

va/v’a=1+/加工间隙小，凸出部分的去除速度将大大高于低凹处，提高了平整效果，即提高了加工精度。但液流阻力、电流密度增大，电解液升温快、温度高，电解液的压力需很高，容易引起短路。提高加工精度的因素（6）小间隙加工加工间隙小，凸出部分的去844.2.5电解加工的基本设备电源直流电源脉冲电源加工机床

电解液系统4.2.5电解加工的基本设备电源加工机床电解液系统85电解加工机床对机床的要求刚性好进给速度稳定耐腐蚀、绝缘性好安全措施机床的分类阴极固定式阴极移动式立式：加工扁平工件，模具，齿轮，型孔，短花键卧式：加工细长工件，叶片、深孔、长筒形零件电解加工机床对机床的要求86

电解液系统电解液的净化过滤方法自然沉淀法介质过滤法离心过滤法电解液系统组成泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀等电解液系统电解液的净化过滤方法电解液系统组成87优点：设备简单、电解面积大、高效率缺点：电源功率大进出口电解液流速、温度差别大—不均匀阴极细长，刚性差1）固定式阴极电解扩孔工件和阴极间没有相对运动1.深孔扩孔加工4.2.6电解加工工艺及其应用优点：设备简单、电解面积大、高效率1）固定式阴极电解扩孔工882）移动式阴极电解扩孔优点：电极短，易制造，电源功率小缺点：机床行程长，阴极移动时的运动精度难以保证加工间隙不均加工间隙基本均匀2）移动式阴极电解扩孔优点：加工间隙不均加工间隙基本均匀893）花键孔加工（阴极固定式）为保护已加工表面，阴极的侧面绝缘3）花键孔加工（阴极固定式）为保护已加工表面，阴极的侧面绝904）花键加工（阴极涨开式）阴极逐步向外涨开，以提高加工效率4）花键加工（阴极涨开式）阴极逐步向外涨开，以提高加工效率912.型孔加工形状复杂、尺寸较小的四方、六方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通孔，机械加工困难。2.型孔加工形状复杂、尺寸较小的四方、六方、椭圆、半圆等形92材料为轴承钢，深孔直径为4mm左右，机械加工孔的内圆弧槽十分困难。电解加工使用固定式阴极，可多个零件同时加工，加工质量好，生产率高，此项技术已在国内油泵油嘴厂全面推广。电解加工喷油嘴内圆弧槽材料为轴承钢，深孔直径为4mm左右，机械加工孔的内圆弧槽十分933.型腔加工成型表面复杂，阴极设计困难→采用混气加工或硝酸钠、氯酸钠电解液。电解液流场不易均匀，在流速、流量不足的局部地区电蚀量将偏小而容易产生短路。因在对应处加增液孔或增液缝，增补电解液使流场均匀，避免短路烧伤现象。3.型腔加工成型表面复杂，阴极设计困难→采用混气加工或硝酸944.套料加工适用于等截面的大面积异性孔或用于等截面薄形零件的下料。阴极片为0.5mm厚的纯铜片，用软铅焊焊在阴极体上，零件尺寸精度由阴极片内腔口保证，当加工中偶尔发生短路烧伤时，只须更换阴极片，而阴极体可长期使用。4.套料加工适用于等截面的大面积异性孔或用于等截面薄形零件955.整体叶片加工与焊接件相比，加工周期短、叶片的强度高、质量好5.整体叶片加工与焊接件相比，加工周期短、叶片的强度高、质量96电解加工整体叶片采用套料法对叶轮上的叶片逐个加工，加工完一个叶片后即退出阴极，叶轮分度，阴极进给再加工下一个叶片。电解加工整体叶片采用套料法对叶轮上的叶片逐个加工，加工完一个976.电解去毛刺为保护已加工表面，工件齿轮套在绝缘柱上，环形阴极工具也靠绝缘柱定位安装在齿轮面上。保持3~5mm间隙（根据毛刺大小而定）。6.电解去毛刺为保护已加工表面，工件齿轮套在绝缘柱上，环形阴987.电解刻字字头接阴极，工件接阳极两者之间保持约0.1mm的电解间隙，中间滴注少量的钝化型电解液，加工时间约为1~2s。7.电解刻字字头接阴极，工件接阳极两者之间保持约0.1mm的994.电化学加工(ECM)

（ElectrochemicalMachining)电化学加工的基本原理电解加工电解抛光电化学机械加工电铸技术涂镀与复合镀电化学加工新技术

4.电化学加工(ECM)

（Electrochemical1004.1电化学加工原理4.1.1

电化学反应4.1.2

电解质溶液4.1.3

电极电位4.1.4

电极的极化4.1.5

钝化现象4.1.6

活化4.1.7

电化学加工分类4.1电化学加工原理4.1.1电化学反应1014.1.1

电化学反应Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应阳极阴极电子导体（金属）自由电子定向移动而形成电流离子导体（溶液）溶液中的正负离子移动而形成电流4.1.1电化学反应Cu2+CuCu12VieCu2+H+102Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的电化学反应阳极阴极4.1.1

电化学反应阳极：氧化溶解Cu→Cu+2+2e阴极：还原沉积Cu+2+2e→Cu电化学反应在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1Cu103电化学加工基本原理铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离子进入溶液，溶液中的Cu2+离子移向阴极，并从阴极上得到电子而沉积到阴极上。电化学加工利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法电化学加工基本原理铜质阳极上有铜原子丢掉电子而成为Cu2+离1044.1.2

电解质溶液电解质：溶于水后能导电的物质电解质溶液：电解质+水，简称电解液电解质电离：如，离子型晶体NaClNaCl→Na++Cl-强电解质:在水中100%电离——强酸、强碱、大多数盐类弱电解质：仅有一部分电离——氨（NH3）、醋酸（CH3COOH）4.1.2电解质溶液电解质：溶于水后能导电的物质105离子型晶体NaCl的晶体结构图组成晶体的粒子不是分子，而是相间排列的正负离子离子型晶体NaCl的晶体结构图组成晶体的粒子不是分子，而是相1064.1.3电极电位

金属原子结构：

金属原子都是由内层为带正电荷的金属阳离子组成。即使没有外接电源，当金属和它的盐溶液接触时，经常发生把电子交给溶液中的离子，或从容液中得到电子。4.1.3电极电位金属原子结构：1074.1.3

电极电位金属表层和溶液间形成一层极薄的“双电层”不活泼金属Cu双电层活泼金属Fe双电层+--++--++--++--+FeFeCl2++-++-

++-

++-CuCuSO4金属浸入其它电解液中也会产生双电层双电层现象(活泼金属)

活泼金属Fe__从容液中得到电子双电层现象(不活泼金属)

不活泼金属Cu__把电子交给溶液中的离子4.1.3电极电位金属表层和溶液间形成一层极薄的“双电层”1084.1.3

电极电位电极电位（平衡电极电位）：产生在金属和它的盐溶液之间的电位差

用盐桥的办法测出两种不同电极间的电位差标准电极电位：

温度为25℃时，把金属放在此金属离子的有效质量分数为1g/L的溶液中，此金属的电极电位与标准氢电极的电极电位之差，用U0来表示。电位UUaUb距离紧密层a分散层b溶液双电层电位分布U：金属与溶液间的双电层电位差Ua：双电层中紧密层的电位差Ub：双电层中分散层的电位差4.1.3电极电位电极电位（平衡电极电位）：用盐桥109把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时持续地把压强为101.3kPa的纯氢气流通入，使锌电极吸附氢气达到饱和。在电极表面的H2

和溶液中H+之间有以下平衡：

H2

2H++2e经测定，Zn2+/Zn的标准电极电位是-0.763V。测定Zn2+/Zn的标准电极电位把锌片放到H+有效质量分数为1g/L的硫酸溶液中，在25℃时110表4-1一些元素的标准电极电位（25℃）表4-1一些元素的标准电极电位（25℃）111能斯特公式当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯特（Nemst）公式换算。U′---平衡电极电位差（V）；U0---标准电极电位差（V）；n

---电极反应得失电子数，即离子价数；a

---离子有效质量分数。式中“+”号用于计算金属；“-”号用于计算非金属的电极电位。能斯特公式当离子质量分数改变时，电极电位也随着改变，可用能斯1124.1.4

电极的极化

两极间无电流通过时：电极电位处于平衡→平衡电极电位

两极间有电流通过时：

阳极：电极电位→向正移动

阴极：电极电位→向负移动

极化现象：电流密度增大时，两极电位增大的现象

超电位：

极化后的电极电位与平衡电极电位之差+V-V电位i（电流密度）阳极阴极产生超电位的原因：浓差极化（在阳极）电化学极化（在阴极）4.1.4电极的极化两极间无电流通过时：电极电位处于平衡113浓差极化（发生在阳极）阳极金属失去电子速度加快电流密度增加Cu

2+产生速度＞Cu

2+扩散、迁移速度Cu

2+在阳极堆积阳极电位值增加（阳极电位向正移）--Cu+2CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应浓差极化（发生在阳极）阳极金属失去电子电流密度增加Cu2+114电化学极化（发生在阴极）阴极电子量增大电流密度增加电子增加量＞2H++2e→H2反应中消耗量电子在阴极表面堆积阴极电极电位向负移CuCu12VieCuCl2溶液中的电化学反应--e电化学极化（发生在阴极）阴极电子量增大电流密度增加电子增加量1154.1.5金属的钝化钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极的溶解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧下降，成稳定状态不再溶解。Ulgi钢在NaNO3中的极化曲线4.1.5金属的钝化钝化（阳极钝化或电化学钝化）：金属阳极1164.1.5金属的钝化成相理论吸附理论

产生原因（两种观点）金属与溶液作用后在金属表面形成一层紧密的薄膜（氧化物、氢氧化物或盐类）使金属失去了原来的活泼性质，使溶解过程减慢。在金属表层形成了氧的吸附层4.1.5金属的钝化成相理论吸附理论产生原因（两种观点）1174.1.6活化活化：

活化方法机械破坏—电解磨削物理活化—加热溶液温度过高，电解液蒸发快，绝缘材料产生膨胀、软化和损坏化学活化—通入还原性气体或活性离子Cl-，使钝化膜中的氧排出使金属钝化膜破坏的过程4.1.6活化活化：活化1184.1.7电化学加工分类加工方法加工原理去除加工电解加工电解抛光阳极溶解电解磨削电解电火花复合加工阳极溶解+其他能量结合加工电镀电铸涂镀阴极沉积4.1.7电化学加工分类加工方法加工原理去除加工电解加工阳119思考从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？

由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。思考从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级1204.2电解加工电解加工原理常用电解液及其特性电解加工基本规律提高电解加工精度的途径电解加工设备电解加工的特点及应用4.2电解加工电解加工原理1214.2.1电解加工原理-+阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，阳极溶解速度也较快，加工时电流密度10～200A/cm2。10～20V两极之间间隙0.1～1mm，电解液流速5～50m/s1000～10000(20000)AAV0.5～2MPa电解液工具阴极工件阳极4.2.1电解加工原理-+阳极与阴极距离较近的地方通过的电122电解加工的加工过程工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极向工件慢慢进给，在很小的间隙内通以一定压力并高速流动的电解液，用以冲走电解产物。电解加工的加工过程工具与工件分别接电源的阴极和阳极。工具阴极123加工范围广不受材料硬度、强度限制，可加工复杂面形生产效率高是电火花加工的5~10倍加工表面质量好Ra值：1.25~0.2μm；加工精度：±0.1mm无机械力作用无残余应力、无变形及变质层、无飞边毛刺阴极工具理论上不损耗工具只发生氢气和沉淀而无溶解，理论上无损耗，使用寿命长电解加工的特点（优点）加工范围广电解加工的特点（优点）124电解加工的特点（缺点）加工稳定性差，达不到高精度要求工具设计、制造难机床体积大环境污染问题电解加工的特点（缺点）加工稳定性差，达不到高精度要求125电解加工的应用适用于难加工材料适用于复杂形状的零件适用于成批生产

由于电解加工的优点及缺点都很突出，选用电解加工应满足三个原则电解加工的应用适用于难加工材料由于电解加工的优点及缺点126选择电解加工的工艺原则选择电解加工的工艺原则127电解加工时的电极反应电解加工时电极间的反应很复杂：1）一般工件材料不是纯金属，而是多种元素的合金，金相组织不完全一致；2）电解液往往不是该金属的溶液，可能含有多种成分；3）电解液的浓度、温度、压力及流速等对电解过程有影响。电解加工时的电极反应电解加工时电极间的反应很复杂：128钢在NaCl水溶液中电解的电极反应电解液中存在四种离子NaCl→Na++Cl-H2O→H++OH-阳极可能的反应阴极可能的反应钢在NaCl水溶液中电解的电极反应电解液中存在四种离子NaC129阳极可能的反应Fe-2e→Fe+2U'=-0.59VFe-3e→Fe+3U'=-0.323V4OH--4e→O2↑

U'=0.867V2Cl--2e→Cl2↑

U'=1.334V阳极表面每个铁原子在外电源作用下放出两个或三个电子，成为正的二价或三价铁离子而溶解进入电解液中。（电极电位由能斯特公式算出）负的氢氧根离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氧气。负的氯离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氯气。阳极可能的反应Fe-2e→Fe+2130电极电位最负的物质将首先在阳极反应（电极反应基本原理）Fe-2e→Fe+24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3

↓黄褐色沉淀（铁锈）阳极产生的反应Fe+2+2OH-→Fe(OH)2

↓（氢氧化亚铁，墨绿色絮状物）电极电位最负的物质将首先在阳极反应（电极反应基本原理）Fe131阴极可能的反应2H++2e→H2↑U'=-0.42VNa++e→Na

↓

U'=-2.69V电极电位最正的粒子将首先在阴极反应(电极反应基本原理）2H++2e→H2↑阴极产生的反应

理想情况下，铁以Fe+2的形式被溶解，水被分解消耗。而电解液中的氯离子和钠离子起导电作用，本身并不消耗。所以NaCl电解液使用寿命长，只要过滤干净，适当加水，可长期使用。阴极可能的反应2H++2e→H2↑132合金钢的电解由于合金钢中各元素的电极电位不同→各点的溶解速度不同→Ra值变大随着钢中的含碳量的增加，Ra值增大。

原因：钢中存在Fe3C，其电极电位接近石墨的平衡电位（U=+0.37V）而难电解高碳钢、铸铁或经过表面渗炭后的零件

均不适用于电解加工合金钢的电解由于合金钢中各元素的电极电位不同→各点的溶解速度133电解加工过程中的电能利用两极间电压分布（平衡状态）UUcURUa+-UU：使阳极不断溶解的总能源，在两极间形成加工电流，使阳极达到较高的溶解速度。UR：电解液电阻形成的欧姆电压Ua：阳极压降；Uc：阴极压降U≥UR+Ua+UcUR=IRUa+Uc≈2~3V通过间隙的电流能否全部用于阳极溶解取决于阳极极化的程度（极间电流利用率）电解加工过程中的电能利用两极间电压分布（平衡状态）UUcUR134电解过程中的极间电流金属阳极电位＜溶液中所有阴离子的电极电位→只有金属溶解（电流效率接近100%)金属阳极电位＞有些阴离子的电极电位→这些阴离子也将参加反应（电流效率<100%)极化程度很高时：金属阳极电位＞溶液中所有阴离子的电极电位→金属不能溶解（电流效率=0%)极化程度很小时：电解过程中的极间电流金属阳极电位＜溶液中所有阴离子的电极电1354.2.2电解液及其特性1.电解液的作用2.

对电解液的要求3.

常用电解液4.

电解液参数对加工过程的影响5.

电解液的流动形式6.

电解液出水口的布局4.2.2电解液及其特性1.电解液的作用1361.电解液的作用作为导电介质，传递电流在电场作用下产生电化学反应排屑、散热1.电解液的作用作为导电介质，传递电流137有足够的蚀除速度

溶解度和电导率高；阴离子具有较正的标准电位，以免在阳极上产生析氧等副反应，降低电流效率。保证加工精度和表面质量

金属阳离子不沉积到阴极工具上，以免改变工具的形状及尺寸。电解液中所含阳离子必须具有较负的标准电位。最终产物为不溶性化合物

便于排屑(加工小孔或窄缝时，电解产物应溶于电解液，以免堵塞加工间隙)性能稳定、腐蚀性小2.对电解液的要求有足够的蚀除速度

溶解度和电导率高；阴离子具有较正的标准电位1383.常用电解液电解液的种类：中性：NaCl

（氯化钠），NaNO3（硝酸钠），NaClO3

（氯酸纳）酸性：HCl（氯化氢），HNO3（硝酸），H2SO4（硫酸）碱性：

NaOH（氢氧化钠），KOH（氢氧化钾）3.常用电解液电解液的种类：139NaCl（氯化钠）电解液NaCl电解液的特点：易溶解、电离度高→导电性好含有活化Cl-离子→钝化膜小适应面广、价廉杂散腐蚀严重，复制精度差NaCl（氯化钠）电解液NaCl电解液的特点：140

杂散腐蚀NaCl：由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐蚀NaNO3、NaClO3

：工件侧壁钝化，侧壁及内芯杂散腐蚀很小。NaCl加工结果NaNO3、NaClO3加工结果

在电解加工中，有些已加工部位或不需要加工部位也有电流的分布，这就意味着在这些部位也可能会出现材料去除，这种现象通常称为杂散腐蚀。杂散腐蚀NaCl：由于阴极侧面不绝缘，侧壁及内芯被杂散腐141

NaNO3（硝酸钠）电解液

属于钝化型电解液

加工区域：

利用超钝化区，加工速度快

非加工区域：

利用钝化区，起保护作用

钝化型电解液的应用

特点：

成型精度高，价格中（NaCl的1倍）有氨气析出，NaNO3被消耗电流效率低，生产率低Ulgi钢在NaNO3中的极化曲线电流密度阳极电位超钝化区钝化区正常溶解区ABCDENaNO3（硝酸钠）电解液属于钝化型电解液加工区域：142NaClO3（氯酸纳）电解液特性与NaNO3电解液相似溶解度高导电能力强价格贵（NaCl的5倍）强氧化剂（易燃）属于消耗性电解液：

Cl-离子↑，杂散损失↑NaClO3（氯酸纳）电解液特性与NaNO3电解液相似溶解143

三种电解液的-i曲线NaCl：属于线性电解液NaClO3

：属于非线性溶液NaNO3

：属于非线性溶液切断间隙：由于阳极钝化膜的作用，当加工间隙大于某临界间隙时，电流效率为零，称该临界间隙为切断间隙。切断电流密度：切断间隙下的电流密度i100%iaib电流密度电流效率三种电解液的-i曲线NaCl：属于线性电解液切断间隙：144特点种类NaCl电解液NaNO3电解液NaClO3电解液加工速度高低较高加工精度较低较高较高腐蚀性大较小较小成本低较高高安全性安全、无毒助燃（氧化剂）易燃（强氧化剂）应用范围精度要求不高的铁基、镍基合金有色金属、精度高的铁基、镍基合金电解扩孔、去毛刺三种电解液的性能对比特点种类NaCl电解液N145

改善电解液性能的方法

-加添加剂

NaNO3电解液+NaCl→生产率↑

电解液+络合剂、光亮剂→Ra↓

NaCl电解液+磷酸盐→散蚀↓成形精度↑

电解液+缓蚀添加剂→腐蚀↓改善电解液性能的方法

1464.电解液参数对加工过程的影响浓度↑导电率↑散蚀能力↑电解液的温度:温度↑,导电率↑,散蚀能力↑电解液的粘度粘度↑流动性↓不易排屑↑散热能力↓生产率↓加工效率↑加工质量↓电解液的浓度4.电解液参数对加工过程的影响浓度↑导电率↑散蚀能力↑电解147常用电解液的电导率[1/（cm）]电解液配方及电参数常用电解液的电导率[1/（cm）]电解液配方及电参1485.电解液的流速

加工过程中电解液必须具有足够的流速，把电解产物及热量带走（一般与为10m/s)

电流密度增大时，电解液的流速要相应增加，以便及时带走电解产物。调节电解液泵的出水压力可改变流速

5.电解液的流速加工过程中电解液必须具有足够的流速，把149正向流动

易于密封产物流过间隙，出口处加工精度和表面粗糙度差工具电极开口处留有凸起的残余尖锥

反向流动

结构复杂工件上同样会有残余尖锥外，其余与正向流动相反横向流动

结构简单

适用于较浅的型腔加工5.电解液的流动形式正向流动易于密封反向流动结构复杂横向流动结构简单5.1506.

电解液出水口的布局加工间隙内能否获得均匀的流场，与阴极出水口的布局有关要求：流场均匀、无死角×√×√6.电解液出水口的布局加工间隙内能否获得均匀的流场，与阴极1514.2.3电解加工的基本规律4.2.3.1基本概念4.2.3.2影响生产效率的因素4.2.3.3精度成形规律4.2.3.4影响表面质量的因素4.2.3电解加工的基本规律4.2.3.1基本概念1524.2.3.1基本概念生产率：单位时间内蚀除的金属量（g/min）法拉第电解定律：阳极金属去蚀量与电荷量（Q=It）成正比理论蚀除量：M=KQ=KIt

（g）

K---质量电化学当量[g/(A·h)]v=ωQ=ωIt

（mm3）

ω---体积电化学当量[mm3/(A·h)]K=ρωρ---密度[g/mm3]4.2.3.1基本概念153电流效率：

=实际蚀除量/理论蚀除量×100%实际蚀除量:m=M=KQ=KItv=V=Q=It电流效率：实际蚀除量:1544.2.3.2影响生产效率的因素金属的电化学当量电流密度电极间隙4.2.3.2影响生产效率的因素金属的电化学当量155m=M=KQ=KItv=V=Q=

It生产率=KI(or=I)K---质量电化学当量[g/(A·h)]---体积电化学当量[mm3/(A·h)]K=

---密度[g/mm3]金属的电化学当量对生产率的影响m=M=KQ=KIt金属的电化学当量对生产率的影响156通常铁和铁合金在NaCl电解液中的电流效率可按100%计算通常铁和铁合金在NaCl电解液中的电流效率可按100%计算157计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件，要求5min加工一个孔，中空电极的尺寸如图2所示。求：（1）加工电流为多少？（2）如加工电流为5000A，加工一个孔的时间为多少？计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件15813.5图2中空电极256413.52564图1零件图13.5图2中空电极256413.52564图1159计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件，要求5min加工一个孔，中空电极的尺寸如图2所示。求：（1）加工电流为多少？（2）如加工电流为5000A，加工一个孔的时间为多少？解：溶解去除的金属体积V=π(D2-d2)L/4=π(252-13.52)×64/4=22200mm3所需的电流大小：I=V/(ηωt)=22200/(1×133

×5/60)=2000Aω值：表4-5，碳钢ω=133mm3／Ah加工电流为5000A，加工一个孔的时间为t=V/(ηωI)=22200/(1×133×5000)=1/30h=2min计算题举例例题：采用NaCl电解液加工如图1所示的低碳钢零件160I=iA电流密度（i）对生产率的影响V=ItV=iAt生产中常用蚀除速度为：va=h/th:去除厚度;t:加工时间

蚀除体积：V=Ah=Avatva

=i电流密度越高，生产率越高。但过高将会出现火花放电，析出氧、氯等气体，并使电解液温度过高，在间隙内造成沸腾气化而引起短路。加工时平均电流密度为10～100A/cm2。UUcUaURh-+工件工具va蚀除过程I=iA电流密度（i）对生产率的影响V=ItV=iA161电极间隙对生产率的影响间隙电阻：R=/A—导电率（1／Ωmm）间隙中通过电流：

I=UR/R=URA/

电流密度：

i=I/A=UR/

va=i

UR=U-(Uc+Ua)≈U-2得

va=UR/

令C=UR得

va=C/（C为常数）

UUcUaURh-+工件工具va蚀除过程电极间隙对生产率的影响间隙电阻：R=/A间隙中通过电流：162

蚀除速度va与电极间隙成反比，双曲线关系。

当电解温度，浓度，电压等加工条件不同时，可得不同形状的双曲线。0:起始间隙对式va=UR/，经dt后，间隙将增加d，所以积分推导得蚀除速度va与电极间隙成反比，双曲线关系。

当电解163例题：温度30℃，质量分数为15%的NaCl电解液，对某一碳钢零件进行固定式阴极板扩孔，起始间隙为0.2mm（单边），电压12V。求：（1）加工开始时的蚀除速度;（2）间隙为1mm时的蚀除速度;（3）间隙由0.2mm扩到1mm需