电化学加工(Electrochemical Machiining 简称ECM).ppt

1、电子机械加工(ECM)包括两大类别：从工件去除金属的电解加工，以及将金属退出工件的电镀，以及涂层加工。第四章电化学加工，4.1电化学加工原理和分类4.2电解加工4.3电解磨削4.4电铸，涂层和复合加工，4.1电化学加工原理和分类，I .电化学加工的基本原理(I)。电化学加工的工艺图1说明了电化学加工的原理。两个金属铜(Cu)板锁定在与氯化铜(CuCl2)的水溶液相同的导电溶液中，其中水(H2O)被氢氧根负离子OH和氢正离子h分解，CuCl2被两个氯负离子2Cl和牙被铜正离子Cu2分离。为了创造通电的通道，两个铜连接到电，电流在电线和溶液中流动，在金属板(电极)和溶液的界面上有交换电子的反应，即

2、电化学反应。溶液中的离子移动方向，Cu2阳离子移动到阴极，在阴极上获得电子，经过还原反应，沉积铜。阳极表面的Cu原子失去电子，变成Cu2阳离子，进入溶液。溶液中正负离子的方向移动称为电荷移动。正负电极表面发生得电子的化学反应称为电化学反应。利用电化学反应原理加工金属的这种方法(图4-1中的阳极是电解蚀刻，阴极是电镀沉积，通常是提取纯铜的方法)是电化学加工。图4-1电解(电镀)溶液电化学反应，(b)电解质溶液电解质：溶于水后的导电物质。分为强电解质和弱电解质。电解质：电解质水溶液。溶液中正负负离子的电荷相同，因此整个溶液保持电的中性。(3)。在电解质溶液中，电极电位在活性金属表面有负电，在溶液中

3、有正电，形成双层。由于双电层的存在，金属及其盐溶液之间形成了电位，成为金属的电极电位。由于金属及其盐溶液内的溶解及沉积相平衡时的电位，也称为平衡电极电位。(4)电极的极化现象：电流流久了，电极的平衡状态被破坏，阳极的电极电位正向移动，阴极的电极电位负向移动。超电位：极化后极电位和平衡电位的差异。浓度极化电化学极化，(5)金属的钝化和活化钝化提高了金属阳极溶解过程的超电位，减慢了电解速度。激活：破坏金属膜的过程称为激活。2 .电化学加工分类1。电化学阳极熔炼炉处理：电解处理、电解抛光等；化学阴极沉积、涂层处理：电镀、涂层、电铸等；3.电化学加工与其他加工方法相结合的电化学合成加工：电解磨削等。表

4、4-1电化学加工分类，电解是汽车、拖拉机连杆等多种类型的锻造模具、航空、航天发动机的扭曲叶片、涡轮定子、转子的扭曲叶片、筒体管的螺旋“铰”(双线)、齿轮、液压机内部孔的电解去毛刺和扩孔、以及电镀，电铸可以复制复杂精密的表面。首先，电解工艺和特性电解加工(ECM)是利用金属进行电解质阳极溶解反应，去除工件多余材料，加工零件的方法。4.2电解加工，1- DC电源2-工具阴极3-工件阳极4-电解质泵5-电解质，加工时，工件按电源阳极(阳极)、特定形状要求制作的工具连接阴极(阴极)，工具电极慢慢输送工件，正极之间的小间隙(通常为0)在工件和工具之间施加一定的电压，阳极工件中的金属会逐渐被电腐蚀，电解产

5、物通过电解质输送，直到工件表面形成与工具表面几乎相似的形状。在图中，细垂直线表示在阳极(工件)和阴极(工具)之间通过的电流。垂直线的密度表示，在电流密度的大小加工开始时，工件阳极与刀具阴极形状不同，由于工件表面各点到刀具表面的距离不同，所以各点的电流密度不相等。两极接近阴极距离的地方，电流的密度高，电解质的流速高，阳极溶解的速度快，而较远的地方，电流的密度小，两极溶解的速度慢。由于刀具继续流入工件，工件表面的每个点以不同的溶解速度熔化，电解产物继续被电解质冲洗，直到工件表面基本形成与刀具表面相似的形状。)加工范围：材料本身的强度、硬度和韧性不受限制，难以切削的金属材料，如高强度、高硬度和高韧性

6、，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金、可加工刀片、花键孔、筒体腔、锻造模具等各种复杂的三维面和薄型此外，加工生产率不直接限制加工质量，因此通常适合批量零件加工。3)表面质量良好：没有切削力和切削热的效果，因此无需产生变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，即可达到低表面粗糙度(Ra1.250.2m)和约0.1mm的平均加工精度。电解微细加工钢的精度达1070m。容易变形或适合加工薄壁零件。4)加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。工具阴极材料本身不参与电极反应，其表面仅产生氢发生反应，而工具材料是腐蚀性好的不锈钢或黄铜等，因为除了火花短路等特殊情况外，工具阴极基本上没有损

7、失。电解加工特性，加工精度高，加工稳定性不容易实现。原因：影响间隙电场和流场稳定性的参数很多，难以控制。阴极设计制造困难，难以保证准确性。配件，占地面积大，具有足够的刚性和防腐性能的机床。高成本，一次性投资。电极工具的设计校正比较麻烦，不适合单生产。电解质要妥善处理。电解加工缺点和局限性，电解加工的优点和缺点都很突出，关于正确选择电解加工过程，我们专家提出了三个原则。适合加工难加工材料的比较复杂的零件的加工是适合大规模的其他加工。同时，如果满意，可以考虑电解加工。第二，电极反应，阳极，电极电位的最负搁板响应。阴极中电极电位的最积极的第一反应。在NaCl水溶液中电解加工的钢的电极反应，阳极反应F

8、e2e Fe 2 E0=-0.59v fe3e Fe 3 E0=-0.323v 4oh-4e O2 H2O E0=0.867v 2 cl-2e Cl2 E0=1.334v但是产生三价铁离子和气体是不可能的。Fe 2 2OH- Fe(OH)2(墨水绿色絮)为4fe (oh) 2 2h2o2 4fe (oh) 3(黄褐色沉淀)，阴极反应为2h 2e h2e因此，阴极中只能析出氢，钠不能沉淀。电解加工过程中水的分解消费使电解质的浓度越来越大。电解质的Cl-和Na只起到导电的作用，本身不会消耗，因此NaCl电解质的情况是，过滤后适当添加水分，可以长期使用。工具也可以长期使用。第三，正确选择电解质、电解

9、质的方法很重要。否则得不到满意的加工结果，有时制造会保密。(a)电解质作用：在电场作用下介质传递电流的化学反应，阳极溶解带毛坯，散热，冷却，电解质的要求：具有足够的侵蚀速度，即高生产率。具有较高的加工精度和表面质量。阳极反应是全方位化合物。(b)电解质分类：电解质可分为中性盐溶液、酸性溶液和碱性溶液三类。中性盐溶液应用最普遍，因为腐蚀性小，使用安全。最常用的是NaCl、NaNO3和NaClO3的电解质。NaCl:高生产力、低成本、安全、低处理精度。纳米3:生产力低，成本高，处理精度高。NaClO3:生产力前两者中，成本高，安全性低。电解质中使用添加剂可以提高电解质的性能。(c)电解质参数影响加

10、工过程中的电解质浓度、温度、PH值和粘度。浓度越大，温度越高，导电性越高，腐蚀性越强。电解质温度受夹具、绝缘材料等限制，一般不超过60摄氏度。电解质质量分数及温度变化影响加工精度的稳定性。电解质粘度影响间隙的电解质流动特性。(4)电解质的流速和流向电解质的流速必须足以冲洗电解产物，夺取热量。有正向流、反向流和横向流。(5)电解质排气口的布置出口水的流动和出水口的布置影响处理效果。第四，电解加工的基本工艺规律，电解加工率：单位时间去除金属的量。影响因素：工件材料的电化学等效电流密度电解质其他参数，(a)生产率及其影响因素，()电化学当量对生产率影响的电化学当量越大，生产率越高。实际电蚀量是，电流

11、密度对生产率影响较大的电流密度更高，但随着电流密度的增加，电压也更高，因此必须在破裂状态下加工间隙、引起火花放电或产生部分短路。()加工间隙对生产率的影响加工间隙越小，电解质的电阻越小，电流密度越高，侵蚀速度越高。但是，间隙太小会导致火花放电或间隙通道中电解质的流动受阻，腐蚀物无法清除，导致部分短路，从而降低生产力，因此，间隙大的话，电解质的流速和压力要高。此外，电源电压、电解质类型、工件材料的化学成分和组织结构都影响生产率。(b)。精密成形规则1面平衡间隔2垂直平衡间隔3面平衡间隔4平衡间隔理论的应用影响5加工间隙的其他因素：电流效率、刀具形状、电解质流动、电源电压波动、1面平衡间隔：垂直输

12、送方向，加工过程达到稳定阴极端面和工件之间的间距。2如果垂直平衡间隙操作的端面和进给方向不垂直，则结束垂直方向上的间隙可能显示为，可见垂直间隙大于结束平衡间隙。3面平衡间隙，4平衡间隙理论的应用1)加工过程中各种电极间隙计算2)设计电极时阴极大小和修改量计算3)处理精度分析4)选择处理参数。(c)。表面质量影响表面质量的主要因素1)工件材料的合金成分、金相和热处理状态对表面粗糙度有很大影响。2)工艺参数对表面质量有很大影响。3)阴极表面质量。第五，提高加工精度的主要措施包括：()脉冲电流电解处理()小间隙电解处理()改善电解质()混合气体电解处理()，6 .电解加工设备、电解的基本设备由直流电

13、源、机床和电解质系统三部分组成。1)直流电源电解处理常用的直流电源是硅整流电源和晶闸管整流电源。表直流电源特性及应用，2)机床需要足够的刚度；要保证输送系统的稳定性，必须有好的防腐措施和安全措施。电解加工机主要利用伺服电极或直流电极无级调速系统实现自动控制。3)电解质系统由泵、电解质罐、过滤装置、管道和阀门组成。1加工深孔扩孔深直径大于5的深孔，使用传统切削方法加工的刀具磨损严重，表面质量差，加工效率低。目前，电解法加工42000mm、1008000mm深孔，具有高加工精度、低表面粗糙度和高生产率。电解加工深孔的工具阴极的运动可分为固定式和移动式。7，电解加工技术及其应用，2型孔加工，将电解加

14、工用于复杂、尺寸小的四重奏、6字、椭圆等孔，可以提高生产效率和产品质量。阴极侧绝缘，以避免端面转移法锥化。3 .型腔加工用于锻造模具。加工复杂型腔时，可以在阴极反应中打开液孔或增液缝，均匀电解质的流场，防止短路烧伤。4 .套头衫加工用于加工相同截面的宽形孔或等截面薄零件毛坯。5叶片加工涡轮发动机、增压器、涡轮等叶片、叶片体形状更加复杂，要求精度高，加工批量大，加工难，生产效率低，加工周期长，电解加工对叶片材料的硬度和韧性没有限制，可以通过一次行程加工复杂的叶片体表面，生产效率高，表面粗糙度小。如图所示。叶轮的叶片使用拉环法逐个加工。加工一个刀片，然后退出阴极，在分度后加工下一个刀片。电解加工前

15、，加工刀片经过精密锻造、加工、抛光后嵌入叶轮轮缘口袋焊接，加工量大，周期长，质量难以保证。电解加工整个叶轮后，加工叶轮后，立即在车轮坯料上加工叶片，加工周期大大缩短，叶轮强度高，质量好。6电解去毛刺加工中去毛刺的工作量很大。尤其是去除坚硬而耐用的金属毛刺需要大量人力。电解去毛刺可以大大提高工作效率。左图是齿轮的电解去毛刺装置。工件齿轮固定在绝缘柱上，环电极工具由绝缘柱放置在齿轮上，保持约35mm的间隔(取决于毛刺大小)，电解质将阴极和齿轮端面齿面之间的阴极和工件传递20 v以上的电压(电压高的空间可能更大)，可以去除毛刺约一分钟。电解压印，阴极(见图)，工件耦合阳极，保持大约0.1毫米的电解间

16、隙，中间注入少量钝化电解质，在大约l 12s的时间内完成工件表面的文字工作。可以在金属表面刻黑色标记，也可以在经过蓝色处理的表面刻白色标记。改变电解质成分，适当延长放电时间，就能在工件表面压印出花纹。7 .电解压印，8。电解抛光只是利用电解质中金属的电化学阳极溶解来腐蚀和抛光工件表面的表面光洁度方法，改善工件的表面粗糙度以及物理和机械特性，不调整工件的形状和大小。复合电解磨削是电解作用与机械磨削相结合加工的复合加工。首先，复合电解磨削的基本原理复合电解磨削中使用的阴极工具是具有磨料颗粒的导电砂轮。在电解磨削过程中，金属主要被电化学作用腐蚀，导电砂轮起到电解产物阳极钝化膜和工件表面平整的作用。4.3电解磨削，导电轮1直流电源阴极和连接加工的工件2(硬质合金车削刀具)在一定压力下与导电砂轮接触，在电解质3的加工区域、电解和机械磨削的双重作用下，车削刀具的后刀面快速抛光。电解磨削电路图，电流从工件3通过电解质5流入砂轮。因此，工件(阳极)表面的金属在电流和电解质的作用下发生电解(电化学