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1、電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)第四章第四章 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 電化學(xué)加工(電化學(xué)加工(Electrochemical Electrochemical Machining Machining 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ECMECM)包括從工件上去除金)包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類。涂覆加工兩大類。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4.1 4.1 電化學(xué)加工的原理與分類電化學(xué)加工的原理與分類 一一. 電化學(xué)加工的原理電化學(xué)加工的原理 1.電化學(xué)加工過(guò)程電化學(xué)加工過(guò)程 圖圖4-1 電解液中的電化學(xué)反應(yīng)電解液

2、中的電化學(xué)反應(yīng)ieei211陽(yáng)極;2陰極OHClHCu2電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2.電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液 凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫做凡溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)叫做電解質(zhì)電解質(zhì);如鹽酸;如鹽酸(HCl)、硫酸硫酸(H2SO4)、氫氧化鈉、氫氧化鈉(NaOH)、食鹽、食鹽(NaCl)、硝酸鈉、硝酸鈉(NaNO3)、氯酸鈉、氯酸鈉(NaClO3)等酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。等酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。 電解質(zhì)與水形成的溶液為電解質(zhì)溶液,簡(jiǎn)稱為電解質(zhì)與水形成的溶液為電解質(zhì)溶液,簡(jiǎn)稱為電解液電解液。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)3.電極電位電極電位電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 當(dāng)離子質(zhì)

3、量濃度改變時(shí),電極電位也隨著改變,可用“能斯特公式”換算,下式是在25時(shí)的簡(jiǎn)化式 lg059. 00nUUlg059. 00nUU式中式中 平衡電極電位差(平衡電極電位差(V);); 標(biāo)準(zhǔn)電極電位差(標(biāo)準(zhǔn)電極電位差(V);); n 電極得失電子數(shù),即離子價(jià)數(shù);電極得失電子數(shù),即離子價(jià)數(shù); 離子的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù);離子的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù); “+”用于計(jì)算金屬,用于計(jì)算金屬,“-”用于計(jì)算非金屬的電極電位。用于計(jì)算非金屬的電極電位。 U0U電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4.電極的極化電極的極化 以上討論的平衡電極電位是沒(méi)有電流通過(guò)電極時(shí)的情況,當(dāng)有電流通過(guò)時(shí),電極的平衡狀態(tài)遭到破壞,使陽(yáng)極的電極電位向正移(

4、代數(shù)值增大)、陰極的電極電位向負(fù)移(代數(shù)值減小),這種現(xiàn)象稱為極化極化,如圖45所示。極化后的電極電位與平衡電位的差值稱為超電位超電位,隨著電流密度的增加,超電位也增加。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(1)濃差極化 在陽(yáng)極過(guò)程中,金屬不斷溶解的條件之一是生成的金屬離子需要越過(guò)雙電層,再向外遷移并擴(kuò)散。然而擴(kuò)散與遷移的速度是有一定限度的,在外電場(chǎng)的作用下,如果陽(yáng)極表面液層中金屬離子的擴(kuò)散與遷移速度較慢,來(lái)不及擴(kuò)散到溶液中去,使陽(yáng)極表面造成金屬離子堆積,引起了電位值增大(即陽(yáng)極電位向正移),這就是濃差極化濃差極化。 (2)電化學(xué)極化 電化學(xué)極化主要發(fā)生在陰極上,從電源流入的電子來(lái)不及轉(zhuǎn)移給電解液中

5、的H+離子而在陰極上積累過(guò)多的電子,使陰極電位向負(fù)移,從而形成了電化學(xué)極化電化學(xué)極化。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)5.金屬的鈍化和活化金屬的鈍化和活化 金屬在某些電解液中電解時(shí),當(dāng)電流密度增加到一定值后,金屬的溶解速度在大電流密度下維持一段時(shí)間后反而急劇下降,使鐵成穩(wěn)定狀態(tài)不再溶解。電解過(guò)程中的這種現(xiàn)象稱陽(yáng)極鈍化(電化學(xué)鈍化),簡(jiǎn)稱鈍化。鈍化原因:成相理論成相理論和吸附理論吸附理論 。 成相理論成相理論認(rèn)為,金屬與溶液作用后在金屬表面上形成了一層緊密的極薄的膜,通常是由氧化物、氫氧化物或鹽組成,從而使金屬表面失去了原來(lái)具有的活潑性質(zhì),使溶解過(guò)程減慢。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)吸附理論吸附理論

6、認(rèn)為,金屬的鈍化是由于金屬表面形成了氧的吸附層引起的。它可以是氧原子、氧離子、氫氧根離子等。 活化的方法:活化的方法: 1)把溶液加熱; 2)通入還原性氣體或加入某些活性離子等等; 3)采用機(jī)械辦法破壞鈍化膜; 4)電源反接 。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)二二. 電化學(xué)加工的分類電化學(xué)加工的分類電化學(xué)加工有三種不同的類型。電化學(xué)加工有三種不同的類型。第第類類是利用電化學(xué)是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陽(yáng)極溶解來(lái)進(jìn)行加工,主要有電解加工和反應(yīng)過(guò)程中的陽(yáng)極溶解來(lái)進(jìn)行加工,主要有電解加工和電化學(xué)拋光等;電化學(xué)拋光等;第第類類是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陰極是利用電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的陰極沉積來(lái)進(jìn)行加工,主要有電鍍

7、、電鑄等;沉積來(lái)進(jìn)行加工,主要有電鍍、電鑄等;第第 類類是利用是利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工,目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加藝進(jìn)行加工,目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加工工(其中還含有電火花放電作用其中還含有電火花放電作用)。電化學(xué)加工的類別如表。電化學(xué)加工的類別如表1所示。所示。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)表表1 電化學(xué)加工分類電化學(xué)加工分類電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)三三. 電化學(xué)加工的適用范圍電化學(xué)加工的適用范圍電化學(xué)加工的適用范圍,因電解和電鍍兩大類工藝的電化學(xué)加工的適用范圍,因電解和電鍍兩大類

8、工藝的不同而不同。不同而不同。電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件,例如汽車、電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件,例如汽車、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模,航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的扭曲葉拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模,航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的扭曲葉片,汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片,齒輪、液壓件內(nèi)孔的片,汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片,齒輪、液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4.2 4.2 電解加工電解加工 電解加工(電解加工(ECM)是繼電火花加工之后發(fā)展較快、應(yīng))是繼電火花加工之后發(fā)展較快、應(yīng)用

9、較廣泛的一項(xiàng)新工藝,目前在國(guó)內(nèi)外已成功地應(yīng)用于用較廣泛的一項(xiàng)新工藝,目前在國(guó)內(nèi)外已成功地應(yīng)用于槍炮、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等的制造工業(yè),在汽車、拖拉槍炮、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等的制造工業(yè),在汽車、拖拉機(jī)、采礦機(jī)械的模具制造中也得到了應(yīng)用,故在機(jī)械制機(jī)、采礦機(jī)械的模具制造中也得到了應(yīng)用,故在機(jī)械制造業(yè)中,已成為一種不可缺少的工藝方法。造業(yè)中,已成為一種不可缺少的工藝方法。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)一、電解加工過(guò)程及其特點(diǎn)一、電解加工過(guò)程及其特點(diǎn) 1 1概念概念 電解加工是利用金屬在電解液中的電解加工是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解電化學(xué)陽(yáng)極溶解原原理并借助于成型的陰極,將工件按一定的形狀和尺寸加理

10、并借助于成型的陰極,將工件按一定的形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法。工成型的一種工藝方法。 隨著工件表面金屬材料的不斷溶解,工具陰極不斷地隨著工件表面金屬材料的不斷溶解,工具陰極不斷地向工件進(jìn)給,溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走,工向工件進(jìn)給,溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走,工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀,如此件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀,如此下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)圖圖4-2 電解加工原理圖電解加工原理圖12345VA1直流電源;2工具電極;3工件陽(yáng)極;4電解液泵;5電解液電化學(xué)加工技術(shù)電化

11、學(xué)加工技術(shù)2 2應(yīng)具備的工藝條件:應(yīng)具備的工藝條件:(1)工件陽(yáng)極和工具陰極間保持很小的間隙,一般在)工件陽(yáng)極和工具陰極間保持很小的間隙,一般在0.11mm范圍內(nèi);范圍內(nèi);(2)電解液從加工間隙中不斷高速()電解液從加工間隙中不斷高速(550m/s)流過(guò)(通)流過(guò)(通常取常取630m/s),且間隙具有一定壓力(),且間隙具有一定壓力(0.52MPa);); (3)工件陽(yáng)極和工具陰極分別和直流電源()工件陽(yáng)極和工具陰極分別和直流電源(1024V)連)連接。接。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 3 3電解加工成型原理電解加工成型原理 電解加工成型原理如圖電解加工成型原理如圖4-7所示,圖中的細(xì)豎線表

12、示通所示,圖中的細(xì)豎線表示通過(guò)陰極(工具)與陽(yáng)極(工件)間的電流,豎線的疏密過(guò)陰極(工具)與陽(yáng)極(工件)間的電流,豎線的疏密程度表示電流密度的大小。在加工剛開始時(shí),陰極與陽(yáng)程度表示電流密度的大小。在加工剛開始時(shí),陰極與陽(yáng)極距離較近的地方通過(guò)的電流密度較大,電解液的流速極距離較近的地方通過(guò)的電流密度較大,電解液的流速也常較高,陽(yáng)極溶解速度也就較快,見圖也常較高,陽(yáng)極溶解速度也就較快,見圖4-7a。由于工。由于工具相對(duì)工件不斷進(jìn)給,工件表面就不斷被電解,電解產(chǎn)具相對(duì)工件不斷進(jìn)給,工件表面就不斷被電解,電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走,直至工件表面形成與陰極工作面物不斷被電解液沖走,直至工件表面形成與陰極工

13、作面基本相似的形狀為止,如圖基本相似的形狀為止,如圖4-7b所示。所示。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)圖圖4-2 電解加工成型原理電解加工成型原理電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 4 4電解加工特點(diǎn)電解加工特點(diǎn)電解加工與其他加工方法相比較,具有下述特點(diǎn):電解加工與其他加工方法相比較,具有下述特點(diǎn):1)加工范圍廣,不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制,可以加)加工范圍廣,不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制,可以加工硬質(zhì)合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等高硬度、高強(qiáng)工硬質(zhì)合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等高硬度、高強(qiáng)度及韌性金屬材料,并可加工葉片、鍛模等各種復(fù)雜型面。度及韌性金屬材料,并可加工葉片、鍛模等各種復(fù)雜型

14、面。2)電解加工的生產(chǎn)率較高,約為電火花加工的)電解加工的生產(chǎn)率較高,約為電火花加工的5-10倍,在某倍,在某些情況下,比切削加工的生產(chǎn)率還高,且加工生產(chǎn)率不直些情況下,比切削加工的生產(chǎn)率還高,且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。接受加工精度和表面粗糙度的限制。3)加工表面質(zhì)量好。一般表面粗糙度為)加工表面質(zhì)量好。一般表面粗糙度為Ra1.250.2m。4)加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形,沒(méi)有飛邊毛刺。)加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形,沒(méi)有飛邊毛刺。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)5)工具電極無(wú)損耗。加工過(guò)程中陰極工具在理論上不會(huì)耗損,)工具電極無(wú)損耗。加工過(guò)程中陰極工具在理論上不會(huì)

15、耗損,可長(zhǎng)期使用??砷L(zhǎng)期使用。電解加工的主要弱點(diǎn)和局限性為:電解加工的主要弱點(diǎn)和局限性為:1)不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。)不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。2)電極工具的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩,因而很難適用于單件生)電極工具的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩,因而很難適用于單件生產(chǎn)。產(chǎn)。3)電解加工的附屬設(shè)備較多,占地面積較大,機(jī)床要有足夠)電解加工的附屬設(shè)備較多,占地面積較大,機(jī)床要有足夠的剛性和防腐性能高。對(duì)電解加工而言,一次性投資較大。的剛性和防腐性能高。對(duì)電解加工而言,一次性投資較大。4)電解產(chǎn)物需進(jìn)行三廢處理,防止污染環(huán)境。)電解產(chǎn)物需進(jìn)行三廢處理,防止污染環(huán)境。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工

16、技術(shù)二、電解加工時(shí)的電極反應(yīng)二、電解加工時(shí)的電極反應(yīng) 電解加工時(shí)電極間的反應(yīng)是相當(dāng)復(fù)雜的,這主要是一般電解加工時(shí)電極間的反應(yīng)是相當(dāng)復(fù)雜的,這主要是一般工件材料不是純金屬,而是多種金屬元素的合金,其金相工件材料不是純金屬,而是多種金屬元素的合金,其金相組織也不完全一致。所用的電解液往往也不是該金屬鹽的組織也不完全一致。所用的電解液往往也不是該金屬鹽的溶液,而且還可能含有多種成分。電解液的濃度、溫度、溶液,而且還可能含有多種成分。電解液的濃度、溫度、壓力及流速等對(duì)電極過(guò)程也有影響,現(xiàn)以在壓力及流速等對(duì)電極過(guò)程也有影響,現(xiàn)以在NaCl水溶液中水溶液中電解加工鐵基合金為例分析電極反應(yīng)。電解加工鐵基合金

17、為例分析電極反應(yīng)。 在在NaCl電解液中存在著電解液中存在著H+、OH-、Na+、Cl-四種離子,四種離子,現(xiàn)分別討論其陽(yáng)極反應(yīng)及陰極反應(yīng)?,F(xiàn)分別討論其陽(yáng)極反應(yīng)及陰極反應(yīng)。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)22eeFeFVU44. 0033eeFeFVU036. 00OHOeOH22244VU401. 00222CleClVU3583. 10(1)陽(yáng)極可能的電化學(xué)反應(yīng) 根據(jù)電極反應(yīng)過(guò)程的基本原理,電極電位最負(fù)的物質(zhì)將首先在陽(yáng)極反應(yīng)。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)22)(2OHFOHFee3222)(42)(4OHFOOHOHFee22HeH00UNaeNaVU713. 2

18、0 按照電極反應(yīng)的基本原理,電極電位最正的粒子將首先在陰極反應(yīng)。(2)陰極可能的電極反應(yīng)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)三、電解加工設(shè)備三、電解加工設(shè)備電解加工的基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系電解加工的基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分。統(tǒng)三大部分。1、 直流電源直流電源電解加工常用的直流電源為電解加工常用的直流電源為硅整流電源硅整流電源和和晶閘管整流晶閘管整流電源電源,其主要特點(diǎn)及應(yīng)用見表,其主要特點(diǎn)及應(yīng)用見表2。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)表表2 直流電源的特點(diǎn)及應(yīng)用直流電源的特點(diǎn)及應(yīng)用分 類 特 點(diǎn) 應(yīng)用場(chǎng)合 硅整流電源 1可靠性、穩(wěn)定性好; 2調(diào)節(jié)靈敏度較低; 3穩(wěn)壓精度

19、不高 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)占一定比例 晶閘管電源 1靈敏度高,穩(wěn)壓精度高; 2效率高,節(jié)省金屬材料; 3穩(wěn)定性、可靠性較差 國(guó)外生產(chǎn)中普遍采用, 也占相當(dāng)比例 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2、 機(jī)床機(jī)床電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具、工件和陰極工具,電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具、工件和陰極工具,并實(shí)現(xiàn)其相對(duì)運(yùn)動(dòng),傳送電和電解液。它與一般金屬切削并實(shí)現(xiàn)其相對(duì)運(yùn)動(dòng),傳送電和電解液。它與一般金屬切削機(jī)床相比,有其特殊要求:機(jī)床相比,有其特殊要求: (1)有足夠的剛性)有足夠的剛性 (2)穩(wěn)定的進(jìn)給速度)穩(wěn)定的進(jìn)給速度 (3)防腐絕緣與好的安全措施)防腐絕緣與好的安全措施電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)3、 電解液

20、系統(tǒng)電解液系統(tǒng)(1)電解液的主要作用)電解液的主要作用 在電解加工過(guò)程中,電解液不僅作為在電解加工過(guò)程中,電解液不僅作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流,而且而且在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),使陽(yáng)極溶解能順利而在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),使陽(yáng)極溶解能順利而有效地進(jìn)行有效地進(jìn)行,這一點(diǎn)與電火花加工的工作液的作用是不同,這一點(diǎn)與電火花加工的工作液的作用是不同的。同時(shí)電解液也擔(dān)負(fù)著的。同時(shí)電解液也擔(dān)負(fù)著及時(shí)把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)及時(shí)把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物和熱量帶走的任務(wù),起到更新和冷卻的作用物和熱量帶走的任務(wù),起到更新和冷卻的作用。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(2)對(duì)電解液的基本要求)對(duì)電解液的

21、基本要求 1)應(yīng)是)應(yīng)是強(qiáng)電解質(zhì)強(qiáng)電解質(zhì),即生產(chǎn)率要高,這就要求電解質(zhì)在溶液,即生產(chǎn)率要高,這就要求電解質(zhì)在溶液中有較高的溶解度和離解度,具有很高的電導(dǎo)率。例如中有較高的溶解度和離解度,具有很高的電導(dǎo)率。例如NaCl水溶液中水溶液中NaCl幾乎能完全離解為幾乎能完全離解為Na+、C1-離子,并離子,并與水的與水的H+、OH-離子能共存。離子能共存。 2)在工件陽(yáng)極上應(yīng))在工件陽(yáng)極上應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行金屬離子的陽(yáng)極溶解優(yōu)先進(jìn)行金屬離子的陽(yáng)極溶解,電解液,電解液中所含的陰離子應(yīng)具有較正的標(biāo)準(zhǔn)電位,如中所含的陰離子應(yīng)具有較正的標(biāo)準(zhǔn)電位,如Cl-等,以免在等,以免在陽(yáng)極上產(chǎn)生析氧等副反應(yīng),降低電流效率。陽(yáng)極上

22、產(chǎn)生析氧等副反應(yīng),降低電流效率。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 3)電解液中的)電解液中的金屬陽(yáng)離子不應(yīng)在陰極上產(chǎn)生放電反應(yīng)而沉金屬陽(yáng)離子不應(yīng)在陰極上產(chǎn)生放電反應(yīng)而沉積到陰極工具上積到陰極工具上,以免改變工具的形狀及尺寸。因此,在,以免改變工具的形狀及尺寸。因此,在選用的電解液中所含金屬陽(yáng)離子必須具有較負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極選用的電解液中所含金屬陽(yáng)離子必須具有較負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,如電位,如Na+、K+等。等。 4)陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是)陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化合物不溶性的化合物,以便于凈化,以便于凈化處理。處理。 5)粘度要盡可能的低粘度要盡可能的低,以加快熱量和產(chǎn)物的排出。,以加快熱量和產(chǎn)物的

23、排出。 6)電解液成分在加工中不消耗電解液成分在加工中不消耗,以保證電解液的長(zhǎng)期使用。,以保證電解液的長(zhǎng)期使用。 7)對(duì)設(shè)備的腐蝕性小對(duì)設(shè)備的腐蝕性小,對(duì)人體無(wú)害,價(jià)格便宜等。,對(duì)人體無(wú)害,價(jià)格便宜等。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(3)電解液的特性)電解液的特性雜散腐蝕性、電流效率曲線、非線性性雜散腐蝕性、電流效率曲線、非線性性 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4三種常用電解液性能三種常用電解液性能 電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類。其中中性鹽溶液的腐蝕性較小,使用時(shí)較為安全,故應(yīng)用類。其中中性鹽溶

24、液的腐蝕性較小,使用時(shí)較為安全,故應(yīng)用最廣。常用的電解液有最廣。常用的電解液有NaCl、NaNO3、NaClO3 三種。三種。 (1)NaCl 電解液價(jià)廉易得,對(duì)大多數(shù)金屬而言,其電流效電解液價(jià)廉易得,對(duì)大多數(shù)金屬而言,其電流效率均很高,加工過(guò)程中損耗小并可在低濃度下使用,應(yīng)用很廣。率均很高,加工過(guò)程中損耗小并可在低濃度下使用,應(yīng)用很廣。其缺點(diǎn)是電解能力強(qiáng),散腐蝕能力強(qiáng),使得離陰極工具較遠(yuǎn)的其缺點(diǎn)是電解能力強(qiáng),散腐蝕能力強(qiáng),使得離陰極工具較遠(yuǎn)的工件表面也被電解,成型精度難于控制,復(fù)制精度差;對(duì)機(jī)床工件表面也被電解,成型精度難于控制,復(fù)制精度差;對(duì)機(jī)床設(shè)備腐蝕性大,故適用于加工速度快而精度要求不

25、高的工件加設(shè)備腐蝕性大,故適用于加工速度快而精度要求不高的工件加工。工。 常用的電解液溫度為常用的電解液溫度為2535,但加工鈦合金時(shí),必須在,但加工鈦合金時(shí),必須在40以上。以上。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) (2)NaNO3電解液是一種鈍化型電解液,在濃度低于電解液是一種鈍化型電解液,在濃度低于30%時(shí),時(shí),對(duì)設(shè)備、機(jī)床腐蝕性很小,使用安全,成型精度比較高,價(jià)格對(duì)設(shè)備、機(jī)床腐蝕性很小,使用安全,成型精度比較高,價(jià)格也不高。但生產(chǎn)效率低,需較大電源功率,加工時(shí)在陰極有氨也不高。但生產(chǎn)效率低,需較大電源功率,加工時(shí)在陰極有氨氣析出,氣析出, NaNO3 會(huì)被消耗。會(huì)被消耗。 (3)NaClO3

26、電解液的散蝕能力小,故加工精度高,對(duì)機(jī)床、電解液的散蝕能力小,故加工精度高,對(duì)機(jī)床、設(shè)備等的腐蝕很小,廣泛地應(yīng)用于高精度零件的成型加工。然設(shè)備等的腐蝕很小,廣泛地應(yīng)用于高精度零件的成型加工。然而,價(jià)格較貴,且而,價(jià)格較貴,且NaClO3是一種強(qiáng)氧化劑,雖不自燃,但遇是一種強(qiáng)氧化劑,雖不自燃,但遇熱分解的氧氣能助燃,因此使用時(shí)要注意防火安全。熱分解的氧氣能助燃,因此使用時(shí)要注意防火安全。 由于使用過(guò)程中,由于使用過(guò)程中, NaClO3電解液中的電解液中的ClO3離子不斷增加,離子不斷增加,電解液消耗,且電解液消耗,且ClO3離子增加后雜散腐蝕作用增加,故在加離子增加后雜散腐蝕作用增加,故在加工過(guò)

27、程中要注意工過(guò)程中要注意ClO3離子質(zhì)量濃度的變化。離子質(zhì)量濃度的變化。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)5電解液中加添加劑及復(fù)合電解液電解液中加添加劑及復(fù)合電解液 幾種常用電解液都有一定缺點(diǎn),為此,在電解液中使用添加幾種常用電解液都有一定缺點(diǎn),為此,在電解液中使用添加劑是改善其性能的重要途徑。劑是改善其性能的重要途徑。 例如,為了減少例如,為了減少NaCl電解液的散蝕能力,可加入少量磷酸電解液的散蝕能力,可加入少量磷酸鹽等,使陽(yáng)極表面產(chǎn)生鈍化性抑制膜,以提高成型情度。鹽等,使陽(yáng)極表面產(chǎn)生鈍化性抑制膜,以提高成型情度。NaNO3電解液雖有成形精度高的優(yōu)點(diǎn),但其生產(chǎn)率低,可添加電解液雖有成形精度高的優(yōu)

28、點(diǎn),但其生產(chǎn)率低,可添加少量少量NaCl,使其加工精度及生產(chǎn)率均較高。為改善加工表面質(zhì),使其加工精度及生產(chǎn)率均較高。為改善加工表面質(zhì)量,可添加絡(luò)合劑、光亮劑等。如添加少量量,可添加絡(luò)合劑、光亮劑等。如添加少量NaF,可改善表面,可改善表面粗糙度。為減輕電解液的腐蝕性,用緩蝕添加劑等。粗糙度。為減輕電解液的腐蝕性,用緩蝕添加劑等。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)6電解液的流速及流向電解液的流速及流向 加工過(guò)程中電解液必須具有足夠的流速,以便把氫加工過(guò)程中電解液必須具有足夠的流速,以便把氫氣、金屬氫氧化物等電解產(chǎn)物沖走,把加工區(qū)的大量氣、金屬氫氧化物等電解產(chǎn)物沖走,把加工區(qū)的大量熱量帶走。電解液的流速

29、一般約在熱量帶走。電解液的流速一般約在10m/s左右,電流左右,電流密度增大時(shí),流速要相應(yīng)增加。流速的改變是靠調(diào)節(jié)密度增大時(shí),流速要相應(yīng)增加。流速的改變是靠調(diào)節(jié)電解液泵的出水壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電解液泵的出水壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 電解液的流向一般有如圖電解液的流向一般有如圖4-13所示三種情況。所示三種情況。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)7電解液出水口的布局電解液出水口的布局 圖圖4-14a會(huì)出現(xiàn)流線分布不到的死水區(qū)(圖中以十會(huì)出現(xiàn)流線分布不到的死水區(qū)(圖中以十號(hào)表示),該處沒(méi)有或很少有電解液通過(guò),工件的溶號(hào)表示),該處沒(méi)有或很少有電解液通過(guò),工件的溶解速度將低于其它部位,加工

30、時(shí)就容易產(chǎn)生火花或短解速度將低于其它部位,加工時(shí)就容易產(chǎn)生火花或短路。如按圖路。如按圖4-14b那樣適當(dāng)修改出液槽的形狀,就可糾那樣適當(dāng)修改出液槽的形狀,就可糾正這一缺點(diǎn)。當(dāng)電解液作反向流動(dòng)時(shí),不易產(chǎn)生缺乏正這一缺點(diǎn)。當(dāng)電解液作反向流動(dòng)時(shí),不易產(chǎn)生缺乏流體的死水區(qū)。流體的死水區(qū)。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)四、電解加工的基本規(guī)律四、電解加工的基本規(guī)律 1 1法拉第定律法拉第定律法拉第定律包含兩項(xiàng)內(nèi)容:法拉第定律包含兩項(xiàng)內(nèi)容:(1 1)在電極的兩相界面處發(fā)生)在電極的兩相界面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過(guò)與通過(guò)的的電量

31、電量成正比。即法拉第第一定律。成正比。即法拉第第一定律。(2 2)在電極上溶解或析出)在電極上溶解或析出一克當(dāng)量的任何物質(zhì)一克當(dāng)量的任何物質(zhì)所需的所需的電量電量是是一樣的,與物質(zhì)的本身性質(zhì)無(wú)關(guān)。即法拉第第二定律。一樣的,與物質(zhì)的本身性質(zhì)無(wú)關(guān)。即法拉第第二定律。根據(jù)法拉第第二定律:電極上溶解或析出一克當(dāng)量的物質(zhì)所需根據(jù)法拉第第二定律:電極上溶解或析出一克當(dāng)量的物質(zhì)所需的電量一樣,這一常數(shù)稱為法拉第常數(shù)的電量一樣,這一常數(shù)稱為法拉第常數(shù)F F,F(xiàn)=96500F=96500為庫(kù)侖。為庫(kù)侖。根據(jù)法拉第第一定律:根據(jù)法拉第第一定律:M=kQ=kItM=kQ=kIt電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)kItMVk

32、ItV令(稱體積電化學(xué)當(dāng)量) 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2電流效率電流效率 電解加工實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)均表明,實(shí)際電解加工過(guò)程電解加工實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)均表明,實(shí)際電解加工過(guò)程陽(yáng)極金屬的溶解量與上述按法拉第定律進(jìn)行理論計(jì)算陽(yáng)極金屬的溶解量與上述按法拉第定律進(jìn)行理論計(jì)算的溶解量有差別,通常是實(shí)際溶解量小于理論計(jì)算量,的溶解量有差別,通常是實(shí)際溶解量小于理論計(jì)算量,但也有實(shí)際溶解量大于理論計(jì)算量。但也有實(shí)際溶解量大于理論計(jì)算量。(1)實(shí)際溶解量小于理論計(jì)算量的原因:)實(shí)際溶解量小于理論計(jì)算量的原因:除陽(yáng)極溶解還有其他副反應(yīng)發(fā)生,消耗一部分電量;除陽(yáng)極溶解還有其他副反應(yīng)發(fā)生,消耗一部分電量;有部分實(shí)際溶解金屬的原

33、子價(jià)比理論計(jì)算假設(shè)的原子有部分實(shí)際溶解金屬的原子價(jià)比理論計(jì)算假設(shè)的原子價(jià)要高。價(jià)要高。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)%100金屬的理論蝕除量金屬的實(shí)際蝕除量kItMItV(2)實(shí)際溶解量大于理論計(jì)算量的原因:)實(shí)際溶解量大于理論計(jì)算量的原因:金屬溶解過(guò)程中發(fā)生金屬塊狀剝落;金屬溶解過(guò)程中發(fā)生金屬塊狀剝落;有部分實(shí)際溶解金屬的原子價(jià)比理論計(jì)算假設(shè)的有部分實(shí)際溶解金屬的原子價(jià)比理論計(jì)算假設(shè)的原子價(jià)要低。原子價(jià)要低。我們定義電流效率:我們定義電流效率:電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)mvItVvm/lvtlvl/3加工速度加工速度(1)體積加工速度)體積加工速度 單位時(shí)間內(nèi)所去除的體積(單位時(shí)間內(nèi)所去除的

34、體積(mm3 /min),),(2)深度加工速度)深度加工速度 單位時(shí)間內(nèi)所加工的深度(單位時(shí)間內(nèi)所加工的深度(mm/min),),設(shè)電極不圓形,其截面積為設(shè)電極不圓形,其截面積為S,勻速加工,勻速加工,則經(jīng)過(guò)時(shí)間則經(jīng)過(guò)時(shí)間t所加工體積為:所加工體積為: 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)tvSVlSISItSVvl=ivl令令 I/S=i,則則電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)例例1 設(shè)用設(shè)用NaCl電解液在軟鋼上加工電解液在軟鋼上加工4070mm的的方孔,深度為方孔,深度為50mm,若要求在,若要求在10分鐘內(nèi)加工完,分鐘內(nèi)加工完,求需要用多大電流?如電源最大容量為求需要用多大電流?如電源最大容量為5

35、000A,則此時(shí)應(yīng)改用的進(jìn)給速度為多少?加工所需時(shí)間則此時(shí)應(yīng)改用的進(jìn)給速度為多少?加工所需時(shí)間多少?多少?電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)例例2 某廠用某廠用NaCl電解液電解加工一批零件,要求電解液電解加工一批零件,要求在在64mm厚的低碳鋼板上加工厚的低碳鋼板上加工25mm的通孔。已知的通孔。已知中空電極內(nèi)孔直徑為中空電極內(nèi)孔直徑為13.5mm,每個(gè)孔限,每個(gè)孔限5min加加工完,求需用多大電流?如電解電流用工完,求需用多大電流?如電解電流用5000A,則,則電解時(shí)間需多少?電解時(shí)間需多少?電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系從實(shí)際加工中我們知

36、道,電極間隙愈小,電解液從實(shí)際加工中我們知道,電極間隙愈小,電解液的電阻也愈小,電流密度就愈大,因此蝕除速度的電阻也愈小,電流密度就愈大,因此蝕除速度就愈高。圖就愈高。圖4-16中,設(shè)電極間隙為中,設(shè)電極間隙為,電極面積為,電極面積為S,電解液的電阻率,電解液的電阻率為電導(dǎo)率為電導(dǎo)率的倒數(shù),的倒數(shù),即即 ,則電流,則電流 I 為為/1SURUIRRRUSIiRlUiv 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)b000 RlUvlvcv5平衡間隙理論平衡間隙理論(1 1)端面平衡間隙)端面平衡間隙圖圖4-18中,設(shè)電解加工開始的起始間隙為中,設(shè)電解加工開始的起始間隙為則此時(shí)的蝕除

37、速度則此時(shí)的蝕除速度設(shè)陰極以恒定速度設(shè)陰極以恒定速度 向工件進(jìn)給,則加工間隙逐向工件進(jìn)給,則加工間隙逐漸減少,而蝕除速度相應(yīng)增大。設(shè)工件足夠厚,漸減少,而蝕除速度相應(yīng)增大。設(shè)工件足夠厚,隨著時(shí)間的推移,總會(huì)出現(xiàn)這樣的情況,即工件隨著時(shí)間的推移,總會(huì)出現(xiàn)這樣的情況,即工件的的蝕除速度蝕除速度 與陰極的與陰極的進(jìn)給速度進(jìn)給速度 相等。相等。cv電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)cRvUb 端面平衡間隙端面平衡間隙 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)coscnvv coscos nbcRvU(2 2)法向平衡間隙)法向平衡間隙 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)tvhcxsxUvR/dtx

38、UdRx (3 3)側(cè)面間隙)側(cè)面間隙 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)dtUxdRx CtUxR2 20t0tvhc0 xx 2/20 xC 22 202xtUxR電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)cvht/20s2 xhvUxcRbx02s2 bbh122 2sbbbbbb電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(4)平衡間隙理論的應(yīng)用)平衡間隙理論的應(yīng)用以上一些初步的平衡間隙理論,可以在以上一些初步的平衡間隙理論,可以在NaCl電解電解液加工時(shí)應(yīng)用:液加工時(shí)應(yīng)用:1)計(jì)算加工過(guò)程中各種電極間隙,例如端面、斜)計(jì)算加工過(guò)程中各種電極間隙,例如端面、斜面、側(cè)面的間隙的形狀來(lái)推算加工后工件的形狀和面、側(cè)面的間隙的形

39、狀來(lái)推算加工后工件的形狀和尺寸;尺寸;2)設(shè)計(jì)電極時(shí)計(jì)算陰極尺寸及修正量,亦即根據(jù))設(shè)計(jì)電極時(shí)計(jì)算陰極尺寸及修正量,亦即根據(jù)工件形狀尺寸計(jì)算陰極形狀尺寸;工件形狀尺寸計(jì)算陰極形狀尺寸;電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)3)分析加工精度,如整平比以及由于毛坯留量)分析加工精度,如整平比以及由于毛坯留量不均引起誤差,陰極、工件原始位置不一致引起的不均引起誤差,陰極、工件原始位置不一致引起的誤差等;誤差等;4)選擇加工參數(shù)如電極間隙、電源電壓、進(jìn)給)選擇加工參數(shù)如電極間隙、電源電壓、進(jìn)給速度等。速度等。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(5)影響加工間隙的其它因素(影響)影響加工間隙的其它因素(影響、的因素)的

40、因素)vURb (工件材料成分、(工件材料成分、電解液的溫度、電電解液的溫度、電解液濃度、加工間解液濃度、加工間隙內(nèi)隙內(nèi)工具形狀工具形狀等)等)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)1 1脈沖電流電解加工脈沖電流電解加工1 1)消除加工間隙內(nèi)電解液電導(dǎo)率的不均勻化。采用)消除加工間隙內(nèi)電解液電導(dǎo)率的不均勻化。采用脈沖電流電解加工就可以在兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi),通脈沖電流電解加工就可以在兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi),通過(guò)電解液的流動(dòng)與沖刷,使間隙內(nèi)電解液的電導(dǎo)率分過(guò)電解液的流動(dòng)與沖刷,使間隙內(nèi)電解液的電導(dǎo)率分布基本均勻。布基本均勻。2 2)脈沖電流電解加工使陰極在電化學(xué)反應(yīng)中析出的)脈沖電流電解加工使陰極在電化學(xué)反應(yīng)中

41、析出的氫氣是斷續(xù)的,呈脈沖狀。它可以對(duì)電解液起攪拌作氫氣是斷續(xù)的,呈脈沖狀。它可以對(duì)電解液起攪拌作用,有利于電解產(chǎn)物的去除,提高電解加工精度。用,有利于電解產(chǎn)物的去除,提高電解加工精度。五、提高電解加工精度的途徑五、提高電解加工精度的途徑電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2 2小間隙電解加工小間隙電解加工Cvl Cvl 1 llvv電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)3 3改進(jìn)電解液改進(jìn)電解液除了前面已提到的采用鈍化性電解液,如除了前面已提到的采用鈍化性電解液,如NaNONaNO3 3、NaClONaClO3 3等外,正進(jìn)一步研究采用復(fù)合電解液,主等外,正進(jìn)一步研究采用復(fù)合電解液,主要是在氯化鈉電解液中添加

42、其它成分,既保持要是在氯化鈉電解液中添加其它成分,既保持NaClNaCl電解液的高效率電解液的高效率, ,又提高了加工精度。又提高了加工精度。采用低濃度電解液,加工精度可顯著提高。采用低濃度電解液,加工精度可顯著提高。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4 4混氣電解加工混氣電解加工(1 1)混氣電解加工原理及優(yōu)缺點(diǎn))混氣電解加工原理及優(yōu)缺點(diǎn)混氣電解加工就是將一定壓力的氣體(主要是壓混氣電解加工就是將一定壓力的氣體(主要是壓縮空氣或二氧化碳、氮?dú)獾龋┯没鞖庋b置使它與電縮空氣或二氧化碳、氮?dú)獾龋┯没鞖庋b置使它與電解液混合在一起,使電解液成為包含無(wú)效氣泡的氣解液混合在一起,使電解液成為包含無(wú)效氣泡的氣液混

43、合物,然后送入加工區(qū)進(jìn)行電解加工。液混合物,然后送入加工區(qū)進(jìn)行電解加工。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電解液中混入氣體后,將會(huì)起到下述作用:電解液中混入氣體后,將會(huì)起到下述作用:1 1)增加了電解液的電阻率,減少雜散腐蝕,使)增加了電解液的電阻率,減少雜散腐蝕,使電解液向非線性方面轉(zhuǎn)化。電解液向非線性方面轉(zhuǎn)化。2 2)降低電解液的密度和粘度,增加流速,均勻)降低電解液的密度和粘度,增加流速,均勻流場(chǎng)。流場(chǎng)。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(2 2)氣液混合比)氣液混合比 混氣電解加工的主要參數(shù)除一般電解加工所用混氣電解加工的主要參數(shù)除一般電解加工所用的工藝參數(shù)外,還有一個(gè)就是氣液混合比的工藝參數(shù)外,

44、還有一個(gè)就是氣液混合比Z Z。lgqqZ/電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)日前,電解加工主要應(yīng)用在深孔加工、葉片日前,電解加工主要應(yīng)用在深孔加工、葉片( (型面型面) )加加工、鍛模工、鍛模( (型腔型腔) )加工、管件內(nèi)孔拋光、各種型孔的倒圓和加工、管件內(nèi)孔拋光、各種型孔的倒圓和去毛刺、整體葉輪的加工等方面。去毛刺、整體葉輪的加工等方面。1 1)深孔擴(kuò)孔加工)深孔擴(kuò)孔加工六、電解加工工藝及其應(yīng)用六、電解加工工藝及其應(yīng)用電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2)型孔加工)型孔加工電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電解加工整體葉輪電解加工整體葉輪空心水套管葉片陰極片分度陰極片進(jìn)給電解液3

45、)葉片加工)葉片加工電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4)電解倒棱去毛刺)電解倒棱去毛刺電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)5)電解刻字)電解刻字電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電解拋光也是利用金屬在電解液中的電化學(xué)電解拋光也是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解對(duì)工件表面進(jìn)行腐蝕拋光的,它只是一陽(yáng)極溶解對(duì)工件表面進(jìn)行腐蝕拋光的,它只是一種表面光整加工方法,用于改善工件的表面粗糙種表面光整加工方法,用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力學(xué)性能,而不用于對(duì)工件形狀和度和表面物理力學(xué)性能,而不用于對(duì)工件形狀和尺寸加工。它和電解加工的主要區(qū)別是工件和工尺寸加工。它和電解加工的主要區(qū)別是工件和工具之間的加工間隙大,這樣有利

46、于表面的均勻溶具之間的加工間隙大,這樣有利于表面的均勻溶解;電流密度也比較??;電解液一般不流動(dòng),必解;電流密度也比較?。浑娊庖阂话悴涣鲃?dòng),必要時(shí)加以攪拌。要時(shí)加以攪拌。6 6)電解拋光)電解拋光電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 電解磨削電解磨削電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 1) 1) 加工原理加工原理電解磨削是電解加工的電解磨削是電解加工的種特殊形式,是種特殊形式,是電解電解與與機(jī)械機(jī)械的的復(fù)合加工方法。它是靠金屬的溶解復(fù)合加工方法。它是靠金屬的溶解( (占占95%95%98%)98%)和機(jī)械磨削和機(jī)械磨削( (占占2%2%5%)5%)的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。的綜合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。加

47、工原理如圖加工原理如圖4-414-41所示。加工過(guò)程中,磨輪所示。加工過(guò)程中,磨輪( (砂輪砂輪) )不斷不斷旋轉(zhuǎn),磨輪上凸出的砂粒與工件接觸,形成磨輪與工件間的旋轉(zhuǎn),磨輪上凸出的砂粒與工件接觸,形成磨輪與工件間的電解間隙。電解液不斷供給,磨輪在旋轉(zhuǎn)中,將工件表面由電解間隙。電解液不斷供給,磨輪在旋轉(zhuǎn)中,將工件表面由電化學(xué)反應(yīng)生成的鈍化膜除去,繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng),如此電化學(xué)反應(yīng)生成的鈍化膜除去,繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng),如此反復(fù)不斷,直到加工完畢。反復(fù)不斷,直到加工完畢。1 1加工原理及特點(diǎn)加工原理及特點(diǎn)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電解磨削的陽(yáng)極溶解機(jī)理與普通電解加工電解磨削的陽(yáng)極溶解機(jī)理與普通電解

48、加工的陽(yáng)極溶解機(jī)理是相同的。不同之處在于:電的陽(yáng)極溶解機(jī)理是相同的。不同之處在于:電解磨削中,陽(yáng)極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械解磨削中,陽(yáng)極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械加工去除的,電解液腐蝕力較弱;而一般電解加工去除的,電解液腐蝕力較弱;而一般電解加工中的陽(yáng)極鈍化膜的去除,是靠高電流密度加工中的陽(yáng)極鈍化膜的去除,是靠高電流密度去破壞去破壞(不斷溶解不斷溶解)或靠活性離子或靠活性離子(如氯離子如氯離子)進(jìn)進(jìn)行活化,再由高速流動(dòng)的電解液沖刷帶走的。行活化,再由高速流動(dòng)的電解液沖刷帶走的。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)圖圖4-41 電解磨削加工原理圖電解磨削加工原理圖7685432191251311101

49、直流電源;2絕緣主軸;3磨輪;4電解液噴嘴;5工件;6電解液泵;7電解液箱;8機(jī)床本體;9工作臺(tái);10磨料;11結(jié)合劑;12電解間隙;13電解液7685432191251311101直流電源;2絕緣主軸;3磨輪;4電解液噴嘴;5工件;6電解液泵;7電解液箱;8機(jī)床本體;9工作臺(tái);10磨料;11結(jié)合劑;12電解間隙;13電解液電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(1) 磨削力小,生產(chǎn)率高。這是由于電解磨削具有磨削力小,生產(chǎn)率高。這是由于電解磨削具有電解加工和機(jī)械磨削加工的優(yōu)點(diǎn)。電解加工和機(jī)械磨削加工的優(yōu)點(diǎn)。(2) 加工精度高,表面加工質(zhì)量好。因?yàn)殡娊饽ハ骷庸ぞ雀撸砻婕庸べ|(zhì)量好。因?yàn)殡娊饽ハ骷庸ぶ?,?/p>

50、方面工件尺寸或形狀是靠磨輪刮除鈍化膜加工中,一方面工件尺寸或形狀是靠磨輪刮除鈍化膜得到的,故能獲得比電解加工好的加工精度;另一方得到的,故能獲得比電解加工好的加工精度;另一方面,材料的去除主要靠電解加工,加工中產(chǎn)生的磨削面,材料的去除主要靠電解加工,加工中產(chǎn)生的磨削力較小,不會(huì)產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋等現(xiàn)象,故加工工力較小,不會(huì)產(chǎn)生磨削毛刺、裂紋等現(xiàn)象,故加工工件的表面質(zhì)量好。件的表面質(zhì)量好。(3) 設(shè)備投資較高。其原因是電解磨削機(jī)床需加電設(shè)備投資較高。其原因是電解磨削機(jī)床需加電解液過(guò)濾裝置、抽風(fēng)裝置、防腐處理設(shè)備等。解液過(guò)濾裝置、抽風(fēng)裝置、防腐處理設(shè)備等。 2) 2) 特點(diǎn)特點(diǎn)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)

51、加工技術(shù) 電解磨削廣泛應(yīng)用于平面磨削、成型磨削和內(nèi)外電解磨削廣泛應(yīng)用于平面磨削、成型磨削和內(nèi)外圓磨削。圖圓磨削。圖4-42為電解成型磨削示意圖,其磨削原為電解成型磨削示意圖,其磨削原理是將導(dǎo)電磨輪的外圓圓周按需要的形狀進(jìn)行預(yù)先理是將導(dǎo)電磨輪的外圓圓周按需要的形狀進(jìn)行預(yù)先成型,然后進(jìn)行電解磨削。圖成型,然后進(jìn)行電解磨削。圖4-43為電解研磨加工為電解研磨加工圖,其是采用鈍化型電解液,利用機(jī)械研磨能去除圖,其是采用鈍化型電解液,利用機(jī)械研磨能去除表面微觀不平度各高點(diǎn)的鈍化膜,使其露出基體金表面微觀不平度各高點(diǎn)的鈍化膜,使其露出基體金屬并再次形成新的鈍化膜,實(shí)現(xiàn)表面的鏡面加工。屬并再次形成新的鈍化膜

52、,實(shí)現(xiàn)表面的鏡面加工。2電解磨削的應(yīng)用電解磨削的應(yīng)用電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 圖圖4-42 電解成型磨削原理圖電解成型磨削原理圖213451絕緣層;2磨輪;3噴嘴;4工件;5加工電源電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 圖圖4-43 電解研磨加工電解研磨加工電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 電鑄、涂電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工鍍及復(fù)合鍍加工電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù) 一、一、 電鑄成型電鑄成型1電鑄成型原理及特點(diǎn)電鑄成型原理及特點(diǎn)1) 成型原理成型原理與大家熟知的電鍍?cè)硐嗨?,電鑄成型是利用電化學(xué)與大家熟知的電鍍?cè)硐嗨?,電鑄成型是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的,即在原模上通過(guò)

53、程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的,即在原模上通過(guò)電化學(xué)方法沉積金屬,然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。過(guò)電化學(xué)方法沉積金屬,然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。但電鑄與電鍍又有不同之處,電鍍時(shí)要求得到與基體結(jié)合但電鑄與電鍍又有不同之處,電鍍時(shí)要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層,以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要牢固的金屬鍍層,以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離,其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。電鑄層與原模分離,其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電鑄原理如圖電鑄原理如圖4-49所示,在直流電源的作用下,所示,在直流電源的作用下,金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰金屬鹽溶

54、液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面。陽(yáng)極的金屬原子失去電子而成為正離極母模的表面。陽(yáng)極的金屬原子失去電子而成為正離子,源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中,使溶液中的金屬離子,源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中,使溶液中的金屬離子濃度保持基本不變。當(dāng)母模上的電鑄層達(dá)到所需的子濃度保持基本不變。當(dāng)母模上的電鑄層達(dá)到所需的厚度時(shí)取出,將電鑄層與型芯分離,即可獲得型面與厚度時(shí)取出,將電鑄層與型芯分離,即可獲得型面與型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)圖圖4-49 電鑄成型的原理電鑄成型的原理45636 V789101231鍍槽

55、;2陽(yáng)極;3蒸餾水瓶;4直流電源;5加熱管;6恒溫裝置;7溫度計(jì);8母模;9電鑄層;10玻璃管電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2) 特點(diǎn)特點(diǎn)(1) 復(fù)制精度高,可以做出機(jī)械加工不可能加工出復(fù)制精度高,可以做出機(jī)械加工不可能加工出的細(xì)微形狀的細(xì)微形狀(如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等如微細(xì)花紋、復(fù)雜形狀等),表面粗糙度,表面粗糙度Ra可達(dá)可達(dá)0.1 m,一般不需拋光即可使用。,一般不需拋光即可使用。(2) 母模材料不限于金屬,有時(shí)還可用制品零件直母模材料不限于金屬,有時(shí)還可用制品零件直接作為母模。接作為母模。(3) 表面硬度可達(dá)表面硬度可達(dá)3550HRC,所以電鑄型腔使用,所以電鑄型腔使用壽命長(zhǎng)。壽命長(zhǎng)。(4

56、) 電鑄可獲得高純度的金屬制品,如電鑄銅,它電鑄可獲得高純度的金屬制品,如電鑄銅,它純度高,具有良好的導(dǎo)電性能,十分有利于電加工。純度高,具有良好的導(dǎo)電性能,十分有利于電加工。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)(5) 電鑄時(shí),金屬沉積速度緩慢,制造周期長(zhǎng)。如電電鑄時(shí),金屬沉積速度緩慢,制造周期長(zhǎng)。如電鑄鎳,一般需要一周左右。鑄鎳,一般需要一周左右。(6) 電鑄層厚度不易均勻,且厚度較薄,僅為電鑄層厚度不易均勻,且厚度較薄,僅為48 mm左右。電鑄層一般都具有較大的應(yīng)力,所以大型電鑄左右。電鑄層一般都具有較大的應(yīng)力,所以大型電鑄件變形顯著,且不易承受大的沖擊載荷。這樣,就使電鑄件變形顯著,且不易承受

57、大的沖擊載荷。這樣,就使電鑄成型的應(yīng)用受到一定的限制。成型的應(yīng)用受到一定的限制。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2. 電極反應(yīng)電極反應(yīng) 現(xiàn)以電鑄液為現(xiàn)以電鑄液為CuSO4,電鑄材料為純銅,來(lái)分析電鑄加,電鑄材料為純銅,來(lái)分析電鑄加工的電極反應(yīng)。工的電極反應(yīng)。 在在CuSO4 電解液中存在著電解液中存在著H+、OH-、Cu2+、SO42-四種離四種離子,現(xiàn)分別討論其陽(yáng)極反應(yīng)及陰極反應(yīng)。子,現(xiàn)分別討論其陽(yáng)極反應(yīng)及陰極反應(yīng)。 電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)22CueCuVU34. 00CueCuVU522. 00OHOeOH22244VU401. 0028224222OSeSOVU01. 20(1)陽(yáng)極可

58、能的電化學(xué)反應(yīng) 根據(jù)電極反應(yīng)過(guò)程的基本原理,電極電位最負(fù)的物質(zhì)將首先在陽(yáng)極反應(yīng)。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)22HeH00UCueCu22VU 34. 00 按照電極反應(yīng)的基本原理,電極電位最正的粒子將首先在陰極反應(yīng)。(2)陰極可能的電極反應(yīng)22CueCu陽(yáng)極上優(yōu)先進(jìn)行的電極反應(yīng)電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)3電鑄設(shè)備電鑄設(shè)備 電鑄設(shè)備電鑄設(shè)備(如圖如圖4-49所示所示)主要包括電鑄槽、直流主要包括電鑄槽、直流電源、攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等。電源、攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)等。 1) 電鑄槽電鑄槽 電鑄槽材料的選取以不與電解液作用引起腐蝕電鑄槽材料的選

59、取以不與電解液作用引起腐蝕為原則。一般用鋼板焊接,內(nèi)襯鉛板或聚氯乙烯為原則。一般用鋼板焊接,內(nèi)襯鉛板或聚氯乙烯薄板等。薄板等。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)2) 直流電源直流電源電鑄采用低電壓大電流的直流電源。常用硅整電鑄采用低電壓大電流的直流電源。常用硅整流,電壓為流,電壓為612 V左右,并可調(diào)。左右,并可調(diào)。3) 攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)攪拌和循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)為了降低電鑄液的濃差極化,加大電流密度,為了降低電鑄液的濃差極化,加大電流密度,減少加工時(shí)間,提高生產(chǎn)速度,最好在陰極運(yùn)動(dòng)的減少加工時(shí)間,提高生產(chǎn)速度,最好在陰極運(yùn)動(dòng)的同時(shí)加速溶液的攪拌。攪拌的方法有循環(huán)過(guò)濾法、同時(shí)加速溶液的攪拌。攪拌的方法有

60、循環(huán)過(guò)濾法、超聲波或機(jī)械攪拌等。循環(huán)過(guò)濾法不僅可以使溶液超聲波或機(jī)械攪拌等。循環(huán)過(guò)濾法不僅可以使溶液攪拌,而且在溶液不斷反復(fù)流動(dòng)時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。攪拌,而且在溶液不斷反復(fù)流動(dòng)時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)加工技術(shù)4) 恒溫控制系統(tǒng)恒溫控制系統(tǒng) 電鑄時(shí)間很長(zhǎng),所以必須設(shè)置恒溫控制設(shè)備。電鑄時(shí)間很長(zhǎng),所以必須設(shè)置恒溫控制設(shè)備。它包括加熱設(shè)備它包括加熱設(shè)備(加熱玻璃管、電爐等加熱玻璃管、電爐等)和冷卻設(shè)備和冷卻設(shè)備(冷水或冷凍機(jī)等冷水或冷凍機(jī)等)。3電鑄加工的工藝過(guò)程電鑄加工的工藝過(guò)程原模表面處理原模表面處理電鑄至規(guī)定尺寸電鑄至規(guī)定尺寸襯背處理襯背處理脫模脫模清洗干燥清洗干燥成品成品電化學(xué)加工技術(shù)電化學(xué)

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